隨著汽車、電動自行車、辦公自動化設(shè)備、通訊、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等家用電器與電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，世界對永磁鐵氧體及釹鐵硼系永磁磁鐵材料的需求量以每年20％ 一30％的速度增長 。由于稀土鐵系永磁材料成本較高，所以提高永磁鐵氧體的磁性能成為今后研究的方向，永磁鐵氧體也將成為永磁材料的主要產(chǎn)品 J。在永磁鐵氧體材料的生產(chǎn)中，除了燒結(jié)溫度以外，添加劑的使用情況也會明顯影響磁體的磁性能。本文分別采用納米級和微米級的CaCO 及SiO，作為添加劑，研究了不同種類的添加劑及其燒結(jié)溫度對磁體的剩磁和矯頑力的影響。
1 實(shí)驗(yàn)方法
以Y30H 1預(yù)燒料粗粉(4～6 m)為原料，分別加入納米級和微米的CaCO 及SiO：，CaCO 的含量為0．8％ ，SiO 的含量為0．5％ ，納米添加劑顆粒尺寸為15—30 nm，微米添加劑顆粒尺寸為5～6 m。濕磨至0．7—0．75 m，將料漿沉淀36 h后，用100 t
磁性材料濕式成型液壓機(jī)壓制成96 mm×75 mm×23 mm的方塊產(chǎn)品，生坯產(chǎn)品密度為3．15—3．2g／em。
在36 nq雙推板電窯中燒結(jié)，再經(jīng)過打磨、清洗，用TYU一2000型磁性材料自動測量裝置測量其磁性能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)每次取5個樣品的平均值，并采用S-3400N掃描電鏡觀察樣品的表面形貌。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
2．1 燒結(jié)溫度對磁性能的影響
實(shí)驗(yàn)考察了在Y30H 1預(yù)燒料粗粉中分別加入納米級和微米級的添加劑CaCO SiO 及不加入添加劑3種情況下，鐵氧體的剩磁及矯頑力隨燒結(jié)溫度的變化情況。剩磁隨燒結(jié)溫度的變化曲線見圖1，矯頑力隨燒結(jié)溫度的變化曲線見圖2。
由圖1可見，隨著燒結(jié)溫度的升高，3種情況下鐵氧體的剩磁都呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。對于未添加任何添加劑的磁體，燒結(jié)溫度每升高5 clc，剩磁提高約5 mT，當(dāng)樣品的燒結(jié)溫度達(dá)到1 255 oC時，磁體的剩磁出現(xiàn)最大值，即405 mT。此后，隨著溫度的提高，剩磁開始下降。加人微米級CaCO 和SiO：后，磁體在1 240℃時燒結(jié)出現(xiàn)剩磁最大值，為405 mT。當(dāng)加入納米級CaCO3和SiO：后，磁體在1235 oC時燒結(jié)便會出現(xiàn)剩磁最大值，此時剩磁可以達(dá)到408．7 mT.
由圖2可見，在1 185 cI=燒結(jié)溫度時，未加添加劑的磁體的矯頑力為276．3 kA／m，隨著溫度的升高，矯頑力先增加后下降，這是由于在低溫(1185℃)燒結(jié)時，磁體內(nèi)部還未實(shí)現(xiàn)完全反應(yīng)，磁體內(nèi)部致密度較低，磁晶各向異性能較??；當(dāng)溫度達(dá)到1200℃后，矯頑力下降的趨勢明顯增大，溫度每升高5℃ ，矯頑力就會降低5 kA／m左右。加入微米級CaCO 和SiO 后，磁體的矯頑力未產(chǎn)生明顯變化；而加入納米級CaCO 和SiO：后，磁體的矯頑力發(fā)生了顯著提高，在燒結(jié)溫度為1 195℃ ，磁體矯頑力可以高達(dá)358．3 kA／m。
2．2 添加劑對永磁鐵氧體磁性能的作用機(jī)理分析
