CuO掺杂对高磁导率MnZn软磁铁氧体性能的影响(2)

试制样环T25×15×10阻抗Z三个主要参数）的影响。

2 实验方法

2.1 样品制备

采用传统的氧化物湿法铁氧体工艺（一次配料

→一次球磨混合→干燥→预烧→二次配料→二次球磨混合→干燥造粒→压制成型→烧结→测试）进行试验。以分析纯的Fe2O3(Fe2O3≥99.5%)、

Mn3O4(Mn≥71%)和ZnO(ZnO≥99.7%)为主原材料，按照配方Mn0.48Zn0.47Fe2.05O4进行称量配料，一次球磨后预烧，预烧温度设为850℃，保温2h。二次配料时将预烧过的粉料平均分成6份，各掺入0.2

表1 不同CuO掺杂量的Mn0.48Zn0.47Fe2.05O4

铁氧体的烧结特性

CuO掺杂

1300℃℃℃℃℃

量x/wt%0 0.02 0.05 0.1 0.2

密度偏低，烧结温度不足 密度偏低，烧结温度不足 密度偏低， 烧结温度不足 密度

合适

偏低

表面晶

合适

斑，过烧

合适

合适

表面晶 斑，过烧

表面晶 内部出现

合适

斑，过烧大结晶

表面晶斑，内部出现大结晶，严过烧 重过烧 内部出现大结晶，严重过烧

wt%的Bi2O3， 其中5份再分别掺入0.02 wt% 、0.05 wt% 、0.1wt%、0.2wt%、0.3wt%的CuO（纯度99.0%），干燥后加入8wt%的PVA胶水进行造粒，然后用TPA16T成型机压制成 25× 15×10mm的样环，最后把样环置于钟罩炉中以设定的烧结气氛曲线进行烧结，最高温度1400℃，保温4h，之后快速冷却。

2.2 性能检测

烧结好的样品分别标识并用游标卡尺测量其外形尺寸，用排水法测试其密度。用 0.31mm的漆包线在样环上绕10匝(按360°分布，引线长度为1cm)，在0.25V测试电压和1kHz~500kHz的频段用HP4284A电桥测定样品的L-f特性，配合恒温箱测定样品L-T特性，并用公式µi=

体积密度5.08g/cm3，达到理论密度的99.61%。当烧结温度高于1325℃时，试样表面出现晶斑，体积密度随烧结温度的升高而逐渐增大，这说明此时材料已经出现过烧，内部形成粗大晶粒。掺杂

0.2wt% 和0.3wt% CuO的铁氧体烧结温度在1300～1275℃之间，当烧结温度高于1325℃时也出现过烧现象，不同CuO掺杂量时

L/[lg(D/d)×h×N2×4.62]计算其磁导率，式中L为电感值，D、d、h分别为样环外径、内径、高度尺寸，

N为绕线圈数。然后在0.25V测试电压和1kHz~ 2MHz的频段用HP4192电桥测定样品的Z-f特性。采用X射线衍射仪对烧结样品进行物相分析。把样品压断，用SEM扫描电镜将样品断面放大2000倍观察其晶体形貌。

Mn0.48Zn0.47Fe2.05O4铁氧体的最佳烧结温度如表1所示。由此可见，CuO掺杂可有效降低铁氧体的烧结温度。铁氧体体积密度随烧结温度和掺杂量变化的原因是：CuO属于较低熔点（熔点1064℃）的氧化物，在软磁铁氧体中作为助熔剂掺杂进去，在烧结过程中先产生液相，液相的出现，加速了离子重排，从而降低了烧结温度，并有效抑制了ZnO的挥发，增大了材料的体积密度。很明显，CuO掺杂量为0.1wt%时，可使Mn0.48Zn0.47Fe2.05O4铁氧体的烧结温度从1400℃ 降到1300℃，而且在1325℃。 烧结时具有较理想的体积密度（5.10g/cm3）

3 结果与分析

3.1 烧结特性分析

掺杂不同量CuO的Mn0.48Zn0.47Fe2.05O4铁氧由体体积密度与烧结温度的关系曲线如图1所示。图1可知，未掺杂试样的烧结温度为1400℃，体积密度4.92g/cm3，为MnZn铁氧体理论密度(X光密度dx=5.10g/cm)的96.47%。掺杂0.02 wt%和

3[2]

3.2 物相分析

通常在软磁铁氧体配方中加入CuO主要起助熔作用，可以在较低的温度生成大晶粒铁氧体。

0.05 wt% CuO的试样烧结温度在1375～1350℃之间。掺杂0.1wt% CuO 的试样烧结温度在1300～

1325℃之间，其中1325℃烧结的试样具有较高的

CuO掺杂可以防止Mn2+离子氧化变价，因为Cu

38 J Magn Mater Devices Vol 40 No 4

Intensity (cps)

Intensity (cps)

图3 掺杂CuO的Mn0.48Zn0.47Fe2.05O4 铁氧体的SEM 照片

出现在晶粒上。对于掺杂0.1wt% CuO、1325℃烧，没有任结的Mn0.48Zn0.47Fe2.05O4铁氧体（图3b）何气孔，晶粒饱满致密，大小均匀，粒径15～20µm。对于 掺杂0.3wt% CuO、1275℃烧结的

Mn0.48Zn0.47Fe2.05O4铁氧体（图3c），晶粒大小不匀，晶界出现气孔；当温度上升到1325℃时，晶粒出现异常长大（图3d），晶粒和晶界都有大量气孔生成，烧结样品出现翘曲，说明此时样品已经过烧。形成气孔的原因是，烧结温度过高，材料中ZnO挥发，产生气泡，温度越高挥发越大，而CuO掺杂可以使铁氧体烧结温度大幅度降低，减少ZnO的挥发，避免晶粒或晶界气孔的形成。出现异常结晶是因为随着CuO掺杂量增大，样品过烧，晶粒迅速长大，所以掺杂0.3wt% CuO、1325℃烧结样并形成异品的晶粒比掺杂0.1wt% CuO 样品的大，常晶粒和大量气孔。

以上结果表明，适量CuO掺杂能有效降低

离子在高温时为Cu+，降温时2Cu+ + O2→2Cu2+O,即夺取Mn2+所需氧化的氧。另外，生成的低熔点

CuFe2O4在晶界处将MnZn晶粒包围，可以防止氧侵入[3]。但这种掺杂方法由于另相的生成，会使铁氧体磁导率大幅度下降。为了不影响起始磁导率，必须严格控制其掺杂量，即在不生成杂相的情况下

起到助熔作用，降低高磁导率铁氧体的烧结温度。

图2为掺杂CuO前后Mn0.48Zn0.47Fe2.05O4铁氧由图2可知，当掺杂量 …… 此处隐藏：1057字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……