用离子替代法制备新型M型铁氧体

发布时间：2019-07-28 15:53

【摘要】：M型铁氧体是一种非常重要的永磁材料,具有高矫顽力、高饱和磁化强度、高磁性各向异性常数、高居里温度和耐腐蚀性等特点,被广泛应用于汽车、家电等行业。截止目前M型铁氧体仍然占据永磁材料市场50%以上的份额,所以对M型铁氧体磁性能的任何改善都可以得到巨大的商业利益。本文用离子替代法制备了两种新型M型永磁铁氧体磁粉并对其的结构、形貌和磁性进行了系统的研究。主要包括以下几个方面:1.研究了烧结温度、铁含量n及Mn~(4+)、Zn~(2+)离子含量x对Mn-Zn掺杂的锶铁氧体SrMn_xZn_xFe_(2n-2x_O_(19)烧结体的微结构、形貌及磁性能的影响。当x的值暂定为0.1时改变n的值,使n=5.8、5.9和6.0。样品在各烧结温度与各n值时均为单一M相。当n值增加时,样品的磁化强度σ16与矫顽力Hc都是先增大后减小,在n=5.9时出现最大值。n的值确定为5.9时,样品的化学式变为SrMnxZnx Fe11.8-2xO19,改变x的值从0增加到0.8。当x0.4时样品得到单一的M相,当x≥0.4时杂相ZnFe2O4开始出现。样品的形貌均为六角结构类球状颗粒,烧结温度升高时出现异常长大情况。样品的比饱和磁化强度σs随x的增加先变大后减小,在x=0.1时出现最大值,样品的矫顽力Hc随x的增加而持续减小,烧结温度为1200℃时样品SrMn0.1Zn0.1Fe11.6O19的σs=73.90 emu/g,Hc=3173 Oe与同烧结温度下的La-Zn替代锶铁氧体样品La0.3Sr0.7Zn0.3Fe11.3O19相比,具有更优秀的综合磁性能。2.利用穆斯堡尔谱分析了x=0-0.4时样品SrMnxZnxFe2n-2x O19中Zn~(2+)、Mn~(4+)及Fe~(3+)的占位情况,揭示了磁性变化的根本原因。当0x≤0.1时,非磁性的Zn~(2+)主要替代4f1晶位上自旋向下的Fe~(3+),Mn~(4+)主要替代12k晶位上自旋向上的Fe~(3+),导致样品的饱和磁化强度上升;当0.1x≤0.2时,Zn~(2+)主要替代2a晶位上自旋向上的Fe~(3+),Mn~(4+)依旧替代12k晶位上的Fe~(3+),导致样品的饱和磁化强度降低;当x≥0.4时,穆斯堡尔谱图像上出现一个新的双峰,经比对为ZnFe2O4杂相与XRD的结果一致,导致样品的饱和磁化强度大幅度降低。3.通过助熔剂干混与湿混两种工艺制备了SrMn0.1Zn0.1Fe11.6O19磁粉,并与纯锶铁氧体磁粉SrFe11.6O19和La-Zn替代的La0.3Sr0.7Zn0.3Fe11.3O19磁粉做了对比研究。制备工艺对于样品的微结构没有影响,除了磁粉SrFe11.6O19含有少量的Fe2O3外,其他样品均为单一M相;采用湿混工艺的SrMn0.1Zn0.1Fe11.6O19磁粉形貌规则均为六角结构类球状、颗粒分布均匀、平均颗粒尺寸适中,要好于采用干混工艺制备的样品;磁粉SrMn0.1Zn0.1Fe11.6O19和La0.3Sr0.7Zn0.3Fe11.3O19相比,σ16基本相当,矫顽力Hc大于La-Zn替代且湿混工艺要优于干混工艺。4.以Na2CO3、V_2O_5为原料制备Na-V掺杂的新型M型锶铁氧体NaxSr1-xFe2n-xVxO19。当x=0.1时使n=5.6、5.65、5.7和5.75,样品在各预烧温度下均存在Fe2O3杂项,n值的变化对于晶格常数没有影响;各样品颗粒的大小均匀约为1μm-2μm之间;样品的饱和磁化强度和矫顽力在n值为5.65时都达到最大值。当n=5.65时样品的化学式变为NaxSr1-xFe11.3-xVxO19,使x=0.05、0.1、0.15和0.2,研究x对样品微观结构与磁性的影响。结果显示掺杂了Na+、V5+的样品均含有杂相Fe2O3,x的值升高使样品的晶格常数减小,结晶性变好,对于样品的形貌基本没有影响。当x=0.1时样品的综合磁性能最好,预烧温度为1150℃时σ16=60.54 emu/g,Hc=4664 Oe与同温度下的La-Co替代的锶铁氧体磁性能相当。
【图文】：

用离子替代法制备新型M型铁氧体

Fe12O19晶胞的结构示意图，每个 BaF阴离子呈六角密堆堆积，Ba2+阳离子离子层中。因此，在原来的尖晶石结 O2-围绕一个 Ba2+。5 个氧离子 O2-和个结构就称为“R 块”。“R 块”中有有一个 Ba2+，这层就为整个晶体的镜方向。不含有钡离子 Ba2+其余氧离子，称为“S 块”。“S 块”中包括两个氧而成。“R 块”中的 C 轴平行于“S 块”和“R 块”与“S 块”相对应的“R*”和“S*R*S*方式堆积起来的。图 1-1 M 型铁氧结构中的 R 块与 S 块

用离子替代法制备新型M型铁氧体

1-2 为单个 BaFe12O19晶胞的结构示意图，每个 BaFe12O19晶胞由子构成的。O2-阴离子呈六角密堆堆积，Ba2+阳离子替代尖晶石结位置，，处于氧离子层中。因此，在原来的尖晶石结构中，由 6 个，变成了 5 个 O2-围绕一个 Ba2+。5 个氧离子 O2-和一个替代 O2-的六面体，这个结构就称为“R 块”。“R 块”中有三个层含有氧氧离子层中含有一个 Ba2+，这层就为整个晶体的镜面，垂直于镜角晶体的 C 轴方向。不含有钡离子 Ba2+其余氧离子 O2-，仍然按构就进行堆积，称为“S 块”。“S 块”中包括两个氧离子层，在尖[111]晶向密堆而成。“R 块”中的 C 轴平行于“S 块”中的[111]方向在，必然存在和“R 块”与“S 块”相对应的“R*”和“S*”块，所以 M 结构是按照 RSR*S*方式堆积起来的。图 1-1 M 型铁氧结构中的 R 块与 S 块[23]
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM277

【参考文献】