加入納米材料添加劑樣品的各種磁性能均比加入微米材料添加劑樣品的高。尤其是樣品的矯頑力，加入納米材料添加劑樣品的矯頑力平均要比加微米添加劑的高10％ 。這是由于納米添加劑的顆粒相對小，在相同質(zhì)量的前提下，其比表面積是微米材料的上千倍，在磁性材料粉末中加入納米添加劑，納米添加劑顆粒與磁性材料粉末顆粒的接觸面積比相應(yīng)的微米添加劑的大，在磁體的燒結(jié)過程中，添加劑顆粒在鐵氧體顆粒中起到一種界面作用，增加磁性材料樣品內(nèi)部的磁晶各向異性能，從而提高了樣品的矯頑力。粉體材料的燒結(jié)速率主要取決于粉末原料的顆粒粗細(xì)和原子的擴(kuò)散速率，但由于在試驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制了球磨時間和制粉工藝，材料中除了添加劑的粒度不同外，主相成分的粒度是相同的，所以只能認(rèn)為造成燒結(jié)溫度不同的原因是添加劑材料的粒度不同所致。在同等質(zhì)量條件下，納米材料的比表面積是微米材料的幾百倍甚至上千倍，納米晶的擴(kuò)散系數(shù)極高，擴(kuò)散距離很短，所以在加入了納米添加劑的樣品中，納米顆粒與主相材料(鐵氧體預(yù)燒料粉末)之間的接觸界面增多，產(chǎn)生了界面的固相反應(yīng)，也就是通過界面上的原子擴(kuò)散形成新相，使得固相反應(yīng)可以在較低的溫度下進(jìn)行。由此可以看出，在
同等質(zhì)量條件下，添加劑的粒度愈小越有利于鐵氧體材料的燒結(jié)并提高其磁性能。加CaCO 、SiO 于鍶鐵氧體中，在燒結(jié)過程中，存在以下反應(yīng) ：
CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 f (1)
SrFe12Ol9+CaSiO3=SrSiO3+CaFe12O19(2)
反應(yīng)式(1)在低于800℃時就開始進(jìn)行，生成產(chǎn)物CaSiO，的熔點(diǎn)為1 050 oC，在燒結(jié)過程中它的出現(xiàn)使燒結(jié)處于液相環(huán)境，從而增加了鍶鐵氧體的致密度，提高了剩磁。此后ca 對Sr2 的替換以及反應(yīng)式(2)也開始進(jìn)行。當(dāng)ca 含量較高時，由于Ca 對sr2 的替換增加，促進(jìn)了SrSiO，的形成，而造成富sr 區(qū)的存在，抑制晶粒長大，這個過程也同樣提高鍶鐵氧體的致密度，從而提高了剩磁。當(dāng)在原料中加人0．8％ 的納米CaCO。和0．5％ 的納米SiO，時，在燒結(jié)過程中，磁體的燒結(jié)溫度明顯降低。由于納米添加劑巨大的比表面積，與鐵氧體顆?；旌虾螅阼F氧體顆粒間產(chǎn)生較大的界面能，從而抑制了鐵氧體晶粒生長，保持了磁體的單疇結(jié)構(gòu)，磁體內(nèi)晶粒分布均勻，從而提高了磁體的矯頑力。
①納米添加劑有助于減少晶?？障叮岣叽朋w的致密度，從而提高了磁體剩磁；
② 由于Ca“ (0．106 nm)的離子半徑小于S (0．127nm)，將引起Ca 周圍氧離子的晶格間距的減少，從而增大次近鄰格位Fe¨的間接交換作用，增大磁晶各向異性，因而矯頑力隨取代量的增加而增大。
但ca 含量過高將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，通過其他實(shí)驗(yàn)也得到CaCO 取代量的增大只能稍微降低剩磁和增大矯頑力，說明CaCO 主要是作為雜質(zhì)成分影響磁性能，因而CaCO 添加量一般小于1 wt％。
3 結(jié)論
(1)隨著溫度的升高，在加入納米級或微米級添加劑CaCO 和SiO 和不加入添加劑3種情況下，永磁鐵氧體磁體的剩磁以及矯頑力都呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。
(2)采用微米級CaCO，和SiO 作為添加劑，可以降低磁體的燒結(jié)溫度，有助于提高磁體的剩磁，但磁鐵的磁體的矯頑力未產(chǎn)生明顯變化。
(3)采用納米級CaCO。和SiO 作為添加劑，不僅可以降低磁體的燒結(jié)溫度，而且還可以顯著地提高磁體的剩磁和矯頑力。
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