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复相铁氧体材料的放电等离子体烧结合成
吴晓艳,赵文俞,魏 平,张清杰
(武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,湖北武汉430070)
摘 要: 采用化学共沉淀法制备了名义组成为xFe
+BaFe12O19(0≤x≤1,Δx=0.2)的共沉淀前驱体,研究了该前驱体在放电等离子体烧结条件下形成复相铁氧体材料的结晶行为和烧结体的磁性能。结果表明,所有烧结体中均没有Fe2O3中间相形成,x=0时烧结体为单相M型钡铁氧体(BaM),0
机理;磁性能
中图分类号: TM277文献标识码:A文章编号:100129731(2009)0921461204
我们开展了关于放电等离子体烧结(SPS)技术超快速合成BaM材料的研究,合成了Fe3+和Fe2+过量的BaM材料,发现在SPS条件下BaM具有高饱和磁化强度和低矫顽力磁性特征[10～]Fe和Fe1219条件下形成复相铁2 实 验
采用化学共沉淀法制备名义组成为xFe+BaFe12
Δx=0.2)的前驱体,其工艺包括沉淀反O19(0≤x≤1,应溶液配制和共沉淀反应两个过程。其中,沉淀反应溶液配制的具体过程为:以FeCl3・6H2O和BaCl2・2H2O为原料,按合成名义组成为BaFe12O19的化学计
量比称量并配制混合盐溶液;以NH4HCO3和NaOH为沉淀剂,按沉淀剂过量20%称量并配制沉淀剂溶液。共沉淀反应过程是:先将准确称取的x摩尔羰基铁粉与去离子水混合后转入共沉淀反应池中,并向反应池通Ar气;尔后在室温下以恒定速率将混合盐溶液和沉淀剂溶液同时滴入共沉淀反应池中,同时强烈搅拌,待共沉淀反应完全后依次经过离心、洗涤、真空干燥、研磨,得到Fe和沉淀物均匀混合的前驱体。
采用DrSINTER1050型放电等离体烧结(SPS)Δx=0.2)前驱体进系统对xFe+BaFe12O19(0≤x≤1,行SPS烧结,其工艺参数为:烧结温度900℃,保温时间30min和压力20MPa。SPS样品的物相鉴定采用
X′PertPro型X射线衍射仪(X2raydiffraction,XRD)确定,显微结构采用JSM25610LV型扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)分析,磁性能采用Model4HF型振动样品磁强计(VibratingSam2pleMagnetometer,VSM)测量。
1 引 言
M型钡铁氧体(BaM)是一种重要的硬磁材料,具有低的微波损耗和良好的化学稳定性,其高频超高频
电磁波吸收与发射功能已在新一代无线通讯领域引起高度关注[1～4]。但BaM存在矫顽力过高和饱和磁化强度太低问题,如何提高BaM的饱和磁化强度和降低其矫顽力是目前这类材料在高频超高频无线通讯领域实现大规模应用的关键[3,4]。最近发现利用高饱和磁化强度的软磁金属铁或Fe3O4与硬磁BaM复合形成磁性能可大幅调控的复相铁氧体材料,这有望克服BaM在无线通讯面临的的困难[5～9]。其中,Pal等[5]采用H2部分还原BaM法制备Fe/BaM复相铁氧体材料,其矫顽力显著下降而饱和磁化强度远高于BaM;Darko等[6]采用水热还原法制备Fe3O4/BaM复相铁氧体材料,其饱和磁化强度随温度升高而增大,同时矫顽力逐渐降低;Bercoff等[7]采用机械合金法制备饱和磁化强度高于单相BaM材料的Fe3O4/BaM复相铁氧体材料。这些方法虽能制备高饱和磁化强度、低矫顽力的复相铁氧体材料,但工艺过程太复杂。近年,
3
3 结果与讨论
3.1 前驱体的物相组成
图1为名义组成为xFe+BaFe12O19(x=0、1.0)的共沉淀前驱体超细粉的XRD图。由图1可见,x=0时,XRD图谱中仅出现BaCO3的特征衍射峰,低衍射角区的非晶包是前驱体中含量最高的Fe(OH)3以胶
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50572083)收到初稿日期:2009203202收到修改稿日期:2009205212通讯作者:赵文俞
