第28卷第1期 姚静等:Sm3掺杂量对Co2Z六方铁氧体磁性能的影响 3BaO·2Co·xSm2O3·(y-x)FeO,其中y=10.8,取代Fe3进入晶格内部,而Sm3(0.0964m)的半 x=0,0.005,0.025,0.050和0100。y=108为缺径大于Fe3+(0.0640mm 铁配方,正配方为12,前者较后者能得到更好的磁2.2显微结构 性能,这一点在文献和实验中都已得到证实。制备 图2是样品的断口在3000倍SEM下的照片, 工艺如下:将Fe2O3(99.3%)、Co3O4(996%)、BaCO3适量的Sm3掺杂(x≤0.025),明显促进了晶粒的生 990%)Sm2O3(99.0%)的粉末按照以下配方表示长,从图中可以看出,随着掺杂量的增加,晶粒在 式3BaO·2CoO·xSm2O3·(10.8-x)Fe2O3在行星型宽度方向逐渐变大,长宽比减小,晶粒间也更加致 球磨机上湿式混合0.5h,烘干后在1250℃C下预烧密。这可能是SmO3在预烧过程中生成了低熔点的 2h。然后二次球磨3h,烘干、过筛备用。将上述粉液相SmO2,从而导致样品烧结密度增加 料加入质量分数为9%的PVA溶液造粒。在130MPa 下压片,在1200℃下烧结3h。样品编号为So~S4 用XRD确定样品的物相组成和晶格常数:用SEM 观察样品的显微形貌;用HP8722ES矢量网络分析仪 测试样品在室温下的频谱特性 2结果与分析 (a)未掺杂 2.1物相分析 2不同样品的断口SEM照片 Fig 2 SEM micrographs of the cross-section for different sampl 图1是不同Sm掺杂量样品的XRD谱,XRD2.3特高频段频谱特性 分析结果表明:x≤0.100时,样品为单一的Z型六 利用矢量网络分析仪,测试了不同Sm3掺杂量 方铁氧体相,Sm3的掺杂未给六方结构中带来杂相。样品在特高频段范围内的复磁导率频谱(图3) 18 x=0 图1不同样品的XRD谱 Fig 1 XRD pattems of the difterent samples 图3SmO3掺杂量对CoZ六方铁氧体复磁导率的影响 晶格常数a和c是以衍射峰(1016)(110)的Fg3 Effects of Sm2O3 doped amounts on complex permeabilities of Co2Z dhk,按六方晶系面间距公式计算得到 结果表明:在x≤0.025范围内,随着Sm3掺杂 量的增加,样品初始磁导率(μ)由11增加到l6 复磁导率虚部(μ”)的峰值相应增加,而峰值位置也 (1)就是自然共振频率则向低频方向移动。这是由于当 x≤0.025时,随掺杂量的增加样品晶粒尺寸变大,气 由表1可知,a随Sm3掺杂量增加,基本保持孔率下降从而导致样品复磁导率增加,自然共振频 不变;而晶格常数c随着掺杂量的增加,出现反常的率向低频方向移动。但若Sm3掺杂量进一步增大 表1不同样品的晶格常数 ab 1 Lattice constants of difierent samples x≥0.050时,则会导致材料的复磁导率随掺杂量的增 加而下降,这是由于随Sm3掺杂量的进一步提高 228864 0.588 5.227472 Sm3取代Fe进入晶格内部而Sm3的磁矩(15μB) 5.227472 5.230 小于Fe3+(5.0μB)从而降低了Co2Z的分子磁矩, 导致复磁导率的下降 变化。当x≤0.025时,c值也基本保持不变:而当x 当x=0025时,样品的截止频率("=)为167 0.050时,c值增大且在0.050≤x≤0.100内保持不 GHz,为16,样品在特高频下的磁特性得到了改善。 变。c值的这种变化可能是由于掺杂量的增加,Sm3第 28 卷 第 1 期 姚静等：Sm 45 3+掺杂量对 Co2Z 六方铁氧体磁性能的影响 3BaO·2CoO·xSm2O3·（y–x）Fe2O3，其中 y = 10.8， x = 0，0.005，0.025，0.050 和 0.100。y = 10.8 为缺 铁配方，正配方为 12，前者较后者能得到更好的磁 性能，这一点在文献和实验中都已得到证实[6]。