掺杂物对锰锌铁氧体烧结性能的影响

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MnZn铁氧体作为一种重要的软磁铁氧体材料,因具有高磁导率、高饱和磁化强度、低矫顽力和低损耗等性能,被广泛地应用于电子工业中的重要部件。随着电子器件向小型化、高频化方向发展,对MnZn铁氧体材料的性能提出更高的要求。本研究以沸腾回流共沉淀法制备的MnZn铁氧体纳米粉体为原料,利用XRD分析、VSM以及LCR技术等手段,研究了化学成分、烧结工艺以及掺杂物对及材料烧结后磁性能的影响。我们的研究结果表明:1、1250℃烧结的Mn1-xZnx Fe2O4锰锌铁氧体随着Zn2+含量的增加,密度ρ、起始磁导率μi和饱和磁化强度Ms呈现先增加后降低的趋势,并在x=0.3时达到最大(μi=1100、ρ=5.01 g/cm3、Ms=87.8 emu/g)。在Bs=20 mT、T=80℃和f=100 KHz条件下,该样品的磁损耗为Pcv=814 KW/m3。2、将Mn0.7Zn0.3Fe2O4样品在不同温度进行烧结,样品的密度ρ、起始磁导率μi和饱和磁化强度Ms都随烧结温度的升高呈抛物线规律变化,并于1230℃达到最大值(μi=1150、ρ=5.01 g/cm3、Ms=119.2 emu/g),且在Bs=20 mT、T=80℃和f=100 KHz条件下,其磁损耗Pcv=615 KW/m3。这些数值与1250℃烧结样品相比,致密度保持不变,在μi略有增加的情况下,Ms提高了36%,Pcv降低了24%。3、在MnZn铁氧体成型的过程中加入B2O3,我们发现样品的上述性能指标呈现抛物线变化规律。当B2O3掺杂量为0.15 wt.%时,它们都达到最大(ρ=5.04 g/cm3i=905,Ms=99.1 emu/g)。在ρ略有提高的条件下,μi和Ms分别比未掺杂的降低了约21%和17%,材料的居里点Tc(118℃)和截止频率fr(2.1 MHz)分别比未掺杂的降低了约9%和34%。而且,在Bs=20 mT、T=80℃、f=100 KHz条件下,样品的磁损耗为Pcv=180KW/m3,比未掺杂的降低71%。4、向MnZn铁氧体中加入TiO2,同样也会使材料的致密度和磁性能发生变化,当TiO2掺杂量为1.2 wt.%时,样品的起始磁导率和饱和磁化强度都达到最大(μi=870,Ms=92.1 emu/g)。此时,材料的密度与掺杂B2O3的样品相差不大,但μi和Ms分别降低了约4%和7%。并且它的居里点Tc(148℃)和截止频率fr(3.6 MHz)分别比B2O3掺杂量为0.15 wt.%样品的提高了约25%和71%。在Bs=20 mT、T=80℃、f=100 KHz条件下,此样品的磁损耗为Pcv=164 KW/m3,较B2O3掺杂量为0.15 wt.%样品降低了约9%。5、对MnZn铁氧体进行B2O3-TiO2复合掺杂,随着这些掺杂加入量的增加,样品的密度、起始磁导率以及饱和磁化强度也都呈抛物线的变化规律。其中,B2O3=0.2 wt.%、TiO2=1.2 wt.%的样品具有最高的起始磁导率和饱和磁化强度(μi=964,Ms=105.1emu/g),此时密度也较高(ρ=5.01 g/cm3)。并且,它的居里点Tc(135℃)比单纯进行B2O3掺杂的提高了14%,但比单纯进行TiO2掺杂的降低了约9%。虽然截止频率fr(2.1 MHz)基本与单纯B2O3掺杂的相同,但比单纯TiO2掺杂的却降低了42%。在Bs=20 mT、T=80℃、f=100 KHz条件下,样品的磁损耗为Pcv=130 KW/m3,比单纯B2O3或TiO2掺杂分别降低了28%和21%。6、B2O3和/或TiO2的掺杂确实有助于降低纳米MnZn铁氧体烧结后的磁损耗。
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