()作者简介:吴晓艳 1984-,女,山东济南人,在读硕士,师承赵文俞教授,从事铁氧体的研究。
体的形式存在而造成的;x=1.0时,XRD图谱中出现单质Fe的特征衍射峰,表明共沉淀过程并不会导致羰基铁发生物相转变,Fe的衍射峰强度较低,这是Fe含量较少且已被胶体Fe(OH)3包裹所致。由此推知,前驱体是由BaCO3、Fe(OH)3和单质Fe组成的
。
x增大,烧结体中BaM含量逐渐减少,Fe3O4和Fe2Y
含量逐渐增加;0.8≤x≤1.0时,烧结体由Fe3O4和
Fe2Y组成,BaM消失
。
图1 名义组成为xFe+BaFe1219XRD图
Fig1XRDofcophnominal
compositionx+12O19
3.2 烧结体的物相组成及其结晶反应机理
图2是名义组成为xFe+BaFe12O19的共沉淀前驱体的SPS烧结体的XRD图。由图2可见,x=0时,烧结体由单相BaM组成;x=0.2时,烧结体主晶相为BaM,同时含有少量Fe3O4和Ba2Fe14O22(Fe2Y);随着
BaCO3+12Fe(OH)3
Fe+8Fe(OH)3
+3+2+
BaFe3O412O19+Fe2Fe
2x12O19共沉淀前驱体其
XRD图
XRDpatternsofSPSproductsofcoprecipitation
precursorswithnominalcompositionxFe+BaFe12O19
α 结合BaM的SPS反应机制(前驱体→2Fe2O3→
BaM)[11],推断烧结体中Fe3O4是单质Fe与Fe(OH)3反应形成的。一般认为M型铁氧体是Y型铁氧体的中间产物[14],因此烧结体中BaM含量减少与Fe2Y的形成有关。进一步推断,xFe+BaFe12O19的共沉淀前驱体在SPS条件下的结晶反应为:+
(1)BaFe312O19+18H2O+CO2
+2+
(2)3Fe3O4+12H2O2Fe
+3+
(3)Ba2Fe22Fe12O22+4Fe2O3
2
由反应式(1)～(3)可以推导出方程式(4):
+3+3+2+
(4)BaCO3+20Fe(OH)3+Fe=Ba2Fe2O4+4Fe2O3+30H2O+CO22Fe12O22+2Fe2Fe
2
由于前驱体的实际组成为BaCO3+12Fe(OH)3 这是所有前驱体的SPS烧结体中均没有出现+xFe,按照反应式(4)的摩尔数关系,12molFe(OH)3Fe2O3的原因。BaM完全消失的金属Fe用量并不是完全反应生成式(4)右边的产物,消耗的Fe和BaCO3x=0.6而是x=0.8,可能是由于羰基铁粉在保存和均为0.6mol。即0.6
+2+
Fe+4Fe2O33Fe3O42Fe表1 名义组成为xFe+BaFe12O19共沉淀前驱体SPS烧结体的物相组成与结晶反应
Table1CompositionsandcrystallinereactionsofSPSproductsofcoprecipitationprecursorswithnominalcom2
positionxFe+BaFe12O19
x
合成物
BaM
BaM+Fe3O4+Fe2
Y
结晶反应
Fe(OH)3+BaCO3→BaMFe+Fe(OH)3→Fe3O4Fe(OH)3+BaCO3→BaMBaM+Fe3O4→Fe2Y
00.20.40.60.81.0
Fe3O4+Fe2YFe+Fe(OH)3+BaCO3→Fe3O4+Fe2Y
3.3 烧结体的显微结构
图3是名义组成为xFe+BaFe12O19的共沉淀前驱
体的SPS烧结体的背散射电子像(BEI)。由图3可见,x=0时,样品的BEI并无明显衬度变化,这与该样品
由单相BaM组成一致;x=0.2和0.6时两个样品的BEI均表现出灰色、白色和黑色3种衬度,x=0.6时黑色和白色衬度区域增多,灰色衬度区域减少;x=1.0时样品的BEI中仅出现白色和黑色两种衬度。根据化合物的平均原子序数:
n
Fe3O4、BaM和Fe2Y的平均原子序数分别为15.71、16.25和17.16。由于BEI中明、暗分别与平均原子序数高低对应,已知x=0.2和0.6的两个样品均由
(c)Fe3O4、BaM和Fe2Y三相组成,因此推断图3(b)、
原子序数=
CA∑
in
i
,i=1～n
C∑
