粉料尺寸对cofe2o4陶瓷烧结工艺的影响研究(附件)【字数：12345】
摘 要摘 要钴铁氧体具有大的磁致伸缩系数和稳定的热响应，还可以用于实现制备复合多铁性材料，具有很大的研究价值。本论文采用固相合成法与共沉积法分别制备出微米级和纳米级钴铁氧体粉末，运用干压法成型和固相烧结法来制得CoFe2O4陶瓷，通过改变成型压力、烧结温度、保温时间并观察不同尺寸粉料的CoFe2O4陶瓷烧结前后的致密度、横向收缩率、微观结构的影响规律。研究发现，钴铁氧体陶瓷的密度随温度升高而升高，微米级CoFe2O4陶瓷在1250℃时密度达到最大4.72g/cm3，此时的收缩率为11.92%，纳米级CoFe2O4陶瓷最大到3.35g/cm3，此时横向收缩率为21.92%。而保温时间对密度的影响规律与温度的影响规律极为相似。成型的压力大小会影响初始密度，但是对最终的密度影响不大。颗粒小的纳米陶瓷烧结后内部空间变化大于颗粒大的微米级，所以纳米CoFe2O4的收缩率总是大于微米级的。由于颗粒小的纳米粉料晶粒生长快，间隙大，其表面粗糙无序，微米级则颗粒生长均匀。关键词钴铁氧体；烧结；致密度；收缩率
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 CoFe2O4研究概况 2
1.3 纳米陶瓷制备工艺 4
1.4 课题研究依据和意义 6
第二章 CoFe2O4陶瓷烧结实验研究 7
2.1 纳米粉体合成 7
2.2 微米粉体合成 9
2.3 坯体成型 10
2.4 陶瓷烧结 12
第三章 粉料尺寸对烧结的影响及机理 15
3.1 粉料尺寸对密度的影响规律 15
3.2 粉料尺寸对横向收缩率的影响规律 20
3.3粉料尺寸对陶瓷结构形貌的影响规律 24
第四章 结论 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1 引言
20世纪40年代以来有一种新型的非金属磁性材料[1]被发现并急速发展，这种材料称为铁氧体。铁氧体是一种由铁元素以及其他金属元素和氧元素组成的一种具有铁磁性的复合型材料，它属于亚铁磁性材料[2]。铁氧体不同于金属材料，它的电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
阻率更高、介电性更好。而且在高频磁场下也具有较高的磁导率。铁氧体材料是功能材料的分支。随着电子整机系统越来越趋于集成化、智能化、平面贴装化、小型轻量化，电源向高频化发展，而高频化电源的核心是高频低损耗的功率铁氧体材料。而且金属材料在高频和微频环境下会发生涡流效应而无法使用。作为非金属材料的铁氧体材料由于电阻率极高，能克服涡流效应，被广泛应用于雷达、通信、电脑、计算机等方面以实现信息传递、转换、储存功能。广义上讲，铁氧体也称为磁性氧化物或者磁性材料。它的亚铁磁性和介电性使它具有吸波性能，它既能产生介电性能又有磁致损耗，所以铁氧体是一种良好的微波陶瓷材料，具有优良的微波性能[3]。
铁氧体材料的品种和用途，随着生产生活的发展，逐步扩展开来。铁氧体有良好的电、磁和复合特性，例如（Ba62xR2x)(Nb62xFe1+x)O6(其中R为稀土元素)和BaFeO3等铁氧体，同时具有铁磁性和铁电性；GaFe2O4铁氧体兼有铁磁性和压电性。常见的铁氧体微波材料晶体类型[4]主要是石榴石型、尖晶石型、磁铅石型多晶和单晶材料。铁氧体材料在高频磁场中有较高的磁导率。这些优点是其他材料比如硅钢、铝硅铁合金、坡莫合金等无法相比拟的。铁氧体的材料的研究工作非常有基础研究内涵，更加有着广阔的的应用前景，它将成为物理学和材料科学的一个前沿领域。
构成铁氧体的成分和结构的差异导致材料的磁导率、矫顽力和内损磁性不同。而铁氧体的成分范围非常广泛，我们可以通过控制材料组成，制备出不同性能的铁氧体材料。通过人们的努力发掘，铁氧体材料的组成和性能研究有了长足的发展。根据其材料应用情况，将铁氧体材料分为软磁铁氧体、硬磁铁氧体、旋磁铁氧体、矩磁铁氧体和压磁铁氧体等5大类，它们又具有单晶、多晶和薄膜等形式。对于不同类型的微波铁氧体材料，国内与国外主要都是对波段的不同需求，通过对材料的成分进行离子取代、置换、固溶和掺杂等方法来制备，以这种综合调控来提高材料性能和综合优化调控[5,6]。
