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《华中科技大学》 2004年
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高性能MnZn铁氧体材料的制备及机理研究

聂建华  
【摘要】:MnZn铁氧体材料是现代电子工业及信息产业的基础材料。随着通讯技术、计算机技术的飞速发展,对MnZn铁氧体材料提出了越来越高的要求。按应用特征MnZn铁氧体可以分为三大类型,即功率铁氧体、高磁导率铁氧体和抗电磁干扰铁氧体。目前,功率铁氧体正朝着高频率、低损耗方向发展,高磁导率铁氧体则朝着磁导率更高、频率稳定性更好的发展方向发展。本文将主要对具有优良性能的功率铁氧体和高磁导率铁氧体的制备技术和机理进行研究。 本文首先从MnZn铁氧体的晶格结构分析出发,理论上解释了MnZn铁氧体磁性的来源;然后利用分子场理论,研究了MnZn铁氧体材料的分子磁矩、居里温度、饱和磁感应强度等电磁参数与MnZn铁氧体磁性能的关系;最后从磁畴理论出发,研究了MnZn铁氧体的损耗和磁导率的机理,提出了降低MnZn铁氧体损耗和提高磁导率的方法,为制备高性能MnZn铁氧体材料打下理论基础。 本文还研究了MnZn铁氧体材料的制备工艺过程,指出了MnZn铁氧体制备工艺中应该注意的问题。首先对MnZn铁氧体的形成机理进行了分析,并对MnZn铁氧体形成的固相反应动力学进行了研究;然后分析了MnZn铁氧体在烧结过程中的物理化学变化,研究了烧结工艺对MnZn铁氧体磁性能的影响,提出了制定MnZn铁氧体烧结工艺的原则。 对功率MnZn铁氧体而言,在分析了MnZn铁氧体磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗的基础上,指出制备高性能功率MnZn铁氧体材料的关键工艺在于掺杂和烧结工艺的控制,在此基础上,对制备高性能功率MnZn铁氧体材料的掺杂和烧结工艺进行了深入研究。首先,研究了各种杂质CaCO3、SiO2、TiO2、ZrO2、Ta2O5、Er2O3等杂质对功率铁氧体磁损耗的影响,并对杂质的作用机理进行了研究。研究结果发现加入适量的上述杂质均可以有效降低功率铁氧体材料的磁损耗,其原因在于杂质离子在铁氧体的晶界处大量聚集,在晶界形成了1-10um厚的高电阻率晶界绝缘层,提高了铁氧体的电阻率,从而降低铁氧体的磁损耗。其次,研究了SnO2杂质对铁氧体材料的磁性能的影响,并改进了铁氧体工艺,将加入SnO2杂质时间提前,并降低预烧温度,改进后的工艺可以进一步降低MnZn铁氧体的高频损耗。其原因在于部分的Sn4+离子 WP=5 部分取代Fe3+离子进入铁氧体晶格,提高了铁氧体晶粒内部的电阻率;另一部分的Sn4+离子与Ca2+、Si4+、Nb5+和V5+等离子一起形成具有高电阻率晶界层,提高了铁氧体晶界的电阻率,降低了铁氧体的涡流损耗。然后,研究了纳米CaCO3和SiO2对MnZn功率铁氧体材料的影响,研究结果表明加入纳米材料有助于MnZn功率铁氧体材料的晶粒均匀生长,并阻止其他杂质离子进入铁氧体材料的晶格,而在晶界层富集,形成高电阻率的晶界层,降低了铁氧体材料的涡流损耗,提高了铁氧体材料的性能。最后,研究了烧结工艺对功率铁氧体材料磁性能的影响,在最佳烧结温度和平衡气氛下烧结可以得到高性能的功率铁氧体。 对高磁导率MnZn铁氧体而言,高磁导率的关键在于选择合适的配方和掺杂,并辅于适当的烧结工艺。选择合适的配方,在适当的掺杂和烧结工艺条件下就可以制得 为15K的高磁导率MnZn铁氧体材料。适量的有效杂质Bi2O3、MoO3、PbO、Co2O3和B2O3都可以促进铁氧体的晶粒生长,提高烧结密度,并提高磁导率。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TM277

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【引证文献】
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1 ;TDK推出新一代功率铁氧体PC95[N];中国电子报;2003年
2 ;赢家高性能跑车 输家福特欧宝[N];市场报;2001年
3 雷正刚 梁爽;武钢高性能建筑用钢再领风骚[N];世界金属导报;2003年
4 记者  汪永安;天源磁材独占鳌头[N];安徽日报;2006年
5 特约记者 李洋;高性能纳米陶瓷喷漆材料问世[N];中国船舶报;2006年
6 刘群 杨宏辉;万力首期高性能子午胎项目投产[N];中国化工报;2006年
7 刘桂春;河北推出高性能脲醛输送机托辊[N];中国冶金报;2006年
8 ;蚬壳星盈:高性能刀片计算机风行[N];中国计算机报;2007年
9 周游;联想服务器再战高性能[N];中国计算机报;2007年
10 江山;浪潮发力高性能商用计算市场[N];中华工商时报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 聂建华;高性能MnZn铁氧体材料的制备及机理研究[D];华中科技大学;2004年
2 王克强;Ni-Zn铁氧体粉的自蔓延高温合成及烧结研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 王克强;Ni-Zn铁氧体粉的自蔓延高温合成及烧结研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 杨林颖;铁氧体非互易器件新结构及其特性研究[D];电子科技大学;2011年
5 徐吉静;稀土取代六方晶系铁氧体的微观结构和电磁性能研究[D];吉林大学;2011年
6 于成峰;钢厂冷轧废酸再生中氧化铁粉的提纯与应用研究[D];华东理工大学;2011年
7 顾明;低温高场下顺磁性物质的磁和磁光特性及掺杂影响MnZn功率铁氧体磁性能的研究[D];上海交通大学;2008年
8 黄爱萍;锰锌铁氧体损耗、磁导率和阻抗特性及制备技术研究[D];华中科技大学;2006年
9 傅小明;稳恒磁场下制备铁氧体材料的基础研究[D];上海大学;2010年
10 凌味未;低温共烧(LTCC)铁电/铁磁复合材料与器件研究[D];电子科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 葛慧琳;高性能掺杂Ni-Zn铁氧体材料制备与表征[D];中国地质大学(北京);2010年
2 詹伟强;铁氧体磨削表面粗糙度试验研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 靳俊凤;各向异性磁特异介质的有效介质理论研究[D];复旦大学;2010年
4 王娇;铁氧体材料的扫描电子显微镜分析研究[D];电子科技大学;2009年
5 王振华;C粉对自蔓延合成NiCuZn铁氧体性能影响的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
6 庞尔楠;低温烧结NiCuZn铁氧体新工艺研究[D];中北大学;2010年
7 傅膑;宽温低功耗MnZn铁氧体材料及变压器仿真[D];电子科技大学;2011年
8 邓松;锌锰干电池废料制备锰锌功率铁氧体的研究[D];中南大学;2012年
9 范立佳;静电纺丝技术制备铁氧体纳米纤维[D];长春理工大学;2008年
10 盛学民;高性能镍锌系铁氧体的制备和性能研究[D];兰州大学;2008年
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