掺杂M-型钡铁氧体的制备及磁学性能研究

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M-型钡铁氧体是一类具有广泛应用前景的磁性功能材料,为了获得高性能的铁氧体粉料,其制备方法和性能调控一直是研究的热点。本文分别采用不同的方法合成M-型钡铁氧体纳米材料,以共沉淀-熔盐法的最佳工艺条件合成了系列掺杂M-型钡铁氧体。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)等手段对样品进行表征,并进行细致的研究。柠檬酸sol-gel法、共沉淀法是具有许多优点的通用方法。本文研究了柠檬酸sol-gel法、共沉淀法及共沉淀-熔盐法合成BaFe12O19。研究发现,共沉淀法在700℃合成了BaFe12O19,比sol-gel法具有更低的合成温度,这主要是由于中间相的出现引起的。通过引入助熔剂,对共沉淀法改进,能够获得分散性提高的六角片状单磁畴BaFe12O19微粉。同时,助熔剂种类、煅烧时间和温度都对样品有影响。磁性能优良的BaFe12O19,在100%KCl为助熔剂的情况下,通过共沉淀-熔盐法,在450℃2h+950℃4h煅烧合成,比饱和磁化强度达到71.9 A·m2/kg,接近钡铁氧体比饱和磁化强度的理论值72 A·m2/kg,矫顽力367.8kA/m,剩磁43.4 A·m2/kg,最大磁能积12.2 kJ·m-3。通过共沉淀-熔盐法制备了CO2+、Zn2+、Mn2+与Sn4+或La3+二元或三元联合取代的M-型钡铁氧体,随取代量x增加,均引起样品晶胞参数的增大,样品粒子尺寸变小。CO2+、Zn2+、Mn2+分别与Sn4+元联合取代BaFe12O19时,随掺杂浓度增加,矫顽力和矫顽力温度系数均减小,比饱和磁化强度发生了不同的变化。在低掺杂浓度时,CO2+、Mn2+掺杂有利于比饱和磁化强度增加,Zn2+引起了比饱和磁化强度的降低。高浓度掺杂时,比饱和磁化强度均降低,CO2+、Zn2+掺杂引起的比饱和磁化强度降低更快。对于BaFe122xZnx/2Cox/2SnxO19样品,随取代量x增加,比饱和磁化强度、比剩余磁化强度、最大磁能积、矫顽力均降低。对于BaFe122xZnx/2Cox/2SnxO19样品,随x增加比饱和磁化强度先增加后减少,但都高于BaFe12O19。替代量x在0.5-0.6之间的钡铁氧体磁粉,不仅比饱和磁化强度高,矫顽力温度系数低,而且矫顽力的大小在80-240 kA·m-1之间。这种磁粉有希望在高密度磁记录介质方面得到应用。对于Ba1-xLaxFe12-xMnxO19和Ba1-xLaxFe12-xCoxO19增大,K1、HA、Hc均先增加后减少,但比饱和磁化强度变化不同,前者几乎没有改变,后者的比饱和磁化强度也表现为先增加后减少。由此可见,La3+离子掺杂能够有效提高钡铁氧体的矫顽力,因此可作为制备M-型钡铁氧体永磁材料和调控M-型钡铁氧体磁记录介质矫顽力的有效的掺杂元素。通过CO2+、Mn2+、Sn4+、La3+联合取代,有望获得性能更优异的高密度磁记录介质。
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