摘 要

近年来常见的一种磁性材料--铁氧体材料，是一种新型的性能优良的磁性材料。将软硬磁铁氧体材料制成层状的复合结构，软硬磁复合相之间会存在交换耦合作用。而交换耦合最重要的作用就是能够提高材料的最大磁能积，因此可以改变材料的磁学、吸波等性能。

本课题制备了软磁铁氧体材料（铁酸锌镍）和硬磁铁氧体材料（铁酸锶）的前驱体、预烧结体。将铁酸锌镍和铁酸锶的前驱体、预烧结体和晶体粉末分别作为原料，利用溶胶-凝胶法制备成周期结构的2、4、8、16、32层薄膜。将所制薄膜进行烧结，由于软硬磁铁氧体材料的复合，会产生交换耦合作用。对烧结成的粉末样品进行XRD、SEM等表征测试，分析了其烧结的效果。

关键字：软硬磁材料 铁氧体磁材料 交换耦合

Preparation and research of magnetic exchange coupling materials

Abstract

Ferrite material, a common magnetic material in recent years, is a new type of magnetic material with excellent performance. The soft and hard ferrite material is formed into a layered composite structure, and there is exchange coupling between the soft and hard magnetic composite phases. The most important role of exchange coupling is to increase the maximum magnetic energy product of the material, thus changing the magnetic properties and absorbing properties of the material.

In this paper, a precursor and a pre-sintered body of a soft ferrite material (zinc-zinc-nickel) and a hard ferrite material (barium ferrite) were prepared. The precursors, pre-sintered bodies and crystal powders of zinc ferrite nickel and barium ferrite were used as raw materials, respectively, and a 2, 4, 8, 16, 32-layer film having a periodic structure was prepared by a sol-gel method. The film is sintered, and exchange coupling occurs due to the recombination of the soft and hard ferrite materials. The sintered powder samples were characterized by XRD, SEM, etc., and the sintering effects were analyzed.

Key Words: Soft and hard magnetic materials;ferrite magnetic materials; exchange coupling

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2磁性材料的分类 2

1.2.1软磁材料 2

1.2.2硬磁材料 2

1.3.铁氧体磁性材料 2

1.3.1铁氧体磁性材料的分类 3

1.3.2常见的铁氧体制备工艺 4

1.4.交换耦合的纳米复合磁材料 5

1.4.1磁材料的磁性表示 6

1.4.2磁交换耦合理论 6

1.4.3软硬磁复合周期结构 8

第二章 周期结构的交换耦合纳米复合磁材料的制备 9

2.1主要的原料和设备 9

2.1.1实验原料 9

2.1.2 实验仪器 10

2.2实验的过程 10

2.2.1实验设计 10

2.2.2 实验步骤 11

第三章 结果与分析 13

3.1材料测试和表征的手段 13

3.2 表征和分析 13

3.2.1 X射线衍射分析 13

3.2.2扫描电镜分析 15

3.2.3 能谱图分析 16

3.5 热分析 18

3.6 本章小结 19

第四章 结论与展望 20

4.1结论 20

4.2不足 20

4.3 展望 21

参考文献 22

致谢 25

第一章 绪论

1.1研究背景

随着现代社会的持续发展，磁性材料在生活中各个方面的应用变得愈发重要，尤其是作为功能材料的应用。研究物质的磁性能理论，研发新型的磁性材料也有着十分重要的作用。

在最早的时期，人们主要是利用天然的磁铁来对磁性这一现象进行研究。经过观察和不断的发展，才逐渐认识到磁体拥有南北两极。并且认为磁体的两端存在性质不同的磁荷，于是提出了磁荷的库仑定律[1]。但是一直以来并不能得到单磁极，所以磁荷学说也没有得到近一步说明。而进入了十九世纪，随着电流的磁效应发展，磁现象和电现象得以联系起来，人们也意识到了磁现象起源于电流和运动的带电粒子。

随着对磁现象的更进一步的研究，其本源和物理本质也被充分认识，磁性材料也得到更深的发展。二十世纪，分子场和磁畴理论使磁性材料快速发展[1]。原来的磁材料多为金属二十世纪五十年代后，铁氧体材料开始出现，并得到了极为广泛的应用。到目前，纳米结构磁性材料也快速发展了起来。

现在生活当中常用的磁性材料在广义上主要分为两大类[2]：一、在交变电流下进行应用的软磁材料；二、一般用作永磁体的硬磁材料。通常来说，标志性能好坏的有剩磁（Br）、内禀矫顽力（iHc）、饱和磁化强度（Ms）以及最大磁能积（BHmax）等参数。不同的磁性材料则拥有不同的优点，简单来说比如软磁材料拥有较高饱和磁化强度，硬磁材料拥有较高的内禀矫顽力。

磁能积（BH）是磁性材料一个重要的性能指标。其最直接的实用意义为[3]：在所用材料的量一样的情况下，磁能积越大，产生的效果就越明显，例如进行电磁波的吸收。如今，大多数磁性材料的磁能积提升已经不大，而且具有优异性能的磁性材料的发展也没有太大的创新。由此，复合的磁材料引起了人们的关注。许多研究人员认为，将软磁和硬磁进行复合，由于二者之间耦合的作用可以改善各自的性能，此种材料将会得到更大的发展。

1.2磁性材料的分类

磁性是一切物质都具有的一种基本性质，磁性材料也是常见的应用范围很广的功能材料[4]。磁性材料的发展，从最初的高维度向更低的维度方向发展，而且随着不断的发展，纳米磁性材料也将一步步成为更加重要的功能材料[5]。

1.2.1软磁材料

软磁材料，指在外加的磁场存在时，非常容易被磁化，而且磁化后如果去掉外加的磁场也会很快退磁，即磁滞回线很窄[6]。软磁材料的特征为有较高的磁导率μ_i、较小的矫顽力Hc、低剩余磁通密度Br、高饱和磁化强度Ms和较小的磁晶各向异性系数K[6]。

软磁材料有很多方面的应用[7]，具体的应用有：电动机上的转子定子、感应线圈中的铁心、电子计算机的开关和存储元件、变压器的磁芯等。

1.2.2硬磁材料

硬磁材料，又可以称作为永磁或恒磁材料，指不容易被磁化且磁化后不容易去磁，进而能使磁性长期保留的一种磁性材料，其磁滞回线要比软磁材料宽的多[8]。对于硬磁材料来说，其最显著的特征就是：1.具有较高的矫顽力Hc；2.有较高的剩磁Br；3.较大的最大磁能积（BH）max。

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