高频低损耗铁氧体的掺杂及热处理研究

发布时间：2020-05-24 20:25

【摘要】：电磁器件的发展依赖于电路设计、材料性能以及制造工艺的改进。近几十年来,人们开发了多种多样的高效、低成本磁性材料。铁氧体是一种具有高电阻率、高初始磁导率、低涡流损耗、低介电常数和低矫顽力的磁性材料,被广泛用于电信、电子工程、传感器、生物医学、催化、水处理和充电电池等各种现代电器和技术中。近年来,电子信息技术的快速发展对电磁器件和性能和效率提出了更高的要求,对能够在高频下运行的轻、小磁性元件的需求越来越大,这驱使人们对低功耗铁氧体及其高频性能进行研究。在铁氧体制造过程中,成分和工艺条件对性能的影响非常关键。本文针对高频低功耗铁氧体主要进行了以下几个方面的研究:1)Co2O3和SnO2掺杂对MnZn铁氧体性能的影响。Co2O3可补偿主相铁氧体的磁晶各向异性,从而改善功率损耗和磁导率的温度稳定性;此外,四价金属氧化物,如SnO2和TiO2等可增加材料的电阻率,并补偿主相铁氧体的磁各向异性和磁致伸缩系数。因此,本文首先研究了 Co2O3和SnO2掺杂对MnZn铁氧体性能的影响。结果表明,Co2O3和SnO2掺杂提高了磁性能并降低了功率损耗,同时改善了材料功率损耗的温度和频率稳定性。掺杂Co2O3的样品(1000 ppm)最小功率损耗为59 kW/m3(3 MHz,10 mT),最高磁导率为792。Sn02掺杂同样会导致功率损耗的降低,掺杂1000 ppm Sn02的样品在20℃和100℃时的最小功率损耗分别为84 kW/m3和220 kW/m3。然而,与Co2O3掺杂的MnZn铁氧体相比,SnO2掺杂的铁氧体温度稳定性较差。2)Co2O3和SnO2共掺杂对MnZn铁氧体性能的影响。Co2O3和SnO2共掺杂可显著降低MnZn铁氧体在3-5 MHz时的涡流损耗和剩余损耗,并有效改善20-120]的温度特性。20口时,3 MHz,10 mT和5 MHz,10 mT的最小功率损耗分别为20 kW/m3和81 kW/m3,而100[时的功率损耗为60 kW/m3和205 kW/m3。样品的饱和磁通密度和初始磁导率分别为480 mT和675,截止频率为12 MHz,这样的综合性能使其成为高频应用的理想材料。3)TiO2掺杂对MnZn铁氧体性能的影响。与Sn02掺杂MnZn铁氧体相比,TiO2掺杂MnZn铁氧体具有更好的性能。本文研究了 Ti02、Co203和Ti02共掺杂对高频MnZn铁氧体的磁性能和功率损耗特性的影响。结果表明,掺杂1500 ppm Ti02的样品可以获得47 kW/m3的最小功率损耗(20,3 MHz,10 mT)和510 mT的饱和磁感应强度,同时样品的初始磁导率为915。4)单相Co铁氧体的制备及性能。本文采用共沉淀法合成了单相Co铁氧体纳米粒子,并在不同温度下退火,研究了其结构、介电和磁性能。随着退火温度的升高,平均晶粒尺寸从20nm增加到60nm。同时,纳米粒子的形状也从球形变为八面体和立方体。单相Co铁氧体的交流电导率来源于小极化跃升,并随晶粒尺寸的增加而减小。随着退火温度的升高,单相Co铁氧体的饱和磁化强度从59增加到81,矫顽力从1316 Oe下降到428 Oe。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM277

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本文编号：2678944