磁性金属电介质复合超微颗粒制备及磁性、电磁性能研究

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1、钢铁研究总院博士学位论文摘要金属磁性颗粒具有高饱和磁化强度。核壳型金属／电介质复合颗粒的电介质壳层可以有效地阻止金属颗粒间涡电流的出现，使磁性颗粒在高频交变磁场中得以充分磁化。并且，通过颗粒尺寸控制，可以实现金属磁性颗粒与电介质复合材料电、磁参数调节，以适应具体要求的交变磁化应用场合。研究复合颗粒的磁性能与交变磁化特性及微结构对它们的影响，对核壳型复合颗粒在高频交变磁化场合的应用研究具有重要意义。本文首先制备不同尺寸量级的磁性金属／电介质球体或近球体复合超微颗粒，然后对其常温下饱和磁化强度、矫顽力及高频交变磁似电磁特性进行测量研究，并通过微结构观察研究了微结构特征(颗粒尺寸、核壳结构)对

2、复合颗粒的基本磁性能及高频交变磁化特性的影响。主要内容如下：1．用机械球磨法制备5,urnFe／Si02复合颗粒，经微结构观察与性能测试，观察到复合颗粒显铁磁性，其中磁性相铁颗粒的饱和磁化强度与块体数值相近；共混球磨时间的增加有利于提高复合粉体在10MHz．1．8GHz和2．18GHz频段间的复磁导率实虚部与复介电常数实虚部。2．用新颖的复合颗粒制备方法，即溶剂热方法制备出亚微量级球形Ni颗粒，并与高锰酸钾酸化溶液处理相结合制备出核壳型Ni／Mn02，其中Mn02壳层厚度不超过lOnm。基本磁性能测量表明Ni／Mn02具有小的剩余磁化强度与大于软磁范畴的矫顽力。磁、电损耗角余切值表明，亚

3、微米Ni／Mn02在2-5GHz，8．11GHz频段和13GHz附近具有较理想的波阻抗匹配。3．制备5,tan核壳型Fe／有机物、Fe／Mn02球体或近球体复合颗粒，并以它们及5,umFe／Fe304和50nmFe／Fe304为对象，对不同尺寸、不同壳层的铁复合颗粒进行了基本磁性能与电磁性能研究。观察到5,urnFe／有机物、Fe／Mn02、Fe／Fe304的饱和磁化强度与铁块体数值接近，三者的磁导率虚部分别在63MHz、18MHz、27MHz频率处出现极大值；观察到50nmFe／Fe304常温下显示较硬的铁磁特性，矫顽力达到5910e。50nmFe／Fe304复合颗粒在4．5GHz和1

4、2．13GHz频段内具有较理想的波阻抗匹配。4．在本文的实验结果与相关实验、理论文献研究的基础上，讨论了核心尺寸和界面作用对复合超微颗粒的饱和磁化强度M，、矫顽力胃。的影响。观察到复合颗粒的M，随核心磁性颗粒尺寸的减小而下降，并对该现象出现的原因进行了讨论；在以单畴临界尺寸附钢铁研究总院博士学位论文近为界的两个尺寸区间，颗粒尺寸对复合颗粒矫顽力的影响特征不同：当尺寸大于单畴临界尺寸或在其附近，磁性复合超微颗粒的矫顽力随颗粒尺寸的减小而增大；而当尺寸小于单畴临界尺寸时，常温下颗粒的矫顽力随尺寸的增大而增大。5．通过对实验结果的讨论和对已有文献的研究，阐述了核壳型复合磁性超微颗粒的高频复磁导

5、率求解过程，分析了复合颗粒交变磁化的特征与常见现象，讨论了核壳结构与磁性颗粒尺寸对交变磁化特征的影响。分析确定了：5彬F影电介质高频磁化过程中，在10．100MHz频段和1-2GHz频段分别发生了畴壁共振与自然共振现象，50nmFe／Fe304在8GHz附近发生了自然共振现象；观察到复合颗粒的自然共振现象随着颗粒尺寸的减小向高频方向移动。关键词：电磁兼容材料，磁性金属／电介质颗粒，核壳结构，磁性能，高频交变磁化，电磁性能钢铁研究总院博+学位论文ABSTRACTTomakeuseofitshighmagnetization,metalmagneticparticlewascoatedwit

6、hdielectricmaterialstopreventtheadventofeddycurrentamongthemetalparticles．Suchcore／shellstructuredoesafavorforthehi。曲frequencyapplicationofmetal／dielectriccompositeparticles．Meanwhile，itisfeasibleforthecompositeparticlestohavedesirableelectromagneticpropertiesviathemodulationofparticlesize．Thus，i

7、tisimportanttounderstandthepropertycharacteristicsandthemicrostructureeffectofthecompositeparticles，beforetlleyareappliedinalternatingmagneticfieldwithhigllfrequency．Inthiswork,severalkindsofmagneticmetal／dielectriccom