温敏锰锌铁氧体配方与居里温度的关系的研究

温敏锰锌铁氧体配方与居里温度的关系的研究 杨云志 冉均国 郑昌琼 四川联合大学无机系 , 成都 , 摘 要 温敏锰锌铁氧体是近 多年来才发展起来 的具有较低居里温度的软磁铁氧体材料 , 可用来制作 各种控温灵敏的磁性温敏传感器 本文通过研究温敏 锰锌铁氧体配方与居里温度的关系 , 得出在 含 童一定时 , 居里温度在一定范围内与 含量呈线 性关 系 , 并用 超交换作用 进行解释 。 实验表明 , 当 且 含 量 由 减 少 到 时 , 居 里 温 度相应 由 ℃线性 地增加到 ℃ 当 二 且 含量由 减少到 写时 , 居里温度相应由 ℃线性地增加 到 , 。 关键词 温敏锰锌铁氧体 配方 居里温度 超交 换作用 引 言 温敏锰锌铁体是近 多年来发展起来的用于温 度控制的软磁铁氧体材料 。 它不同于传统的希望有较 高居里温度的软磁铁氧体材料 温敏铁氧体材料是利 用磁导率在居里温度附近发生突变的这个特性 , 制作 各种居里温度较低的 、 无时效变化 、 可靠性高 、精度 高、体积小 、成本低的磁性温敏传感器 目前日本 、 美 国 、德国等国采用这种新型功能材料 , 已经成功地研 制出了居里温度在一 ℃范围内的广泛用于家 用电器 、工业机械等的温度自动控制和自动保护的磁 性温敏传感器 , 并实现了产品化 、 系列化 〕。 温敏铁 氧体材料及磁性温敏开关在我国尚处于研究阶段阁 。 因此 , 对它们进行研究对于我国的工业技术进步 、工 业及家用国产化的实现具有十分重要的意义 。 在磁性 温敏传感器的研究中 , 不同用途的温度控制需要各种 具有稳定的 、特定的居里温度的温敏铁氧体材料 。 铁 氧体材料的居里温度主要取决于配方中氧化锌的含 量 所以 , 本工作通过研究温敏铁氧体材料的配方中 氧化锌的相对含量与居里温度的关系 , 为制备系列的 温敏铁氧体材料莫定基础 。 法制备粉末 、 双向加压成型和气氛烧结三个步骤 其 工艺流程如图 所示 化学共沉淀法以硫酸铁 、 硫酸锌 、 硫酸锰 及碳酸氨 ‘ 为原料 。将 ‘ 、 、 配成溶 液 , 用 ‘ 作沉淀剂 。 反应条件为 室温 , 值为 。 之间 , 反应时间 烧结条件为 。℃ , 平衡气氛中烧结 。 实验中 , 在其它 工艺条件相同情况下 , 通过控制 含量分别为 、 时 , 变化 的含量来研究配方 与居里温度的关系 图 温敏锰锌铁氧体制备工艺 居里温度的测 将烧结得到的温敏铁氧体圆环绕上漆上包线 , 在 频率 下采用美国 型仪器测定电感 , 计 算出起始磁导率 佑 再将样品置人油浴中升温 , 每间 隔一定温度 ℃ 测定材料的起始磁导率 , 由每一温 度对应的磁导率绘制出曲线 , 从曲线获得温敏铁氧体 的居里温度 。 实验结果与讨论 材料与实验 温敏铁权体材料的制备 本研究中 , 温敏铁氧体材料制备分为化学共沉淀 制得样品的超始磁导率 佑 都大于 , 温度灵 敏度在士 ℃以内 当 含量分别为 、 时 , 配方与居里温度的关系如图 、 所示 。 图 、 图 表明 , 在 含量一定条件下 , 温敏锰锌 铁氧体材料的居里温度随配方中 含量的增加而 降低 , 且呈近似线性关系 , 这可以通过超交换作用 来解释 ‘ , 温敏锰锌铁氧体呈尖晶 石 相 , 其分子式可写作 , 其结构式为 《功能材料 》增刊 , · 卜二 卜二 、 位 位 其晶格中 , 最相邻 位 尖晶石结构的四面体空隙 与 位 尖晶石结构的八面体空隙 上金属离子 , , 一 口 。侧烟叫唤 ‘翻 ‘ 含量 图 居里温度与铁氧体中 含量关系图 尸 和 结构时 , 软磁铁氧体由亚铁磁性变成顺铁磁性 。 这个 临界温度为居温温度 。 居里温度同交换作用的关系 可近似表示如下闭 朋 式中 表示居里温度 表示每摩尔铁氧体中超 交换作用 一 一 的数目 表示超交换作 用系数 、 。 表示 位和 位氧离子的 层自旋矩 以 为单位 。 由式 知居里温度 。 与每摩尔温敏 锰锌铁氧体中参与超交换作用的 一 一 数目近似成正比 、 在温敏锰锌铁氧体中 , 为非磁性离子 , 由于 , 占据 位置的倾向性比 , 和 都强 〕, 随 着 离子含量增加 , 占据 位机率相应增加 , 一些 位的磁性离子将失去超交换作用的对象 , 也 即是由于 位中磁性离子数目减少使得晶体中 一 一 数目减少 , 即 胡减少 , 超交换作用减 弱 , 相应地 , 居里温度 。就降低了。 且由 式知 , 居 里温度近似呈线性降低 。 结 论 含量 当温 敏锰 锌铁氧体 中 含 量 为 且 含量由 减少到 时 , 居里温度相应由 ℃线性地增加到 ℃。 当温敏锰锌铁氧体中 含量为 且 含量由 写减少到 时 , 居 里温度相应由 ℃线性地增加到 ℃。 卜﹄加八自︸︸。卜侧蛆叫噢 图 居里温度与铁氧体中 含量关系图 流 。 。 人 被离子半径较大的非磁性离 子 卜 。 人 隔开 , 金属离子间的距离使电子 不可能有直接的交换作用 , 必须通过氧离子而发生超 交换作用 四面体空隙 位 和八面体空隙 位 与 卜排列近似成直线 , 这种 一 型超 交换作用最强 由于超交换作用易受热运动影响 , 当 温度升高以致热骚动完全破坏了晶种中磁矩的有序 参 考 文 献 马昌贵 电子材料 , , , 加藤富夫 传感技术 日文 , , 杨云志 , 郑昌琼 , 冉均国 温敏铁氧体材料及磁性温敏传 感器及其应用 硅酸盐通报 , 已录用 。 李荫远 , 李国栋 铁氧体物理学 , 北京 , 科学出版社 , 张有纲 , 黄永杰 , 罗迪民 磁性材料 成都电电讯工程学院 出版社 , · , , , , , , , 。 环 。 , , 诬 , 《功能材料 》增刊 , ·