离子替代对M型锶铁氧体结构与磁性能的影响研究

发布时间：2017-10-21 20:18

  本文关键词：离子替代对M型锶铁氧体结构与磁性能的影响研究

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【摘要】：锶铁氧体(Sr Fe12O19)因具有较高的磁性能、高的耐腐蚀性、低廉的价格以及易于工业化批量生产等特点,一直是一种非常重要的永磁材料。然而,随着应用范围的扩大以及磁性器件的小型化趋势,社会对永磁锶铁氧体提出了更高的要求。我国现阶段虽然已是永磁铁氧体的生产大国,但国内的产品主要集中于中低端市场,高性能产品的产量与市场占有率都较低,原因在于产品的磁性能仍与日欧美等发达国家存在着较大的差距。因此,研究高性能永磁锶铁氧体不仅是市场的迫切需求,也对提高我国永磁铁氧体的技术水平具有重要意义。本文以添加微量Al为核心,采用陶瓷法在一次预烧料的基础上制备出Al、Al-La、Al-Co、Al-La-Co、Al-Zn、Al-Ti等独立或联合掺杂的M型锶铁氧体,并探讨了烧结工艺对掺杂样品结构和性能的影响。论文采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)以及综合物性测量系统(PPMS)对各掺杂样品的晶体结构、显微形貌与磁性能作了较系统的研究。得出主要结论如下:(1)、XRD及SEM结果表明,Sr Fe11.8Al0.2O19样品的最佳烧结温度为1250℃,最佳保温时间为90 min。Sr Fe11.8Al0.2O19样品在1190~1290℃范围内烧结后主相为M相。VSM结果表明:随着烧结温度的增加,样品的矫顽力Hc也逐渐增加;当烧结温度在1250℃左右时,样品的剩磁Br和磁能积(BH)max则达到峰值,此后它们随烧结温度继续升高而迅速下降。当T=1250℃时,Hc=4919 Oe、Br=384 m T、(BH)max=28.1 k J/m3。(2)、Sr Fe12-xAlx O19样品经过1250℃烧结并保温90 min后主相为M相。SEM显示:颗粒在各添加量范围内呈均匀分布且无异常的颗粒长大,但是随着x的增大各烧结颗粒的晶界有逐渐融合的趋势。VSM分析表明:随着x的增大,样品的矫顽力呈直线上升,而剩磁和磁能积则呈直线减小。相比于未掺杂的样品,当x=0.7时其Br减小约21.41%、Hc增大约47.92%。(3)、Sr0.85La0.15Fe11.8Al0.2O19样品的最佳烧结温度为1230℃,这表明La离子的添加会影响锶铁氧体的烧结特性。VSM结果显示:对于Sr1-yLay Fe12-x Alx O19样品,当Al含量一定时,样品的Br和Hc随着y的增大均呈先增大后减小的趋势。当x=0.2、0.3、0.4时,Br的最大涨幅分别为2.24%、1.61%、3.13%,Hc的最大涨幅则分别为9.69%、4.32%和5.71%。Sr Fe12-x-yAlx Coy O19样品的Br变化趋势与Al-La替代类似,也呈先增大后减小的趋势。当x=0.2、0.3、0.4时,Br的最大涨幅则分别为0.95%、2.00%和2.30%。与Br的变化趋势不同,Sr Fe12-x-yAlx Coy O19样品的矫顽力Hc则随着Co含量的增大而线性减小。对于Al-La-Co联合替代的Sr1-yLay Fe11.8-y Al0.2Coy O19样品,其最佳添加量为y=0.10,此时Br和Hc的涨幅分别为1.65%和9.33%,达到Br=390m T,Hc=5284 Oe。(4)、VSM结果表明:对Sr Fe11.8Al0.2O19进行Zn及Ti离子掺杂后,样品的Br和Hc随着Zn或Ti含量的升高均呈先增大后减少的趋势。替代离子的掺杂量存在一个最优值,前者约为yZn=0.10,此时有Br=395 m T,Hc=4033 Oe;后者约为yTi=0.05,此时有Br=387 m T、Hc=4619 Oe。由此可知,Zn离子掺杂对于Sr Fe11.8Al0.2O19样品的剩磁提升效果优于Ti离子。
【关键词】：锶铁氧体 陶瓷法 离子替代 磁性能
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM277
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 前言12-14
• 1.2 铁氧体的类型与发展14-16
• 1.2.1 M型铁氧体15
• 1.2.2 W型铁氧体15-16
• 1.2.3 X型铁氧体16
