溶胶-凝胶法制备铋钴掺杂的镍镁铜锌铁氧体及其性能的研究

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多层片式电感器(MLCI)是高频电路中的基本元器件，被广泛应用于工业、信息产业甚至军工行业等领域。作为叠层片式电感器最主要的材料，镍铜锌铁氧体具备优良的高频磁性和低温烧结等特点。另一方面，镁铜锌铁氧体凭借其高电阻率和低生产成本，成为叠层片式电感器的重要原材料。结合了两者特点的镍镁铜锌铁氧体成为了目前多层片式电感器的主要研究方向。为了适应工业生产的需求，镍镁铜锌铁氧体需要在较低的温度下烧结并保持良好的高频性能，因此本文探索了添加掺杂剂对改善镍镁铜锌铁氧体的结构和磁性能的效果。实验采用金属的硝酸盐溶液作为原料，在柠檬酸中发生络合反应形成溶胶，制备出镍镁铜锌铁氧体粉末并进行烧结。利用X射线衍射仪（XRD）、振动样品磁强计（VSM）、LCR阻抗分析仪、扫描电镜（SEM）以及磁导计等测量仪器，研究了铋离子、钴离子、铋钴复合掺杂的含量以及烧结温度对镍镁铜锌铁氧体粉末及烧结块体结构和性能的影响。实验中通过铋元素和钴元素分别对镍镁铜锌铁氧体掺杂后的结果看出，铋离子细化了晶粒，改善了材料的致密度，提高了初始磁导率，但对高频性能并无贡献；另一方面钴离子的添加增大了材料的晶格常数，但饱和磁化强度和初始磁导率有所下降。在高频环境下铁氧体的损耗随钴含量增多而大幅度减少，同时提高了品质因数。对铋钴复合掺杂镍镁铜锌铁氧体的研究发现，在复合掺杂量适宜时，样品的结构如烧结密度、减小气孔率及颗粒均匀性等会有明显改善，材料的初始磁导率和品质因数随掺杂含量增多而升高，磁导率随温度变化的稳定性也更好；另一方面过量掺杂会导致杂相的生成，晶粒异常生长导致其尺寸不均匀对材料的结构和磁性能都产生了较为不利的影响。随后选取了最优的铋钴复合掺杂镍镁铜锌铁氧体来研究烧结温度对材料性能的影响。结果表明，由于铋元素的掺杂，固相反应已经发生较为完全，因此过高的烧结温度会使锌离子挥发，铁氧体的结构及致密度变差，晶粒异常长大，因此材料的饱和磁化强度随烧结温度的升高而逐渐减小，矫顽力增大。由于高温下大尺寸晶粒的出现，在低频和高频下的磁导率随烧结温度升高先减小后增大。同时过烧结构中产生的气孔和杂质增加了铁氧体在高频下的损耗，品质因数降低。

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作者
杨博;
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作者单位

天津大学;

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授予单位天津大学;
学科材料物理与化学
授予学位硕士
导师姓名王治;
年度 2017
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类工程材料学;
关键词
溶胶; 凝胶法制备; 钴掺杂; 锌铁氧体;

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