钴铁氧体的各向异性与磁致伸缩研究

钴铁氧体的各向异性与磁致伸缩研究

钴铁氧体具有电阻率高,高频涡流损耗小,磁致伸缩系数大,耐腐

蚀等优点。钴铁氧体单晶体磁致伸缩达到-590×10-6,但由于磁晶各

向异性较高,多晶体磁致伸缩仅为-200×10-6。本文目标是研制出具

有大磁致伸缩、大压磁系数和低驱动场的钴铁氧体多晶材料。探索了取向多晶钴铁氧体的制备工艺,并阐述了微观取向和宏观磁致伸缩之

间的关系;研究了磁场热处理和热等静压处理对烧结体磁畴结构和显

微结构的影响,阐述了磁场热处理感生各向异性的机制;研究了元素

添加对磁晶各向异性和磁致伸缩性能的影响;研究了力场磁场耦合作

用下的磁弹性能,明确了磁致伸缩应变和弹性模量随应力的变化规律。探索了取向多晶钴铁氧体的制备工艺。通过高能球磨获得单晶态粉体,经过注浆成型和磁场取向获得取向坯体,再经过排塑和烧结最终获得

了具有强<001>丝织构的取向多晶材料。基于取向分布函数对

取向多晶钴铁氧体的磁致伸缩进行了定量计算,结果显示多晶材料的

磁致伸缩依赖于<001>丝织构的强度。通过热等静压处理进一

步消除了烧结体内部气孔等缺陷,致密度达到99%以上。对取向多晶

钴铁氧体进行磁场热处理,可以感生出单轴各向异性,提高90°畴转

的比例。通过磁场取向和后续热处理,磁致伸缩提高到-564×10-6/Oe,压磁系数达到-1.54×10-6/Oe,饱和场进一步降低至500 Oe。研究了添加元素对钴铁氧体磁晶各向异性和磁致伸缩性能的影响。通过XPS 对元素分布进行了分析,结果显示同时添加Mn和Zn可以促进Co2+进入氧八面体间隙,在降低磁晶各向异性K1的同时保持较高的饱和磁

致伸缩系数,从而提高λS/K1和压磁系数。研究了钴铁氧体在力场和磁场耦合作用下的磁弹性行为。利用多场耦合测量装置,研究恒应力作用下的磁致伸缩行为和恒磁场作用下的应力应变行为,结果显示饱和磁致伸缩随压应力增加而线性降低,无偏置磁场时应力应变曲线出现△E效应,△E最大可以达到29%。利用原子力显微镜对磁畴结构进行原位观测,结果显示压应力会诱导出单轴各向异性,使晶粒内部磁畴结构变得均匀一致。