l
i
式中n为原子种类总和,i为第i种原子,Ci为第i
种原子的个数;Ai为第i种原子的原子序数,计
算
中黑色衬度对应Fe3O4、灰色衬度对应BaM、白色衬度对应Fe2Y,图3(c)中黑色和白色衬度区域增多是Fe3O4和Fe2Y含量增加和BaM含量减少所致。因为x=1.0时样品仅由Fe3O4和Fe2Y组成,其BEI中黑、白衬度分别对应Fe3O4和Fe2Y,由此推断该样品中Fe3O4和Fe2Y呈随机分布图3 名义组成为xFe+BaFe12O19的共沉淀前驱体其SPS烧结体BEI图
Fig3BEIofsinteredproductsofcoprecipitationprecursorswithnominalcompositionxFe+BaFe12O19
为了进一步研究SPS技术一步快速制备复相铁显示Fe3O4颗粒出现局部畴变和存在大量孔洞现象,氧体材料的结晶反应机制,对名义组成为0.2Fe+这是因为在SPS条件下除单质Fe与Fe(OH)3反应
)和压力BaFe12O19的共沉淀前驱体在相同温度(900℃生成Fe3O4外,还发生了Fe(OH)3与BaCO3反应生
(20MPa)下较短保温时间
(10min)的SPS烧结体进行成BaM的结晶反应,由Fe3+构成的BaM与含Fe2+的了二次电子像(SEI)和BEI综合分析(图4),图4(c)为Fe3O4在SPS条件下极易反应生成Fe2Y,这是图4(c)图4(b)中黑色圆圈区域的放大像。可见,样品中衬度左下角针状Fe2Y分布在Fe3O4与BaM界面区的原最暗的球形颗粒为Fe3O4,这表明单质Fe与Fe(OH)3因。反应生成的Fe3O4继承了羰基铁粉的形态。图4c还
图4 名义组成为0.2Fe+BaFe12O19的共沉淀前驱体的SPS烧结体SEI和BEI图
Fig4SEIandBEIofSPSsinteredproductsofcoprecipitationprecursorswithnominalcomposition0.2Fe+
BaFe12O19
3.4 烧结体的磁性能的Fe2Y对烧结体Ms的贡献被相互抵消;0.6
图5为名义组成为xFe+BaFe12O19的共沉淀前驱8时,材料的Ms显著下降,这与过量的高Ms(223.5A体的SPS烧结体的磁性能。由图可见,x=0时,烧结・m2/kg[18])金属Fe与Fe2O3反应生成较低Ms(92A样品的饱和磁化强度(Ms)最大,达到57.4A・m2/kg;・m2/kg)的Fe3O4有关,由式(4)可知前驱体中Fe0.2≤x≤0.6时,烧结体的Ms基本保持不变,这与烧(OH)3不足,金属Fe并不会被完全转变成Fe2+,但当结体中BaM含量逐渐减少、Fe3O4和Fe2Y含量逐渐Fe(OH)3被完全转变成Fe3O4、Fe2Y和Fe2O3后,过增加有关,因为Fe3O4和BaM的Ms理论值分别为量的高Ms(223.5A・m2/kg)金属Fe将与Fe2O3反应92A・m2/kg[15]和72A・m2/kg[16],Fe2Y的Ms为生成Fe3O4;x=1.0时,材料的Ms稍增大。对矫顽力
(Hc)而言,x=0时烧结体由Hc较高的单相BaM组33.2A・m2/kg[17],具有较高Ms的Fe3O4与较低Ms
成;随x增加,烧结体中BaM逐渐减少,Hc较低的Fe3O4和Fe2Y逐渐增加,因此Hc急剧降低;x=1.0时,Hc稍有增加与Fe3O4的相对含量增加有关。另一方面,0≤x≤0.8时,随着x增加,烧结体的Hc逐渐减小,这是烧结体中低矫顽力Fe3O4和Fe2Y含量增多而高矫顽力BaM含量减少决定的;x>0.8时Hc稍增加,可能与随机分布Fe3O4和Fe2Y晶粒长大导致磁化反转更难有关
。
烧结体的饱和磁化强度随x增加而先显著降低后几乎不变,最后显著降低再稍增大,其变化特征与结晶反应及物相组成演变规律一致;矫顽力先大幅度降低后略增大,这与烧结体中Fe3O4和Fe2Y含量增多、BaM含量减少和随机分布Fe3O4和Fe2Y晶粒长大有关。参考文献:
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:[],SPradhanbSK,etal.[J].JMagnMagn
,2004,269(1):42247.
