摻雜對W型六角晶系鐵氧體的微觀結(jié)構(gòu)和磁性能研究.pdf

1、目前以SrO·6Fe2O3為代表的磁鉛石型六角晶系鐵氧體即M型鐵氧體已成為鐵氧體燒結(jié)磁體的主流，對于該M型鐵氧體磁體，人們著眼于使鐵氧體晶粒粒徑接近單磁疇粒徑、使鐵氧體晶粒在磁晶各向異性方向上保持一致以及使燒結(jié)體高密度化，繼續(xù)進行著高性能化的研究。該研究的結(jié)果是M型鐵氧體磁體的特性接近其上限，其磁性能也很難飛速的提高。作為可能表現(xiàn)出比M型鐵氧體磁體性能更高的鐵氧體磁體中，熟知的有W型鐵氧體。W型鐵氧體磁體比M型鐵氧體磁體的飽和磁化高10

2、％左右，其各向異性磁場程度相同，而且W型鐵氧體具有2個陽離子晶位，可進行多種2價陽離子或3價陽離子替換，能夠比M型鐵氧體更廣泛的改變磁性。因此需要找到高性能且穩(wěn)定的永磁材料，W型鐵氧體就是其中一個重要的方向。
　　W型鐵氧體具有較大的飽和磁化強度、較強的磁晶各向異性、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于磁光材料及磁記錄、微毫米波段材料和永磁材料領(lǐng)域。W型鐵氧體的磁性能的改善可以通過摻雜取代來實現(xiàn)。本論文采用溶膠-凝膠法和固相反應(yīng)法制

3、備離子摻雜取代的系列W型鐵氧體樣品。樣品的微觀結(jié)構(gòu)利用X射線衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜儀(XPS)和掃描電子顯微鏡(SEM)進行表征，樣品的磁性能利用振動樣品磁強計(VSM)和永磁材料自動測量裝置進行表征。具體的實驗結(jié)果如下:
　　1.采用溶膠-凝膠法制備了非稀土離子Ca摻雜取代的W型鐵氧體Ba1-xCaxCo2Fe16027（x=0，0.1，0.3，0.4和0.5），并研究熱處理溫度和Ca含量對其微觀結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。

4、XRD結(jié)果證明適量Ca離子摻雜取代的鐵氧體均為單一、穩(wěn)定的純相。取代后產(chǎn)物的晶胞參數(shù)a幾乎不變，而晶格參數(shù)c減小，晶胞體積V減小，導(dǎo)致晶格收縮變形，這一晶格畸變行為意味著Ca離子成功進入晶體晶格中，SEM觀察到所有樣品都有著較好的六方結(jié)構(gòu)，顆粒基本上分布均勻。隨著取代量x的增加，樣品的比飽和磁化強度σs增大，在x=0.50時有最大值σs=63.6 A·m2/kg，說明鈣的摻雜量越大磁體的磁性能越好。
　　2.采用固相反應(yīng)法制備了不

5、同La3+摻雜的W型鐵氧體Ba1-xLaxZn2Fe16O27(x=0-0.25)，并研究了La含量對其微觀結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。XRD結(jié)果顯示，當(dāng)x≤0.20時樣品是單一的磁鉛石型W相，然而當(dāng)x=0.25時，La2O3相出現(xiàn)。樣品形成了六角片狀結(jié)構(gòu)，而且顆粒分布均勻。隨著La3+摻雜含量的增加，樣品的晶格常數(shù)a和c不斷減小，導(dǎo)致晶胞體積V也隨著減小，同時空隙率增加。樣品的飽和磁化強度Ms先增加后減小，當(dāng)輕稀土La3+取代量x=0.10時

6、，樣品的飽和磁化強度Ms達到峰值71.38emu/g，較未摻雜樣品的飽和磁化強度提高約22.1％。其矯頑力Hc先增加后減小再增大。X射線光電子能譜研究結(jié)果分析表明，取代前Fe分別主要以Fe3+三價態(tài)存在，取代后，可以看出有La3+譜存在，而Fe則以Fe3+（三價）+ Fe2+（二價）混合價態(tài)的形式存在。利用X射線光電子能譜證實了La3+離子取代能使部分Fe3+離子轉(zhuǎn)變成Fe2+離子。這表明La能進入W型鐵氧體的A位，并且顯著提高樣品的磁

7、性能。
　　3.采用固相反應(yīng)法制備了不同Gd3+離子摻雜的W型鐵氧體BaFe2+2Fe3+16-xGdxO27(x=0-0.20)，并研究了熱處理的干燥溫度和燒結(jié)溫度對Fe2W鐵氧體樣品相結(jié)構(gòu)的影響，以及Gd3+離子摻雜含量對鐵氧體樣品微觀結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。對于干燥溫度的影響，當(dāng)干燥溫度為170℃時有Fe3O4相出現(xiàn)，干燥溫度180-200℃可以獲得單一的磁鉛石型相，干燥溫度為210℃時樣品中除了Fe2W相結(jié)構(gòu)，同時還有一些M型

8、鐵氧體和α-Fe2O3的相。對于燒結(jié)溫度的影響，當(dāng)燒結(jié)溫度在1100℃時，樣品中除了Fe2W相結(jié)構(gòu)，同時還有一些M型鐵氧體相。在此條件下獲得W單相的鐵氧體，適宜的燒結(jié)溫度為1120-1200℃。對于Gd3+離子含量的影響，當(dāng)x≤0.15時樣品是單一的磁鉛石型W相，然而當(dāng)x=0.20時，Gd2O3相出現(xiàn)。SEM顯示樣品形成了六角狀結(jié)構(gòu)。隨著Gd3+離子摻雜含量的增加，樣品的晶格常數(shù)a和c均增大，導(dǎo)致晶胞體積V也隨著增大。X射線光電子能譜顯