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鋰鐵氧體的低溫?zé)Y(jié)時(shí)特性研究

發(fā)布時(shí)間：2020.11.16

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實(shí)驗(yàn)表明，未摻雜的鋰鐵氧體樣品950℃煅燒9h以上，繼而降低燒結(jié)溫度則致密化極難。為了實(shí)現(xiàn)900 C以下的快速致密化，研究了L n.sFe2.sO4.xBiO3 (x= 0, 0.05%, 0. 1%，0.2%, 0.5%，1%，2%,5%(摩爾分?jǐn)?shù))的燒結(jié)特性及磁導(dǎo)率的頻散特性。當(dāng)加入B izO3的量低于0.5%時(shí)，對(duì)致密化貢獻(xiàn)有限,但過(guò)多地加入Bio3有可能造成過(guò)燒而導(dǎo)致?lián)p耗增加品質(zhì)因數(shù)下降。使用鳳谷鋰電粉體材料回轉(zhuǎn)燒結(jié)窯，添加B iO3為0.5%~ 1%的樣品在880℃燒結(jié)2 h后，其相對(duì)燒結(jié)密度可達(dá)95%，1MHz25 C下測(cè)得磁導(dǎo)率μ= 40,Q=350,截止頻率f<= 70MHz, 0= 7X10°s im。圖1為添加0.5%的B ixO3樣品的sEM斷口形貌。圖中，燒結(jié)體內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)致密均勻，氣孔較少，體內(nèi)與表面無(wú)顯著差異,表明Li的揮發(fā)被有效遏制。

2.2 FexO3 含k的偏離與材料性能的關(guān)系影響鋰鐵氧體導(dǎo)電性能的主要原因?yàn)?span style="font-family: Calibri;">re+與高溫煅燒過(guò)程中出現(xiàn)的Fe2+間的3d電子躍遷。為了獲得高電阻率，加入適量Mn并采用缺鐵配方，可遏止Fe2+的存在。FezO3 含量的偏離對(duì)鋰鐵氧體的磁導(dǎo)率介電常數(shù)磁化強(qiáng)度溫度穩(wěn)定性損耗系數(shù)等性能有不同程度的影響。圖2為缺鐵量與磁導(dǎo)率的關(guān)系。由圖可見(jiàn)，缺鐵量∈0. 02~ 0. 04的配方可望得到較高的μi值∈0.05和∈=0.06的配方μi值呈現(xiàn)顯著下降的跡象。μi0aK+ b\cM式中Ms 為飽和磁化強(qiáng)度，λ為磁致伸縮系數(shù)K為磁晶各向異性常數(shù); R 為應(yīng)力因子; a, b 為常數(shù)。由于L i+ 是非磁性離子, 磁各向異性主要來(lái)自四面體及八面體的Fe3+ 。Fe3+ 的3d5, 基態(tài)軌道角動(dòng)量L = 0, 故K 1 值為很小的負(fù)值。隨著缺鐵量的減小, 體系內(nèi)Fe2+ 含量增加, 當(dāng)Fe2+ 為3d6 時(shí), 在八面體晶體晶場(chǎng)基態(tài)為單重態(tài), 高次微擾可得正的K 1 貢獻(xiàn), 從而可使鋰體氧體的室溫K 1 趨于零。此外, 隨著Fe2+ 的含量增加, 由于Fe3O 4 (具有較大的正飽和磁致伸縮系數(shù)Ks ) 固溶入鐵氧體后使得鐵氧體的Ks 由負(fù)值趨于零。綜上所述, 在一定范圍內(nèi)減少缺鐵量將有利于使K 1 和Ks 值趨于零, 從而得到高Li。

由于鋰鐵氧體的磁性來(lái)源于A 2B 位鐵離子的超交換作用, 缺鐵量過(guò)高, 將會(huì)影響到超交換作用, 導(dǎo)致磁導(dǎo)率、截止頻率顯著下降。適宜的缺鐵量為E= 0102～ 0104。E=0104 時(shí)由于體系Fe2+ 濃度低, Fe2+ →Fe3+ + e 為主的電子擴(kuò)散不易進(jìn)行, 渦流損耗相對(duì)較低, 比損耗系數(shù)tan DöLi< 5×10- 5, 電阻率可達(dá)10108 ·m。缺鐵量對(duì)鋰鐵氧體的介電常數(shù)影響較小, 880 °C 燒結(jié)的E′值為13～ 16。

缺鐵量范圍為E= 0102～ 0104 的配方都有較穩(wěn)定的矯頑力H c、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度B r 和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B s 值(見(jiàn)表1) , 且B r 和B s 值都較高。E為0105 和0106 的兩個(gè)配方, 雖然H c 有所下降, 但B r值下降太多。缺鐵量對(duì)矯頑力、磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響a1 通過(guò)添加015～ 1% 的超細(xì)球狀B i2O 3, 有效抑制了L i 的揮發(fā), 在880～ 900 °C 溫度區(qū)內(nèi)獲得了結(jié)構(gòu)均勻、致密的L i 鐵氧體, 為鋰鐵氧體在片式電感領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。

b1Fe2O 3 含量的偏離對(duì)L i2鐵氧體材料的磁導(dǎo)率、磁化強(qiáng)度、溫度穩(wěn)定性、損耗系數(shù)等性能影響顯著。適宜的E= 0102～ 0104。c1T i 含量對(duì)提高鋰鐵氧體的磁導(dǎo)率有很大作用, 含量在t= 011 附近可以獲得較高的磁導(dǎo)率, L在245～ 260 間。d1 微量M n 的引入對(duì)于提高材料電阻率、起始磁導(dǎo)率、截止頻率的作用顯著。摻入M g 可獲得穩(wěn)定的E值。綜上分析可知, 在添加適量超細(xì)球狀B i2O 3 的基礎(chǔ)上, 引入Zn2+ 、T i4+ 、M g2+ 、M n2+ 等金屬離子, 控制原料中Fe2O 3 含量的偏離, 結(jié)合工藝過(guò)程, 可望顯著改善低溫?zé)Y(jié)鋰鐵氧體材料的綜合性能。