环境友好的铁氧体复合材料.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除环境友好的铁氧体复合材料 摘要： 将NiZn铁氧体研磨泥与商业粘土按确定比例混合。研究了混合比例，热处理条件对烧结试样的强度，磁性质和微观结构。 1.引言20 世纪 的大规模化生产和消费导致自然资源迅速消耗，给环境造成大的负担，各国最近对一些全球性的问题，包括地球变暖，臭氧层被破坏给予高度的注意。1997年 在日本举行的Third Signatory Nations Conference on the framework Treaty on Climate Change 会议上，各国达成一致来减小CO2和其它温室气体的排放。由于温室气体减小需要再循环系统，高的能量转换，和新的节能材料（1，2）。工业材料的制造商对此有重要的作用。例如，FDK生产特定形状的NiZn铁氧体，需要研磨，淤泥成为大量的废弃物。因为这些滤泥绝大部分是磁性材料，具有很好的循环利用性。在本文我们将滤泥与商业粘土混合制备陶器, 研究了混合比例，热处理条件对烧结试样的强度，磁性质和微观结构。2 试样制备和测量用传统粉末冶金工艺制备了试样，参见图1 。首先，NiZn铁氧体泥 与砖用粘土胺100：0，75：25，50：50，25：75,0:100的比例在球磨机中混合。干燥成粉末状态后，压成矩形试样，来估计三点法弯曲强度，或者压成环形用来测定磁性能，参见图2。两组试样都按图3 所示的加热模式烧结。最高烧结温度在8001230之间。烧结举行试样经历弯曲强度测试，在图4 所示的条件下测定了最阿大的破坏载荷。他们的三点弯曲强度可以用方程（1）推得，要代入形状参数，最大破坏载荷，支撑点间的距离。使用阻抗分析仪用环形试样测定了磁性能。用SEM观察了颗粒的形状和微观结构。用EPMA方法研究了不同元素（Fe,Si）在试样中的分布。用阿基米德法测定了试样的密度。图1 试验流程 图2 测试试样的几何形状和尺寸 图3 烧结工艺 图4 强度测试图3 结果和讨论图5 是（a）商业粘土和(b)NiZn铁氧体泥干燥和造粒后的SEM图。图6 是他们的颗尺寸分布。砖用粘土含有高岭矿（Al2O32SiO2）作为塑性成分。高岭含有结晶薄片结构（含有Al，Si离子），砖用粘土颗粒有六角性的或者鳞片状的形状，厚度和直径都为几个到几十个微米，平均颗粒直径为10.8微米。参见 SEM图（a）。还发现很少有颗粒的凝结。对于NiZn 铁氧体泥，它是烧结产品研磨时的副产品，颗粒根据研磨条件而变，我们证实了是 有均匀细颗粒的凝固物，参见图5 (b)。图6 表明NiZn 铁氧体泥有2.5微米的平均直径，并且分布范围窄。表1 是起始材料化学成分。砖用粘土包括高岭矿（塑性成分），二氧化硅（增强剂），玻璃成分(促进反应和烧结)。另一方面NiZn铁氧体泥包括Fe2O3，NiO ,ZnO 这三种NiZn铁氧体的基本成分。它几乎不含有SiO2 ,Al2O3 (砂轮的两种基本成分).这样NiZn铁氧体泥是纯铁氧体粉末。图7 是不同的NiZn铁氧体泥和砖用粘土的胺不同比例混合的混合物的模型形状。在NiZn铁氧体75%或者更少没有裂纹和缺口出现。这表明砖用粘土中的塑性成分有与粉末冶金中的粘接剂有相似的作用。 图5 起始粉末的SEM图，（a）地板砖粘土；(b) NiZn铁氧体料浆。图 6 不同粉末的颗粒分布；（a）地板砖粘土；(b) NiZn铁氧体料浆。 表1 起始粉末的化学成分图7 不同粉末的塑性 图8 是烧结体的弯曲强度与烧结温度的关系。100的NiZn铁氧体在烧结温度为10001100时 有最高的弯曲强度，尽管这是铁氧体的第二次烧结。这要规因于泥颗粒的平均2.5 微米的细 颗粒尺寸和大量小于1 微米的颗粒的存在。在用砂轮研磨时产生的颗粒活性表面能够推动烧结。在大多数烧结温度下，复合材料的弯曲强度比100 粘土的材料的弯曲强度要高。这是研磨滤泥产生的弯曲强度。结果复合材料在烧结温度为1100时达到最大值，而粘土材料在1230达到最大之，相差130。这个行为还可以从烧结体密度的对比中发现，参见图9 。图10 是在1100烧结的试样的研磨和腐蚀表表面的SEM图。100%NiZn铁氧体泥的试样由 细的密堆积的结晶颗粒组成。粘土比例增加，气孔率增加。相信气孔率的增加导致了图9 中的弯曲强度的下降。图11 用EPMA法得到含有50wt的NiZn 铁氧体试样的元素分布图。可以观察NiZn铁氧体晶体含有砖的结晶相，包括方英石（SiO2）和莫来石（3Al2O32SiO2）。图12 是 起始磁导率对频率的关系。100 的NiZn铁氧体有 最高的起始磁导率，在1100MHZ的范围内保持为400。复合材料的起始磁导率随着非磁 相的增加而下降。他们的起始磁导率接近商业用的材料的。与粘土混合NiZn铁氧体泥可以不要加入聚乙烯醇而得到成型和烧结。这是因为粘土有塑性。通过强度和磁特性的测定，我们可以认为NiZn铁氧体研磨泥可以和粘土混合制成复合材料，可以循环使用，制备磁性部件和砖等。 图8 烧结温度和弯曲强度的关系 图9 烧结温度和密度的关系