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Materials Letters 59 (2005) 3959 - 3962
www.elsevier.com/locate/matlet
Co2 Z Ba-ferrites的合成
J.Jeonga , K.W. Choa , D.W. Hahna , B.C. Moonb , Y.H. Hana, *
a
韩国水原市成均馆大学材料工程系，440-746，韩国
b
韩国水原442-743，三星电子机械公司
2005年5月21日收到；2005年7月16日接受
2005年8月3日可上网查询
摘要
研究了Co2 Z (Ba3 Co2 Fe24 O41 ) Ba-铁矿的合成工艺条件。Co2 Z相是通过在1350 -C下进行一步式煅烧合成的。通过先在9001100℃煅烧粉末，然后在1350-C煅烧后得到单一的Co2
Z相，其他额外相完全消失。通过900和1350
-C两步煅烧合成的Co2
Z铁氧体的渗透率在3.5-4.5之间，而包括1300 -C一步煅烧形成的中间产物Co2 Y和M相的试样的渗透率较小，约为2至2.5。
D 2005 Elsevier B.V.保留所有权利。
关键词Co2 Z Ba铁氧体；电感器；两步法煅烧
1. 简介
各种类型的电子设备在GHz范围内的应用需要电感
器。镍钴锌铁氧体已被广泛研究，作为MHz范围内的
首选材料。镍钴锌铁氧体的谐振频率低于500MHz。六
角形Ba铁氧体被广泛建议作为GHz范围应用的铁磁材
料[13]。20世纪50年代，飞利浦公司的研究人员开发了M
(BaFe12 O19 )、Co2 Z (Ba3 Co2 Fe24 O41 )、Co2 Y (Ba2 Co2
Fe12
O22
)
和Co2
W
(BaCo2
Fe16
O27
)类型的巴铁氧体。[4,5].Co2
Z铁氧体由于具有相对较高的磁导率和谐振频率而被选
为GHz范围内应用的电感材料[2,3,6-8]。Co2
Z铁氧体在室温下表现出与软铁氧体相似的磁化行为，
因为磁矢量可以很容易地在首选平面内旋转，尽管要
移出这个平面需要消耗大量的能量[911]。由于这些特性，Co2
Z铁氧体被应用于GHz区域的电感材料。然而，由于其
复杂的晶体结构，单相Co2 Z铁氧体不容易被合成。
* 通讯作者。电话。+82 31 290 7392；传真。+82 31 290 7410.
电子邮件地址：yhhan@skku.ac.kr (Y.H. Han)。
0167-577X/$ - see front matter D 2005 Elsevier
B.V.doi:10.1016/j.matlet.2005.07.044 保留所有权利。
在传统的陶瓷工艺中，Co2
Z铁氧体粉末是在高于1250
-C
的
高温下形成的[1,2,6,12,13]。Pullar等人认为，Co2
Z相是由之前的两个铁氧体的拓扑反应得到的。
形成了M和Co2
Y相[10,13]。Tachibana等人报告说，烧结过程中的高
氧分压（Po2 ）和Ba3 Co 2- x Fe 24+ x O41
的铁含量增加，能有效获得单一Co2
Z相[12]。单一的Co2 Z相也是
在1250
-C以上的温度范围内烧结的掺有CuSi和Mn的样品中获得[6]。一些化学途径，如柠檬酸盐
前体、自传播和溶胶法也被研究用来在低温下合成单C
o2 Z铁氧体粉末[3,4,10,14]。如何已经证实，在低于1100℃的温度范围内，Co2
Z粉末的合成是困难的。即使仔细控制原材料的混合过
程，并将煅烧温度保持在1100
C以上，大多数煅烧的Co2
Z铁氧体粉末包括额外的相，如Co2
W、Co2
Y和M铁氧体[1-4,10,14] 。因此，需要开发一种新的Co2
Z铁氧体单相的粉末制备技术。
两步煅烧技术已被用于合成具有复杂结构的氧化物，
如铅基多成分铁电体[15]。在两步煅烧法中
3960
J.Jeong et al. / Materials Letters 59 (2005) 3959 - 3962
使用Rigaku
X射线衍射仪在室温下对合成的粉末进行了检测，采用
CuKa辐射。粉末的比表面积由Micromeritics表面积分析
仪（Gemini
Ø-2375）使用BrunauerEmmettTeller（BET）方法获得。安捷伦阻抗分析仪（4291B
）和夹具（16454A）被用来测量渗透率的频率相关性
。
(l)和质量系数( Q)。
标准 Fe2 O3 标
准B
标准M
(c) 1300o C
(b) 1100o C
3.结果和讨论
(a) 900o C
在900至1300 -C的温度范围内，Fe2 O3 和 BaCO3
