高磁导率锰锌铁氧体的研发

论文摘要

随着电子信息技术的发展，电子设备的体积更小，更轻，可靠性更高的趋势越来越明显，相应地对以铁氧体为材料的电子元器件提出了更高的要求。本文采用氧化物陶瓷工艺来制备高磁导率锰锌铁氧体，采用Fe2O3、Mn3O4和ZnO为原料，对初始磁导率为8000的高磁导率锰锌铁氧体的制备技术进行了研究。其中重点研究了二次球磨时间，预烧温度，成型压力，添加剂，烧结温度，保温时间，烧结气氛等因素对高磁导率MnZn铁氧体磁性能的影响。本文第一章首先概述了锰锌铁氧体的基本情况，以及目前国内外研究的概况，提出本文研究的背景;第二章介绍了锰锌铁氧体的结构，磁性来源，技术磁化理论，提出提高磁导率的方法；第三章对工艺环节中的各个流程进行了详细研究，在不同工艺条件下对锰锌铁氧体样品进行制备，研究其相关磁性能，设计出了一条合适的工艺路线，实现μi>8000的高磁导率锰锌铁氧体的制备；第四章研究了Bi2O3掺杂对锰锌铁氧体磁性能的影响；第五章为本文的总结部分，给出了最后的结论和不足。本文通过实验研究，采用氧化物法成功制备了高磁导率MnZn铁氧体材料并得到以下结论：（1）由初始磁导率与MnZn铁氧体组分间的关系图以及MnZn铁氧体的K1和λs与组分的关系图可知：要使初始磁导率最大化，Fe2O3：MnO：ZnO配比范围应该为：51-53：25-27：21-24mol%;（2）预烧温度对高磁导率锰锌铁氧体的磁性能有显著的影响。当预烧温度过低时，烧结体晶粒尺寸过大，且很不均匀，会出现二次晶粒生长现象，从而使得初始磁导率较低；当预烧温度过高时，由于粉末活性的下降，烧结体晶粒尺寸变小，晶界增多，使得畴壁位移的阻碍增加，初始磁导率也不高。所以必须选择适当的预烧温度，根据设计的配方和工艺条件，理想的预烧温度为850℃;（3）球磨工艺会直接影响粉末粒径。粉末粒径随着球磨时间的延长而逐渐减小，粉末越细、比表面积就越大，粉体在烧结过程中的活性就越高、就会加快晶粒的生长速度，这样使得晶粒的二次生长更容易发生，在微观结构中会出现一些异常大的晶粒，就会造成晶粒尺寸不均匀。所以要严格控制球磨时间，实验中获得的最佳二次球磨时间为6小时;（4）成型压力也会对烧结样品的磁性能产生影响。随着成型压力的增大，提高了坯件中粉末颗粒之间的接触，促进了烧结，进而增加磁导率；若再提高成型压力，则会导致磁导率下降，这是因为过高的成型压力会使得样品的密度下降，同时在铁氧体中的残余应力也会变大。研究出最好的成型压力为125MPa;（5）烧结是决定锰锌铁氧体材料性能的重要工序。设计恰当的烧结工艺并对其进行精确控制是获得具有优良性能铁氧体材料的关键。为此本文对烧结工艺中的烧结温度、保温时间、烧结气氛进行了研究和探讨。在烧结过程中，既要适当提高烧结温度使铁氧体固相反应完全、铁氧体晶粒均匀长大，还要使其不能太高以避免晶粒的不连续生长，降低铁氧体材料的磁性能。由于烧结设备的限制，实验中采用真空电阻炉，其对烧结气氛的控制是通过抽取电阻炉内空气来实现的，即通过调节电阻炉内的压强。研究得出适宜的烧结温度、保温时间、起始压强分别为：1360℃、4小时、0.05MPa；（6）适量的Bi2O3掺杂能够促进晶粒生长，提高磁导率；但过量的Bi2O3掺杂会使晶粒气孔率增加，降低磁导率。实验得出Bi2O3最佳的添加量为0.04wt%，且掺杂后适宜的烧结温度为1250-1300℃。经过一系列的实验研究，本文成功制备了初始磁导率为8000的MnZn铁氧体，这为进一步提高MnZn铁氧体材料的性能提供了一定的实验数据和参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 MnZn 铁氧体发展历程及国内外发展现状
• 1.3 高磁导率 MnZn 铁氧体发展历程及国内外发展现状
• 1.4 MnZn 铁氧体的主要制备方法
• 1.4.1 干法制备技术
• 1.4.2 湿法制备技术
• 1.5 研究目的及意义
• 1.6 研究的主要内容
• 1.7 论文结构安排
• 2 锰锌铁氧体的基础理论基础的分析
• 2.1 引言
• 2.2 锰锌铁氧体的晶体结构及其化学组成
• 2.2.1 晶体结构
• 2.2.2 化学组成
• 2.2.3 金属离子具体的分布情况
• 2.3 锰锌铁氧体的自发磁化理论
• 2.3.1 饱和分子磁矩
• 2.3.2 锰锌铁氧体磁性的来源
• 2.3.3 锰锌铁氧体居里温度 Tc
• 2.4 锰锌铁氧体的磁晶各向异性和磁致伸缩特性
• 2.4.1 在锰锌铁氧体中关于磁晶各向异性的分析
• 2.4.2 在锰锌铁氧体中关于磁致伸缩特性的分析
• 2.5 锰锌铁氧体中关于磁畴理论的论述
• 2.5.1 磁畴与磁畴壁的形成
• 2.5.2 锰锌铁氧体磁畴结构
• 2.6 锰锌铁氧体的技术磁化理论
• 2.7 提高初始磁导率的方法
• 3 高磁导率锰锌铁氧体的制备及结果分析
• 3.1 引言
• 3.2 锰锌铁氧体的制备流程和工艺
• 3.2.1 原料与配方的选取
• 3.2.2 一次球磨
• 3.2.3 预烧
• 3.2.4 二次球磨
• 3.2.5 造粒
• 3.2.6 成型
• 3.2.7 烧结
• 3.3 实验及结果分析
• 3.3.1 实验过程
• 3.3.2 MnZn 铁氧体材料的性能测试
• 3.3.3 实验结果与讨论
• 4 掺杂对高磁导率锰锌铁氧体的影响研究
• 4.1 掺杂的定义以及现状
• 2O₃对锰锌铁氧体性能的影响'>4.2 Bi₂O₃对锰锌铁氧体性能的影响
• 2O₃对锰锌铁氧体微观结构的影响'>4.2.1 Bi₂O₃对锰锌铁氧体微观结构的影响
• 2O₃对初始磁导率的影响'>4.2.2 Bi₂O₃对初始磁导率的影响
• 2O₃在不同烧结温度下对初始磁导率的影响'>4.2.3 Bi₂O₃在不同烧结温度下对初始磁导率的影响
• 2O₃对晶相的影响'>4.2.4 Bi₂O₃对晶相的影响
• 5 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 存在的问题及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要