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高性能镍锌系铁氧体的制备和性能研究

盛学民  
【摘要】: 立方晶系尖晶石型铁氧体是一种重要的软磁材料和电气产品。进一步提高高频条件下大功率软磁铁氧体的性能,是目前我国发展高端软磁铁氧体产品的方向,本文在Ni-Zn铁氧体的基础上采用陶瓷烧结工艺,通过研究Ni~(2+)、Zn~(2+)离子比例变化对Ni-Zn铁氧体磁性能的影响、Cu~(2+)、Mn~(4+)、Co~(3+)单一替代和复合掺杂等研究,探索工业化生产的工艺和提高材料性能的途径。得到以下结论: 1.通过对Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4的制备和性能测试,发现随着预烧和烧结温度的变化,晶格常数、晶粒尺寸、饱和磁化强度,矫顽力有较明显变化,从而根据工艺条件调节确定配方铁氧体的饱和磁化强度。预烧温度850℃,烧结温度1300℃起始磁导率750。 2.(Ni_(0.38)Zn_(0.62))Fe_2O_4配方850℃预烧,1070℃烧结时M_s值最大87 emu/g,研究得出随着Ni离子的增加饱和磁化强度先增后减,其原因在于Ni离子在B位的数目调节了铁氧体的分子磁矩,并为接下来得到高起始磁导率确定了主配方:(Ni_(0.38)Zn_(0.62))Fe_2O_4。起始磁导率为667,功耗853 kW/m~3 3.(Cu_(0.15)Ni_(0.23)Zn_(0.62))Fe_2O_4研究发现Cu离子的加入由于其在较低温度下的液相反应极大的降低了铁氧体工艺温度为750℃。同时由于其具有较高的电导率,所以极大的增加了铁氧体的功率损耗。1050℃下,起始磁导率843,功耗1240 kW/m~3 4.在750℃预烧(Ni_(0.222)Mn_(0.008)Cu_(0.15)Zn_(0.62))Fe_2O_4烧结温度1130℃时,由于Mn具有较为复杂的价态化学性导致Mn的离子半径的不稳定性,从而改变Mn的离子占位,所引起的分子磁矩的巨大变化使得掺Mn铁氧体的磁电性能和工艺条件发生很大变化最后确定配方(Ni_(0.21)Mn_(0.008)Cu_(0.15)Zn_(0.62))Fe_2O_4,起始磁导率717,功耗662 kW/m~3 5.在750℃预烧(Co_(0.01)Ni_(0.21)Mn_(0.008)Cu_(0.15)Zn_(0.62))Fe_2O_4烧结温度1250℃时,由于Co具有较强的磁各向异性和对铁氧体晶粒生长的强烈抑制导致铁氧体的起始磁导率随着Co离子的增加迅速下降,同时功耗大幅度下降,从而实现了铁氧体高频大功率应用的目的,起始磁导率374,功耗525 kW/m~3


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