[6] DarkpM,MihadD.[J].CrystalGrowth&Design,
2008,8(7):218222186.[7] BercoffPG,BertorelloHR.[J].JMagnMagnMater,
1998,187(2):1692176.
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社,2003.
图5 Ba12O19共沉淀前驱体其
SPSFig5MagneticpropertiesofSPSsinteredproductsof
coprecipitationprecursorswithnominalcompo2sitionxFe+BaFe12O19
4 结 论
采用化学共沉淀法制备了名义组成为xFe+
Δx=0.2)的共沉淀前驱体。研究BaFe12O19(0≤x≤1,
了该前驱体在900℃和20MPa下放电等离子体烧结30min转变成复相铁氧体材料的结晶反应行为和烧结体的磁性能。所有烧结体中均没有Fe2O3中间相形成,x=0时烧结体为单相BaM;0
Compositehexaferritesynthesizedbysparkplasmasinteringmethod
WUXiao2yan,ZHAOWen2yu,WEIPing,ZHANGQing2jie
(StateKeyLaboratoryofAdvancedTechnologyforMaterialsSynthesisandProcessing,
WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)
Abstract:ThecoprecipitationprecursorswithnominalcompositionofxFe+BaFe12O19(0≤x≤1,Δx=0.2)werepreparedbychemicalcoprecipitationprocess.Thecrystallizationbehavioroftheprecursorunderthesparkplas2masintering(SPS)conditionsandthemagneticpropertiesoftheSPSsampleswereinvestigated.TheresultsshowthatthecrystallizationofintermediatesuchasFe2O3didnotoccurinalltheSPSsamples.TheSPSsam2plesfor0
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复相铁氧体材料的放电等离子体烧结合成
吴晓艳,赵文俞,魏 平,张清杰
(武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,湖北武汉430070)
摘 要: 采用化学共沉淀法制备了名义组成为xFe
+BaFe12O19(0≤x≤1,Δx=0.2)的共沉淀前驱体,研究了该前驱体在放电等离子体烧结条件下形成复相铁氧体材料的结晶行为和烧结体的磁性能。结果表明,所有烧结体中均没有Fe2O3中间相形成,x=0时烧结体为单相M型钡铁氧体(BaM),0
机理;磁性能
中图分类号: TM277文献标识码:A文章编号:100129731(2009)0921461204
我们开展了关于放电等离子体烧结(SPS)技术超快速合成BaM材料的研究,合成了Fe3+和Fe2+过量的BaM材料,发现在SPS条件下BaM具有高饱和磁化强度和低矫顽力磁性特征[10～]Fe和Fe1219条件下形成复相铁2 实 验
采用化学共沉淀法制备名义组成为xFe+BaFe12
Δx=0.2)的前驱体,其工艺包括沉淀反O19(0≤x≤1,应溶液配制和共沉淀反应两个过程。其中,沉淀反应溶液配制的具体过程为:以FeCl3・6H2O和BaCl2・2H2O为原料,按合成名义组成为BaFe12O19的化学计
量比称量并配制混合盐溶液;以NH4HCO3和NaOH为沉淀剂,按沉淀剂过量20%称量并配制沉淀剂溶液。共沉淀反应过程是:先将准确称取的x摩尔羰基铁粉与去离子水混合后转入共沉淀反应池中,并向反应池通Ar气;尔后在室温下以恒定速率将混合盐溶液和沉淀剂溶液同时滴入共沉淀反应池中,同时强烈搅拌,待共沉淀反应完全后依次经过离心、洗涤、真空干燥、研磨,得到Fe和沉淀物均匀混合的前驱体。
