安徽大学硕士论文：化学共沉淀法制备高性能 NiZn 铁氧体的研究

安徽大学硕士论文：化学共沉淀法制备高性能 NiZn 铁氧体的研究

安徽大学硕士学位论文 化学共沉淀法制备高性能NiZn铁氧体 姓名：**** 学位等级：硕士 专业：材料物理与化学 指导老师：**光；楼明莲 2003.4.1安徽大学硕士学位论文 本论文报道了采用化学共沉淀法制备纳米级NiZn铁氧体粉体，以及利用此粉体制备块体NiZn铁氧体材料。实验结果表明，采用共沉淀法可以制备出高性能的NiZn铁氧体材料，这与共沉淀法的特点分不开，共沉淀法制备的粉体具有晶粒细小、均匀性好、活性高、纯度高的特点，有利于固相反应，可以获得性能优异的铁氧体材料。对共沉淀法制备的粉体进行了组织和物相分析，并系统地测量了实验样品的磁性能。 /2，一肚/，同时在实验过程中研究了掺杂与取代对NiZn铁氧体性能的影响，讨论和分析了不同掺杂与取代影响材料磁性能的物理机制，提出了一些提高NiZn铁氧体性能的途径。 关键词：化学共沉淀法；锌铁氧体；安徽大学硕士学位论文 CO—． —． CO—rains，，． O——(TEM)． ，． tes． ：CO—软磁铁氧体是开发最早、种类最多、产量最大、应用最广泛的铁氧体材料。

它作为电感器和变压器广泛应用于有线通讯、无线通信、广播、电视和航空航天技术以及其他电子技术中。1935年由荷兰飞利浦实验室的斯诺克首次研究成功，1947年斯诺克发表了第一部关于铁氧体的专著，1959年Smit和Win发表了尖晶石铁氧体的专著[2]，系统地总结了铁氧体的基本磁性能和制备方法。20世纪60年代以来，人们对于气氛、添加剂、微观结构等与磁性能的关系进行了深入的研究，使软磁材料的性能有很大的提高。铁氧体磁性材料按晶体结构类型可分为尖晶石型、石榴石型和六方晶系三类。在尖晶石铁氧体中，镍锌铁氧体是大量生产和使用的材料。 由于其内部结构易产生孔隙和较高的电阻率，使它成为1MHz以上应用频率范围内最优秀的软磁材料。另外，镍锌铁氧体具有磁致伸缩系数k大的特点，因而具有较大的非线性效应，可用于磁致伸缩器件。由于NiZn铁氧体在高频领域的优势，人们对质子加速器用铁氧体、芯片传感器用铁氧体等材料进行了大量的研究[5’181]，发现通过引入适量的各种添加剂(掺杂和取代)，可大大改善镍锌铁氧体的各项性能[19-22}，使它广泛应用于各个领域。

在高频、大磁场情况下，镍锌铁氧体仍是不可替代的重要材料，一般要求具有高饱和磁通密度、高截止频率、高居里温度和低损耗等特点。通常镍锌铁氧体的制备采用传统的氧化物陶瓷工艺，但近年来人们越来越多地采用湿化学法，如水热法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法等[23.2]。其中化学共沉淀法具有粉末颗粒均匀、纯度高、配方准确、活性好的特点，这些特点有利于固相反应，可以在较低的温度下得到单相纳米级NiZn铁氧体粉末，成本相对较低，国内外已开始工业化生产。本文在实验过程中采用化学共沉淀法制备纳米NiZn铁氧体粉末，并在此基础上制备NiZn铁氧体块体材料。 结果表明，利用纳米粉末制备的块体材料具有较高的性能参数。本论文分为四章；第1章为基础理论部分，简单介绍软磁铁氧体的结构和主要性能参数。第2章为实验研究部分，包括实验方法、样品制备及样品测试等。第3章为结果分析部分，主要对实验结果进行分析。第4章为结论部分。安徽大学硕士学位论文第1章基础理论第1章基础理论[28-30]1.1铁氧体的晶体结构与磁源NiZn铁氧体为尖晶石铁氧体，是由镍铁氧体和锌铁氧体组成的单相固溶体。

