磁性颗粒/氧化锆基复合材料的制备与性能研究

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结构功能一体化材料是将具有两种或两种以上性能的材料掺杂制成复合材料,使复合材料兼具优异的力学性能和先进的功能性能。磁性颗粒分散相/结构陶瓷基复合材料是结构功能一体化材料的一种,这类复合材料具有广阔的应用前景和很高的研究价值。本文研究了3Y-TZP/锶掺杂钡铁氧体和3Y-TZP/镍钴合金两个复合体系,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电子万能实验机、振动样品磁强计、阻抗测试和等效电路模型对复合材料的物相组成、微观形貌、力学性能、磁学性能和介电性能进行了测试和分析。分别采用固相法、溶胶凝胶法和化学共沉淀法合成了不同比例锶掺杂钡铁氧体(Ba1-xSrx Fe12O19,其中x=0、0.25、0.50和0.75)粉体,然后将20%质量分数的锶掺杂钡铁氧体添加到3Y-TZP基体中,得到3Y-TZP/20 wt%Ba1-xSrxFe12O19(其中x=0、0.25、0.50和0.75)复合材料样品。主要研究了锶掺杂量和制备方法对复合材料的物相组成、微观形貌、电磁学和力学性能的影响。研究发现,三种方法制备的复合材料中主晶相都为六角铁氧体相和四方氧化锆相,同时还有少量的单斜氧化锆相存在。锶掺杂量x为0.50时,复合材料的平均粒径最低,烧结性最好,所以具有最优的力学性能。三种方法制得的样品饱和磁场强度在14.016.5 emu/g的范围内,固相法和共沉淀法得到的复合材料的磁学性能(饱和磁场强度和矫顽力)稍优于溶胶凝胶法。还探究了复合材料的介电性能,分析了介电机制,结果表明,当Ba2+/Sr2+的摩尔比为1时,复合材料的介电常数最大,介电损耗最小。制备了四方氧化锆基体/镍钴合金(3Y-TZP/10 wt%Ni1-xCox,其中x=0、0.25、0.50和0.75)复合陶瓷材料,并且研究了钴掺杂量对复合材料的相组成、微观形貌、力学性能和电磁学性能的影响。研究发现,复合材料中的主晶相为四方氧化锆相和面心立方的镍钴合金相,同时存在10%左右单斜相氧化锆。钴掺杂量为0.50时,复合材料的抗弯强度最大,为800 MPa。复合材料的饱和磁场强度随钴掺杂量的增加而增加。
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