采用DrSINTER1050型放电等离体烧结(SPS)Δx=0.2)前驱体进系统对xFe+BaFe12O19(0≤x≤1,行SPS烧结,其工艺参数为:烧结温度900℃,保温时间30min和压力20MPa。SPS样品的物相鉴定采用
X′PertPro型X射线衍射仪(X2raydiffraction,XRD)确定,显微结构采用JSM25610LV型扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)分析,磁性能采用Model4HF型振动样品磁强计(VibratingSam2pleMagnetometer,VSM)测量。
1 引 言
M型钡铁氧体(BaM)是一种重要的硬磁材料,具有低的微波损耗和良好的化学稳定性,其高频超高频
电磁波吸收与发射功能已在新一代无线通讯领域引起高度关注[1～4]。但BaM存在矫顽力过高和饱和磁化强度太低问题,如何提高BaM的饱和磁化强度和降低其矫顽力是目前这类材料在高频超高频无线通讯领域实现大规模应用的关键[3,4]。最近发现利用高饱和磁化强度的软磁金属铁或Fe3O4与硬磁BaM复合形成磁性能可大幅调控的复相铁氧体材料,这有望克服BaM在无线通讯面临的的困难[5～9]。其中,Pal等[5]采用H2部分还原BaM法制备Fe/BaM复相铁氧体材料,其矫顽力显著下降而饱和磁化强度远高于BaM;Darko等[6]采用水热还原法制备Fe3O4/BaM复相铁氧体材料,其饱和磁化强度随温度升高而增大,同时矫顽力逐渐降低;Bercoff等[7]采用机械合金法制备饱和磁化强度高于单相BaM材料的Fe3O4/BaM复相铁氧体材料。这些方法虽能制备高饱和磁化强度、低矫顽力的复相铁氧体材料,但工艺过程太复杂。近年,
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3 结果与讨论
3.1 前驱体的物相组成
图1为名义组成为xFe+BaFe12O19(x=0、1.0)的共沉淀前驱体超细粉的XRD图。由图1可见,x=0时,XRD图谱中仅出现BaCO3的特征衍射峰,低衍射角区的非晶包是前驱体中含量最高的Fe(OH)3以胶
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50572083)收到初稿日期:2009203202收到修改稿日期:2009205212通讯作者:赵文俞
()作者简介:吴晓艳 1984-,女,山东济南人,在读硕士,师承赵文俞教授,从事铁氧体的研究。
体的形式存在而造成的;x=1.0时,XRD图谱中出现单质Fe的特征衍射峰,表明共沉淀过程并不会导致羰基铁发生物相转变,Fe的衍射峰强度较低,这是Fe含量较少且已被胶体Fe(OH)3包裹所致。由此推知,前驱体是由BaCO3、Fe(OH)3和单质Fe组成的
。
x增大,烧结体中BaM含量逐渐减少,Fe3O4和Fe2Y
含量逐渐增加;0.8≤x≤1.0时,烧结体由Fe3O4和
Fe2Y组成,BaM消失
。
图1 名义组成为xFe+BaFe1219XRD图
Fig1XRDofcophnominal
compositionx+12O19
3.2 烧结体的物相组成及其结晶反应机理
图2是名义组成为xFe+BaFe12O19的共沉淀前驱体的SPS烧结体的XRD图。由图2可见,x=0时,烧结体由单相BaM组成;x=0.2时,烧结体主晶相为BaM,同时含有少量Fe3O4和Ba2Fe14O22(Fe2Y);随着
BaCO3+12Fe(OH)3
Fe+8Fe(OH)3
+3+2+
BaFe3O412O19+Fe2Fe
2x12O19共沉淀前驱体其
XRD图
XRDpatternsofSPSproductsofcoprecipitation
precursorswithnominalcompositionxFe+BaFe12O19
α 结合BaM的SPS反应机制(前驱体→2Fe2O3→
BaM)[11],推断烧结体中Fe3O4是单质Fe与Fe(OH)3反应形成的。一般认为M型铁氧体是Y型铁氧体的中间产物[14],因此烧结体中BaM含量减少与Fe2Y的形成有关。进一步推断,xFe+BaFe12O19的共沉淀前驱体在SPS条件下的结晶反应为:+