1.1.1尖晶石铁氧体的晶体结构尖晶石铁氧体的晶体结构属于立方晶系（氧离子呈面心立方堆积），化学式为，式中Me代表二价金属离子，在镍锌铁氧体中代表Ni”、Zn”、Fe2+等，铁为三价离子Fe3+，也可部分被其他三价金属离子如A13+或Cr3+等取代。尖晶石晶体的晶胞如图1.1.1所示。图中所示的晶胞可分成八个小立方体。在同边的小立方体中，OA位置的氧离子和B位置的金属离子的分布相同，而同面的小立方体中离子的分布则不同，每个小立方体含有4个氧离子，晶胞中含有32个氧离子。金属离子半径较小，镶嵌在密集堆积的氧离子中。 空隙分为两类：一类是六个氧离子形成的较大的八面体位置，称为B位；另一类是四个氧离子形成的较小的四面体位置，称为A位，如图1.1.2所示。尖晶石结构的晶胞中有64个A位和32个B位，但被金属离子占据的A位和B位只有8个，B位只有16个，即晶胞相当于8个AB20分子式中的离子数，因此，尖晶石铁氧体中金属离子的分布可表示为：（Me2+xFe3+1-Me2+1.xFe3+t+x104）上式中，（）内的离子代表A位，[ ]内的离子代表B位。

安徽大学硕士学位论文第一章基础理论1.1.2尖晶石铁氧体的磁性来源铁氧体具有亚铁磁性，阳离子与氧离子间接交换（超交换）。在尖晶石铁氧体中，最强的是A，最弱的是B。A与B之间强烈的超交换导致A、B亚晶格上金属离子的磁矩呈反向平行排列，因此总磁矩应为A亚晶格磁矩与B亚晶格磁矩相互抵消后的剩余磁矩。对于铁氧体来说，它的离子分布为（Me2+xFe3+1.x）[Me2+1.xFe2+1 0.4，则它的分子饱和磁矩为m2mb-ma=（1+x）mF-+（1-x）mM-~0-x）mF-x华| = 2xI.】F-+ (1-2x)mM-~0-x)mF-xHua = 10uB+ (1-2)nM-~0-x)mF-xHua = 2xI.】F-+ (1-2x)mM-~0-x)mF-xHua = 10uB+ (1-2)nM-~0-xHua = 2xI.】F-+ (1-2x)mM-~0-xHua = 10uB+ (1-2)n ...

、高的居里温度Tc和较低的功耗；磁记录装置用铁氧体材料要求有高的饱和磁感应强度B.、高的初始磁导率An.、高的密度D和低的矫顽力H.；无线电波吸收器希望在其工作频率范围内损耗越大越好。下面就软磁铁氧体的一些主要的、常见的特性参数作些简要分析。1.2.1初始磁导率“i”磁导率是软磁材料的一个重要参数，从使用要求看，主要是初始磁导率。它是材料在弱磁场中磁化过程的一个宏观特性表现，其物理机制是可逆磁化矢量旋转过程和可逆畴壁位移过程。 起始磁导率就是这两个磁化过程的叠加：一般来说，如果烧结铁氧体样品内部孔隙多、密度低，畴壁移出孔隙需要很大的能量，因此弱磁场下的磁化机制以可逆畴移为主；如果样品中晶粒较大、密度较高、孔隙少，则畴壁很容易移动，磁化以可逆壁移为主。通常两种情况都存在，各自的比例随材料微观结构的不同而变化。材料磁化的难易程度由磁化功率（与MH成正比）与电阻的比值决定，越容易磁化，电阻越大。畴壁可逆位移的阻力主要来自于孔隙、不均匀应力、异质掺杂，还包括晶界退磁场和壁面积扩大引起的畴壁能量增加。 磁化矢量可逆旋转过程的阻力主要来自于磁晶的各向异性和内部应力，另外还包括晶界处的孔隙和其他相引起的退磁场（该退磁场使等效各向异性常数K增大）。

这两次磁化过程产生的初始磁导率为：式中：p为杂质的体积浓度；δ为畴壁厚度；d为杂质直径；a、b为大于等于1的比例常数。实践和理论证明，增大M，满足K≥10、9.0是提高磁导率的必要条件；减少杂质、提高致密度、增大晶粒尺寸及促使组织均匀，消除内应力、孔隙等因素的影响，是提高磁导率的充分条件。安徽大学硕士论文第一章基础理论1.2.2磁损耗在交变磁场中，软磁材料由于磁滞、涡流和磁后效应，会造成磁感应强度B落后于磁场H，产生损耗，即材料从交变磁场中吸收能量，并以热量的形式耗散掉。 此时磁导率是个复数，即θ=p'-j"，其中θ对应于能量损失，θ'对应于能量储存。在微弱的交变磁场中，可认为磁感应强度100的变化仅滞后于交变场A一个相位角6，即：A=H.eJ一,直=B.ej(mt-