• 1.2.4 Y型铁氧体16
• 1.2.5 其他类型型铁氧体16
• 1.3 永磁铁氧体的理论基础16-22
• 1.3.1 磁滞回线16-18
• 1.3.2 剩磁和矫顽力18-19
• 1.3.3 磁畴19-20
• 1.3.4 超交换作用20-21
• 1.3.5 磁晶各向异性21-22
• 1.4 M型锶铁氧体的离子替代22-29
• 1.4.1 M型锶铁氧体的晶体结构22-25
• 1.4.2 La离子替代的研究25
• 1.4.3 Co离子替代的研究25-26
• 1.4.4 La-Co离子联合替代的研究26-27
• 1.4.5 Al离子替代的研究27-28
• 1.4.6 Zn、Ti离子替代的研究28-29
• 1.5 本文的研究意义与研究内容29-30
• 1.5.1 本文的研究意义29
• 1.5.2 本文的研究内容29-30
• 第二章 实验材料与实验方法30-39
• 2.1 常用的制备方法30
• 2.2 陶瓷法制备M型锶铁氧体的工艺过程30-33
• 2.2.1 粉末的预烧工艺31-32
• 2.2.2 粉末的球磨工艺32
• 2.2.3 粉末的成型工艺32
• 2.2.4 样品的烧结工艺32-33
• 2.3 实验试剂及实验仪器33-35
• 2.3.1 实验试剂33-34
• 2.3.2 实验仪器34-35
• 2.4 样品性能的测试方法35-39
• 2.4.1 X射线衍射技术(XRD)35-36
• 2.4.2 场发射扫描电镜(SEM)36-37
• 2.4.3 X射线散射能谱(EDS)37
• 2.4.4 振动样品磁强计(VSM)37-39
• 第三章Al离子替代对M型锶铁氧体的影响39-53
• 3.1 引言39
• 3.2 样品制备方法39-40
• 3.3 工艺参数对Al离子替代M型锶铁氧体的影响40-47
• 3.3.1 烧结温度对Al离子替代M型锶铁氧体的影响40-44
• 3.3.2 保温时间对Al离子替代M型锶铁氧体的影响44-47
• 3.4 不同Al离子掺杂量对M型锶铁氧体的影响47-52
• 3.4.1 Al离子掺杂对M型锶铁氧体晶体结构的影响47-48
• 3.4.2 Al离子掺杂对M型锶铁氧体显微形貌的影响48-49
• 3.4.3 Al离子掺杂对M型锶铁氧体磁性能的影响49-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章Al-La、Al-Co、Al-La-Co联合替代对M型锶铁氧体的影响53-67
• 4.1 引言53
• 4.2 样品制备方法53-54
• 4.3 Al-La联合替代54-59
• 4.3.1 不同烧结温度对Al-La联合替代对M型锶铁氧体的影响54-55
• 4.3.2 Al-La联合替代对M型锶铁氧体晶体结构的影响55-57
• 4.3.3 Al-La联合替代对M型锶铁氧体磁性能的影响57-59
• 4.4 Al-Co联合替代59-63
• 4.4.1 Al-Co联合替代对M型锶铁氧体晶体结构的影响59-61
• 4.4.2 Al-Co联合替代对M型锶铁氧体磁性能的影响61-63
• 4.5 Al-La-Co联合替代63-65
• 4.5.1 Al-La-Co联合替代对M型锶铁氧体晶体结构的影响63-64
• 4.5.2 Al-La-Co联合替代对M型锶铁氧体磁性能的影响64-65
• 4.6 本章小结65-67
• 第五章Al-Zn、Al-Ti联合替代对M型锶铁氧体的影响67-74
• 5.1 引言67
• 5.2 样品制备方法67
• 5.3 Al-Zn联合替代67-70
• 5.3.1 Al-Zn联合替代对M型锶铁氧体晶体结构的影响67-69
• 5.3.2 Al-Zn联合替代对M型锶铁氧体磁性能的影响69-70
• 5.4 Al-Ti联合替代70-73
• 5.4.1 Al-Ti联合替代对M型锶铁氧体晶体结构的影响70-72
• 5.4.2 Al-Ti联合替代对M型锶铁氧体磁性能的影响72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 结论74-76
• 论文创新之处76-77
• 参考文献77-84
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果84-85
• 致谢85-86
• 附件86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：1075076