(1)BaFe312O19+18H2O+CO2
+2+
(2)3Fe3O4+12H2O2Fe
+3+
(3)Ba2Fe22Fe12O22+4Fe2O3
2
由反应式(1)～(3)可以推导出方程式(4):
+3+3+2+
(4)BaCO3+20Fe(OH)3+Fe=Ba2Fe2O4+4Fe2O3+30H2O+CO22Fe12O22+2Fe2Fe
2
由于前驱体的实际组成为BaCO3+12Fe(OH)3 这是所有前驱体的SPS烧结体中均没有出现+xFe,按照反应式(4)的摩尔数关系,12molFe(OH)3Fe2O3的原因。BaM完全消失的金属Fe用量并不是完全反应生成式(4)右边的产物,消耗的Fe和BaCO3x=0.6而是x=0.8,可能是由于羰基铁粉在保存和均为0.6mol。即0.6
+2+
Fe+4Fe2O33Fe3O42Fe表1 名义组成为xFe+BaFe12O19共沉淀前驱体SPS烧结体的物相组成与结晶反应
Table1CompositionsandcrystallinereactionsofSPSproductsofcoprecipitationprecursorswithnominalcom2
positionxFe+BaFe12O19
x
合成物
BaM
BaM+Fe3O4+Fe2
Y
结晶反应
Fe(OH)3+BaCO3→BaMFe+Fe(OH)3→Fe3O4Fe(OH)3+BaCO3→BaMBaM+Fe3O4→Fe2Y
00.20.40.60.81.0
Fe3O4+Fe2YFe+Fe(OH)3+BaCO3→Fe3O4+Fe2Y
3.3 烧结体的显微结构
图3是名义组成为xFe+BaFe12O19的共沉淀前驱
体的SPS烧结体的背散射电子像(BEI)。由图3可见,x=0时,样品的BEI并无明显衬度变化,这与该样品
由单相BaM组成一致;x=0.2和0.6时两个样品的BEI均表现出灰色、白色和黑色3种衬度,x=0.6时黑色和白色衬度区域增多,灰色衬度区域减少;x=1.0时样品的BEI中仅出现白色和黑色两种衬度。根据化合物的平均原子序数:
n
Fe3O4、BaM和Fe2Y的平均原子序数分别为15.71、16.25和17.16。由于BEI中明、暗分别与平均原子序数高低对应,已知x=0.2和0.6的两个样品均由
(c)Fe3O4、BaM和Fe2Y三相组成,因此推断图3(b)、
原子序数=
CA∑
in
i
,i=1～n
C∑
l
i
式中n为原子种类总和,i为第i种原子,Ci为第i
种原子的个数;Ai为第i种原子的原子序数,计
算
中黑色衬度对应Fe3O4、灰色衬度对应BaM、白色衬度对应Fe2Y,图3(c)中黑色和白色衬度区域增多是Fe3O4和Fe2Y含量增加和BaM含量减少所致。因为x=1.0时样品仅由Fe3O4和Fe2Y组成,其BEI中黑、白衬度分别对应Fe3O4和Fe2Y,由此推断该样品中Fe3O4和Fe2Y呈随机分布图3 名义组成为xFe+BaFe12O19的共沉淀前驱体其SPS烧结体BEI图
Fig3BEIofsinteredproductsofcoprecipitationprecursorswithnominalcompositionxFe+BaFe12O19
为了进一步研究SPS技术一步快速制备复相铁显示Fe3O4颗粒出现局部畴变和存在大量孔洞现象,氧体材料的结晶反应机制,对名义组成为0.2Fe+这是因为在SPS条件下除单质Fe与Fe(OH)3反应
)和压力BaFe12O19的共沉淀前驱体在相同温度(900℃生成Fe3O4外,还发生了Fe(OH)3与BaCO3反应生
(20MPa)下较短保温时间
(10min)的SPS烧结体进行成BaM的结晶反应,由Fe3+构成的BaM与含Fe2+的了二次电子像(SEI)和BEI综合分析(图4),图4(c)为Fe3O4在SPS条件下极易反应生成Fe2Y,这是图4(c)图4(b)中黑色圆圈区域的放大像。可见,样品中衬度左下角针状Fe2Y分布在Fe3O4与BaM界面区的原最暗的球形颗粒为Fe3O4,这表明单质Fe与Fe(OH)3因。反应生成的Fe3O4继承了羰基铁粉的形态。图4c还
图4 名义组成为0.2Fe+BaFe12O19的共沉淀前驱体的SPS烧结体SEI和BEI图