陶瓷材料有力学性能好和热性能稳定的优点，特别是它耐高温、蠕变低、强度高、膨胀系数低、耐腐蚀、化学稳定性好和削弱红外信号能力，它可以作为高温轻质部件的材料。陶瓷吸波材料主要包括前面叙述的铁氧体材料、碳化硅、碳化纤维和碳酸钡等。而铁氧体的吸收性能受到其化学成分、组成工艺、粒子尺寸、使用频率等因素影响。
1.2 CoFe2O4研究概况
钴铁氧体CoFe2O4是铁氧体中尖晶石型结构铁氧体，它的通式是MFe2O4。M是一个二价的过渡金属离子或者组合金属离子，有磁性，他们被广泛应用于许多技术应用[7]。混合金属离子(如锰、锌、镍、铜等）是高频应用领域的重要组成部分，如变压器、信息技术等。这些铁氧体的电磁性能与其材料的微观结构息息相关。对于不同频率范围的应用，渗透性是一个关键因素，它在很大程度上取决于微观结构和烧结条件。而铁氧体的烧结工艺已经被广泛的研究，因为控制材料的微观结构可以优化其性能。钴铁氧体的渗透率非常低，因此很少应用于高频领域。所以关于关于钴铁氧体烧结工艺和微观结构与性能之间的关系的报道几乎没有。最近将钴铁氧体作为基于Tb–Dy–Fe 合金[8,9]磁致伸缩智能材料的替代品的研究引起了学者们的广大关注。磁致伸缩是磁性材料在磁场中的形状变化（焦耳效应）[10]，这种作用是可逆的，因为一种磁性材料的状态可以在施加应力的影响下发生改变（维拉里效应）[11]。磁致伸缩智能材料应用于超声波发生器、位置传感器、微动控制等[12,13]，许多智能结构和设备都在开发这种智能材料。与压电智能材料相比，磁性材料有热稳定性好和非接触远程操作可能性的优点。目前使用的合金材料具有很大的收缩性和磁致伸缩应变能力[12,13]，但是这种合金有很大局限性如成本较高、力学性能差等。而钴铁氧体作为一种经济可行的替代材料，同样具有优良的磁致伸缩性能得到了可观的地位。
钴铁氧体是一个逆尖晶石结构，正常情况下的尖晶石架构，都是二价的阳离子占据氧离子组成的四面体体心的位置，三价的氧离子占据氧离子组成的八面体体心位置。每个氧离子被三个三价阳离子和一个二价阳离子环绕。而CoFe2O4略有不同，其中Co2+位于四面体中心，Fe3+同时位于八面体和四面体中心。众所周知，它有高磁晶各向异性和高磁致伸缩应变[14]。近年来Paulsen等人研究了锰取代钴铁氧体磁致伸缩性能的影响，研究表明磁机械耦合系数可以提高，铁素体的性能可以调谐为压力传感应用[15]。同时，锰取代钴和铁会影响磁致伸缩性能的不同方面[16,17]。金属性的和聚合物粘合剂对磁致伸缩性能的影响也做了许多研究[9]。由低温烧结的纳米钴铁氧体粉体材料在微观结构上的差异改进了磁致伸缩性能[18]。在许多研究报告中粒度、烧结温度对于钴铁氧体的性能都会有一定的影响，这样的研究有助于钴铁氧体的工艺参数的优化，为钴铁氧体陶瓷领域做出贡献。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 CoFe2O4研究概况 2
1.3 纳米陶瓷制备工艺 4
1.4 课题研究依据和意义 6
第二章 CoFe2O4陶瓷烧结实验研究 7
2.1 纳米粉体合成 7
2.2 微米粉体合成 9
2.3 坯体成型 10
2.4 陶瓷烧结 12
第三章 粉料尺寸对烧结的影响及机理 15
3.1 粉料尺寸对密度的影响规律 15
3.2 粉料尺寸对横向收缩率的影响规律 20
3.3粉料尺寸对陶瓷结构形貌的影响规律 24
第四章 结论 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1 引言
20世纪40年代以来有一种新型的非金属磁性材料[1]被发现并急速发展，这种材料称为铁氧体。铁氧体是一种由铁元素以及其他金属元素和氧元素组成的一种具有铁磁性的复合型材料，它属于亚铁磁性材料[2]。铁氧体不同于金属材料，它的电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
阻率更高、介电性更好。而且在高频磁场下也具有较高的磁导率。铁氧体材料是功能材料的分支。随着电子整机系统越来越趋于集成化、智能化、平面贴装化、小型轻量化，电源向高频化发展，而高频化电源的核心是高频低损耗的功率铁氧体材料。而且金属材料在高频和微频环境下会发生涡流效应而无法使用。作为非金属材料的铁氧体材料由于电阻率极高，能克服涡流效应，被广泛应用于雷达、通信、电脑、计算机等方面以实现信息传递、转换、储存功能。广义上讲，铁氧体也称为磁性氧化物或者磁性材料。它的亚铁磁性和介电性使它具有吸波性能，它既能产生介电性能又有磁致损耗，所以铁氧体是一种良好的微波陶瓷材料，具有优良的微波性能[3]。
