硬/软磁性铁氧体复合材料的制备及性能研究
随着科学技术的迅速发展，单一的材料已经很难满足人们的需求，要求材料不仅要小型化、集成化，还需具备多功能化。基于对单相铁氧体材料大量研究的基础上，人们发现将两种铁氧体材料进行复合，可以提高其多方面的性能。自从Kneller和Hawig提出了交换耦合效应的概念之后，大量科研工作者将目光转移到利用硬磁相与软磁相的复合来获得高矫顽场和高饱和磁化强度的复合磁体材料。但是，早期的研究主要集中在金属复合材料，如Nd-Fe-B、Sm-Co合金等，虽然合金的磁能积(BH)max比单相材料有了较大提高，但是金属的成本较高而且容易腐蚀和氧化，因而限制了金属基磁性复合材料的发展和生产中的应用。与金属基磁性复合材料相比，磁性铁氧体复合材料具有耐腐蚀性好、成本低、制备方法简单，以及优良的磁性能和微波吸收性能等优点，因而受到科研工作者的广泛关注。 本课题以溶胶-凝胶法制备的CoFe2O4、Y3Fe5O12、BaFe12O19和CaFe2O4单相铁氧体材料为基体，通过物理混合法制备硬/软磁铁氧体复合材料，在此基础上，采用化学氧化原位聚合法制备聚苯胺/硬/软磁性铁氧体复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)进行物相组成和结构分析，通过电子扫描显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对其微观形貌进行分析，最后通过振动样品磁强计(VSM)和矢量网络分析仪(VNA)研究复合材料的磁性能和微波吸收性能。 (1)采用溶胶-凝胶法制备Y3Fe5O12纳米粉体，通过物理混合法与纳米CoFe2O4复合，并在不同的温度下煅烧，制备出CoFe2O4/Y3Fe5O12纳米复合粉体。研究结果表明:CoFe2O4和Y3Fe5O12两相可以共存，当煅烧温度为800℃时，两相之间具有较好的交换耦合效应，同时，复合粉体的饱和磁化强度与纯相CoFe2O4相比提高了21.9％。 (2)以CoFe2O4/Y3Fe5O12纳米复合粉体为原料，通过化学氧化原位聚合法制备聚苯胺/CoFe2O4/Y3Fe5O12复合粉体。结果显示:聚苯胺的引入可以降低复合粉体的磁化强度。且随着Y3Fe5O12质量分数的增大，聚苯胺/CoFe2O4/Y3Fe5O12复合粉体的微波吸收性能得到优化。当CoFe2O4和Y3Fe5O12的质量比为6∶4时，反射损耗在7.7 GHz时值达到-23.4 dB。 (3)采用溶胶-凝胶原位复合法制备BaFe12O19/CaFe2O4复合粉体，并通过物理混合法与CoFe2O4复合，将其在不同温度下煅烧，制备出BaFe12O19/CaFe2O4/CoFe2O4纳米复合粉体。结果表明:BaFe12O19、CaFe2O4和CoFe2O4三相可以共存，当煅烧温度为400℃时，CoFe2O4的晶粒尺寸较小，三相间且具有较好的交换耦合效应。当BaFe12O19/CaFe2O4与CoFe2O4的质量比为9∶1时，与BaFe12O19/CaFe2O4相比，BaFe12O19/CaFe2O4/CoFe2O4纳米复合粉体的(BH)max增大了15％，剩余磁化强度提高了41.9％。 (4)以BaFe12O19/CaFe2O4/CoFe2O4纳米复合粉体为原料，通过化学氧化原位聚合法制备聚苯胺/BaFe12O19/CaFe2O4/CoFe2O4复合粉体。结果表明:BaFe12O19/CaFe2O4和CoFe2O4复合后，聚苯胺/BaFe12O19/CaFe2O4/CoFe2O4复合粉体的反射损耗和吸收频带增大，微波吸收性能得到提高。当BaFe12O19/CaFe2O4和CoFe2O4的质量比为9∶1时，吸收频带宽度为4.3 GHz(5.3～9.6 GHz)，反射损耗值为-39.5 dB。 (5)首先通过溶胶-疑胶原位复合法制备BaFe12O19/Y3Fe5O12纳米复合粉体，再采用原位聚合法制备了聚苯胺/BaFe12O19/Y3Fe5O12复合粉体。研究发现:BaFe12O19和Y3Fe5O12的质量比对交换耦合效应具有显著影响，聚苯胺/0.9BaFe12O19/0.1Y3Fe5O12具有良好的交换耦合效应，其微波吸收性能与聚苯胺/BaFe12O19和聚苯胺/0.7BaFe12O19/0.3Y3Fe5O12相比，有大幅度的提升。聚苯胺/0.9BaFe12O19/0.1Y3Fe5O12复合粉体的吸收峰频带宽度为5.5 GHz(6.8～12.3 GHz)，在9.9 GHz的反射损耗可达-40.8 dB。
复合材料;硬磁铁氧体;软磁铁氧体;制备工艺;磁性能;微波吸收性能
陕西科技大学
硕士
材料科学与工程
杨海波
2016
中文
TB332
77
2016-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）