制备 工艺如下：将 Fe2O3（99.3%）、Co3O4（99.6%）、BaCO3 （99.0%）Sm2O3（99.0%）的粉末按照以下配方表示 式 3BaO·2CoO·xSm2O3·（10.8–x）Fe2O3 在行星型 球磨机上湿式混合 0.5 h，烘干后在 1 250 ℃下预烧 2 h。然后二次球磨 3 h，烘干、过筛备用。将上述粉 料加入质量分数为 9%的 PVA 溶液造粒。在 130 MPa 下压片，在 1 200 ℃下烧结 3 h。样品编号为 S0 ~ S4。 用 XRD 确定样品的物相组成和晶格常数；用 SEM 观察样品的显微形貌；用 HP8722ES 矢量网络分析仪 测试样品在室温下的频谱特性。 2 结果与分析 2.1 物相分析 图 1 是不同 Sm3+掺杂量样品的 XRD 谱，XRD 分析结果表明：x≤0.100 时，样品为单一的 Z 型六 方铁氧体相，Sm3+的掺杂未给六方结构中带来杂相。 图 1 不同样品的 XRD 谱 Fig.1 XRD patterns of the different samples 晶格常数 a 和 c 是以衍射峰（1016）（110）的 dhkl，按六方晶系面间距公式计算得到： 2 1 2 2 2 2 2 3 4 −       + + + = c l a h hk k dhkl （1） 由表 1 可知，a 随 Sm3+掺杂量增加，基本保持 不变；而晶格常数 c 随着掺杂量的增加，出现反常的 表 1 不同样品的晶格常数 Tab.1 Lattice constants of different samples x a / nm c / nm 0 0.587 66 5.228 864 0.005 0.588 04 5.227 472 0.025 0.588 04 5.227 472 0.050 0.588 42 5.230 643 0.100 0.588 42 5.230 643 变化。当 x≤0.025 时，c 值也基本保持不变；而当 x = 0.050 时，c 值增大且在 0.050≤x≤0.100 内保持不 变。c 值的这种变化可能是由于掺杂量的增加，Sm3+ 取代 Fe3+进入晶格内部，而 Sm3+（0.096 4 nm）的半 径大于 Fe3+（0.064 0 nm）。 2.2 显微结构 图 2 是样品的断口在 3 000 倍 SEM 下的照片， 适量的 Sm3+掺杂（x≤0.025），明显促进了晶粒的生 长，从图中可以看出，随着掺杂量的增加，晶粒在 宽度方向逐渐变大，长宽比减小，晶粒间也更加致 密。这可能是 Sm2O3 在预烧过程中生成了低熔点的 液相 SmO2，从而导致样品烧结密度增加。 (a)未掺杂 (b) x = 0.025 图 2 不同样品的断口 SEM 照片 Fig.2 SEM micrographs of the cross-section for different samples 2.3 特高频段频谱特性 利用矢量网络分析仪，测试了不同 Sm3+掺杂量 样品在特高频段范围内的复磁导率频谱（图 3）。 图 3 Sm2O3掺杂量对 Co2Z 六方铁氧体复磁导率的影响 Fig.3 Effects of Sm2O3 doped amounts on complex permeabilities of Co2Z hexaferrite 结果表明：在 x≤0.025 范围内，随着 Sm3+掺杂 量的增加，样品初始磁导率（μi）由 11 增加到 16； 复磁导率虚部（μ"）的峰值相应增加，而峰值位置也 就是自然共振频率则向低频方向移动。这是由于当 x≤0.025 时，随掺杂量的增加样品晶粒尺寸变大，气 孔率下降从而导致样品复磁导率增加，自然共振频 率向低频方向移动。但若 Sm3+掺杂量进一步增大 x≥0.050 时，则会导致材料的复磁导率随掺杂量的增 加而下降，这是由于随 Sm3+掺杂量的进一步提高， Sm3+取代 Fe3+进入晶格内部而 Sm3+的磁矩（1.5 μB） 小于 Fe3+（5.0 μB）从而降低了 Co2Z 的分子磁矩， 导致复磁导率的下降。 当 x = 0.025 时，样品的截止频率(μ" = μ')为 1.67 GHz，μi 为 16，样品在特高频下的磁特性得到了改善