铁氧体材料的品种和用途，随着生产生活的发展，逐步扩展开来。铁氧体有良好的电、磁和复合特性，例如（Ba62xR2x)(Nb62xFe1+x)O6(其中R为稀土元素)和BaFeO3等铁氧体，同时具有铁磁性和铁电性；GaFe2O4铁氧体兼有铁磁性和压电性。常见的铁氧体微波材料晶体类型[4]主要是石榴石型、尖晶石型、磁铅石型多晶和单晶材料。铁氧体材料在高频磁场中有较高的磁导率。这些优点是其他材料比如硅钢、铝硅铁合金、坡莫合金等无法相比拟的。铁氧体的材料的研究工作非常有基础研究内涵，更加有着广阔的的应用前景，它将成为物理学和材料科学的一个前沿领域。
构成铁氧体的成分和结构的差异导致材料的磁导率、矫顽力和内损磁性不同。而铁氧体的成分范围非常广泛，我们可以通过控制材料组成，制备出不同性能的铁氧体材料。通过人们的努力发掘，铁氧体材料的组成和性能研究有了长足的发展。根据其材料应用情况，将铁氧体材料分为软磁铁氧体、硬磁铁氧体、旋磁铁氧体、矩磁铁氧体和压磁铁氧体等5大类，它们又具有单晶、多晶和薄膜等形式。对于不同类型的微波铁氧体材料，国内与国外主要都是对波段的不同需求，通过对材料的成分进行离子取代、置换、固溶和掺杂等方法来制备，以这种综合调控来提高材料性能和综合优化调控[5,6]。
陶瓷材料有力学性能好和热性能稳定的优点，特别是它耐高温、蠕变低、强度高、膨胀系数低、耐腐蚀、化学稳定性好和削弱红外信号能力，它可以作为高温轻质部件的材料。陶瓷吸波材料主要包括前面叙述的铁氧体材料、碳化硅、碳化纤维和碳酸钡等。而铁氧体的吸收性能受到其化学成分、组成工艺、粒子尺寸、使用频率等因素影响。
1.2 CoFe2O4研究概况
钴铁氧体CoFe2O4是铁氧体中尖晶石型结构铁氧体，它的通式是MFe2O4。M是一个二价的过渡金属离子或者组合金属离子，有磁性，他们被广泛应用于许多技术应用[7]。混合金属离子(如锰、锌、镍、铜等）是高频应用领域的重要组成部分，如变压器、信息技术等。这些铁氧体的电磁性能与其材料的微观结构息息相关。对于不同频率范围的应用，渗透性是一个关键因素，它在很大程度上取决于微观结构和烧结条件。而铁氧体的烧结工艺已经被广泛的研究，因为控制材料的微观结构可以优化其性能。钴铁氧体的渗透率非常低，因此很少应用于高频领域。所以关于关于钴铁氧体烧结工艺和微观结构与性能之间的关系的报道几乎没有。最近将钴铁氧体作为基于Tb–Dy–Fe 合金[8,9]磁致伸缩智能材料的替代品的研究引起了学者们的广大关注。磁致伸缩是磁性材料在磁场中的形状变化（焦耳效应）[10]，这种作用是可逆的，因为一种磁性材料的状态可以在施加应力的影响下发生改变（维拉里效应）[11]。磁致伸缩智能材料应用于超声波发生器、位置传感器、微动控制等[12,13]，许多智能结构和设备都在开发这种智能材料。与压电智能材料相比，磁性材料有热稳定性好和非接触远程操作可能性的优点。目前使用的合金材料具有很大的收缩性和磁致伸缩应变能力[12,13]，但是这种合金有很大局限性如成本较高、力学性能差等。而钴铁氧体作为一种经济可行的替代材料，同样具有优良的磁致伸缩性能得到了可观的地位。
钴铁氧体是一个逆尖晶石结构，正常情况下的尖晶石架构，都是二价的阳离子占据氧离子组成的四面体体心的位置，三价的氧离子占据氧离子组成的八面体体心位置。每个氧离子被三个三价阳离子和一个二价阳离子环绕。而CoFe2O4略有不同，其中Co2+位于四面体中心，Fe3+同时位于八面体和四面体中心。众所周知，它有高磁晶各向异性和高磁致伸缩应变[14]。近年来Paulsen等人研究了锰取代钴铁氧体磁致伸缩性能的影响，研究表明磁机械耦合系数可以提高，铁素体的性能可以调谐为压力传感应用[15]。同时，锰取代钴和铁会影响磁致伸缩性能的不同方面[16,17]。金属性的和聚合物粘合剂对磁致伸缩性能的影响也做了许多研究[9]。由低温烧结的纳米钴铁氧体粉体材料在微观结构上的差异改进了磁致伸缩性能[18]。在许多研究报告中粒度、烧结温度对于钴铁氧体的性能都会有一定的影响，这样的研究有助于钴铁氧体的工艺参数的优化，为钴铁氧体陶瓷领域做出贡献。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/gfzcl/183.html