Fig4SEIandBEIofSPSsinteredproductsofcoprecipitationprecursorswithnominalcomposition0.2Fe+
BaFe12O19
3.4 烧结体的磁性能的Fe2Y对烧结体Ms的贡献被相互抵消;0.6
图5为名义组成为xFe+BaFe12O19的共沉淀前驱8时,材料的Ms显著下降,这与过量的高Ms(223.5A体的SPS烧结体的磁性能。由图可见,x=0时,烧结・m2/kg[18])金属Fe与Fe2O3反应生成较低Ms(92A样品的饱和磁化强度(Ms)最大,达到57.4A・m2/kg;・m2/kg)的Fe3O4有关,由式(4)可知前驱体中Fe0.2≤x≤0.6时,烧结体的Ms基本保持不变,这与烧(OH)3不足,金属Fe并不会被完全转变成Fe2+,但当结体中BaM含量逐渐减少、Fe3O4和Fe2Y含量逐渐Fe(OH)3被完全转变成Fe3O4、Fe2Y和Fe2O3后,过增加有关,因为Fe3O4和BaM的Ms理论值分别为量的高Ms(223.5A・m2/kg)金属Fe将与Fe2O3反应92A・m2/kg[15]和72A・m2/kg[16],Fe2Y的Ms为生成Fe3O4;x=1.0时,材料的Ms稍增大。对矫顽力
(Hc)而言,x=0时烧结体由Hc较高的单相BaM组33.2A・m2/kg[17],具有较高Ms的Fe3O4与较低Ms
成;随x增加,烧结体中BaM逐渐减少,Hc较低的Fe3O4和Fe2Y逐渐增加,因此Hc急剧降低;x=1.0时,Hc稍有增加与Fe3O4的相对含量增加有关。另一方面,0≤x≤0.8时,随着x增加,烧结体的Hc逐渐减小,这是烧结体中低矫顽力Fe3O4和Fe2Y含量增多而高矫顽力BaM含量减少决定的;x>0.8时Hc稍增加,可能与随机分布Fe3O4和Fe2Y晶粒长大导致磁化反转更难有关
。
烧结体的饱和磁化强度随x增加而先显著降低后几乎不变,最后显著降低再稍增大,其变化特征与结晶反应及物相组成演变规律一致;矫顽力先大幅度降低后略增大,这与烧结体中Fe3O4和Fe2Y含量增多、BaM含量减少和随机分布Fe3O4和Fe2Y晶粒长大有关。参考文献:
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图5 Ba12O19共沉淀前驱体其
SPSFig5MagneticpropertiesofSPSsinteredproductsof
coprecipitationprecursorswithnominalcompo2sitionxFe+BaFe12O19
4 结 论
采用化学共沉淀法制备了名义组成为xFe+
Δx=0.2)的共沉淀前驱体。研究BaFe12O19(0≤x≤1,
了该前驱体在900℃和20MPa下放电等离子体烧结30min转变成复相铁氧体材料的结晶反应行为和烧结体的磁性能。所有烧结体中均没有Fe2O3中间相形成,x=0时烧结体为单相BaM;0
Compositehexaferritesynthesizedbysparkplasmasinteringmethod
WUXiao2yan,ZHAOWen2yu,WEIPing,ZHANGQing2jie
(StateKeyLaboratoryofAdvancedTechnologyforMaterialsSynthesisandProcessing,
WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)
Abstract:ThecoprecipitationprecursorswithnominalcompositionofxFe+BaFe12O19(0≤x≤1,Δx=0.2)werepreparedbychemicalcoprecipitationprocess.Thecrystallizationbehavioroftheprecursorunderthesparkplas2masintering(SPS)conditionsandthemagneticpropertiesoftheSPSsampleswereinvestigated.TheresultsshowthatthecrystallizationofintermediatesuchasFe2O3didnotoccurinalltheSPSsamples.TheSPSsam2plesfor0