的预煅烧粉末的X射线衍射图为
图1中所示。煅烧后的粉末包括BaFe12
2小时。
20
24
28
32
36
40
44
48
 (学位)
图1.用原材料(Fe2
O3
)在几个温度下预煅烧的粉末的XRD衍射图。
,
BaCO3
在全国范围内，除一些氧化物外的组成原料首先在给
定的条件下进行煅烧，然后在第二次煅烧前将预煅烧
的粉末与排除的氧化物混合，以获得具有所需成分和
相的粉末。本文将介绍通过两步煅烧合成Co2
Z粉末，并讨论相关工艺参数。
2. 实验性
Co2 Z (Ba3 Co2 Fe24 O41 )铁氧体粉末由原料（70.59
mol% Fe2 O3 , 11.76 mol% CoO, 17.65 mol% BaCO3
）通过常规陶瓷工艺（一步煅烧）和两步煅烧技术制
备。原料在行星研磨机（FritschPulverisette
5）中混合30分钟，然后在烤箱中干燥。该
为了合成单相Co2 Z Ba铁氧体，在900至1350摄氏度的
温度范围内进行了两步煅烧过程。
-C.原料（Fe2 O3 , BaCO3 ）首先在没有Co3 O4
的情况下混合，并在900¨1300
C下预煅烧2小时。预煅烧的粉末用Co3
O4
粉碎3小时，然后在1250¨1350
C下反复进行后煅烧。最后将煅烧过的粉末与添加剂（
5.0 wt.% Bi2 O3 , 5.0 wt.% CuO）一起进行低温研磨。
烧结。在对最终煅烧的粉末研磨3小时后，加入一些聚
乙烯醇（PVA）粘合剂。浆液被干燥并使用筛子进行
造粒。在单轴压力为1.0吨/厘米的情况下，造粒后的粉
末被形成一个环形的核心2
。粘合剂在空气中以缓慢的加热速度被仔细烧掉。然
后在900930摄氏度的空气中烧结环形芯体2小时。在空气中烧结
O1 (M)
9
和BaFe2
O4
（B）相，分别作为主要相和次要相[5]。M和B两相的强度
随着煅烧温度的增加而增加。在900 -C时，赤铁矿相（Fe2
O3 ）仍然作为未反应的示踪物存在，这
在1100¨1300 -C时消失了。800 -C以上的BaO- Fe2 O3
的相平衡图表明，在Fe2
O3
/的摩尔比中形成了M和B相的异质混合物。
BaO在1.0和5.0之间[16]。Vinnik也报告说，这种混合物可以
在成分，Fe2
O3
/
BaO=
2.0时形成[13]。本研究中的煅烧粉末是通过混合80
mol%的Fe2 O3 和20 mol%的BaCO3 （Fe2 O3 / BaO=
4.0）作为起始成分制备的。因此，证实了M相和B相的同时
出现与以前的结果[13,16]很一致。
图2显示了在1350
-C下煅烧一次或在900¨1350
C下煅烧两次的粉末的X射线衍射图。如图2(d)所示，在两
次煅烧的粉末中，Co2
Z
(Ba3
Co2
Fe24
O41
)峰的强度增加，而其他相如M和Y则根据煅烧条件完全消
失，第一次在900
-C煅烧，第二次在1350
C煅烧。然而，煅烧后的粉末
20
24
28
32
36
40
44
 (学位)
48
标准公司2 Z
标准公司2 Y 标
图2.用几种工艺条件合成的粉末的X射线衍射图的比较。
准M
(d) 2个步骤cal.(900o C+1350o
C)
(c) 2个步骤cal.(1100o C+1350o
C)
(b) 2步校准。(1300o C+1350o
C)
(a) 1步卡(1350o C)
J.Jeong et al. / Materials Letters 59 (2005) 3959 - 3962
表1
最终煅烧后X射线衍射所显示的粉末相位 M(BaFe12 O19 ), Y(Co2 Y:
Ba2 Co2 Fe12 O22 ), Z(Co2 Z: Ba3 Co2 Fe24 O41 )
煅烧方法 煅烧温度（-C） 现有相位 一步煅烧1250
1300M
1350M
两步煅烧 900 Y 1250
900 Y 1300
900 Y 1350
1100 Y 1250
1100 Y 1300
1100 Y 1350
1300 Y 1250
1300 Y 1300
1300 Y 1350
M, Y
,Y
, Y, Z
M, Y, Z
M, Y, Z
Z
M, Y, Z
M, Y, Z
Z
M, Y
M, Y
M, Y, Z
3961
16
14
1 步进热量(1300o C)+烧结(900o C)
2 阶梯温度（900o C+1350o C）+烧结（900o C）。
12
1 步进热量(1300o C)+烧结(930o C)
2 阶梯热量(900o C+1350o C)+烧结(930o C)
10
渗
透
8
性(
r)
6
4
2
只在1350 -C时出现过一次，包括Co2 Z、Co2 Y（Ba2 Co2 Fe12
O22
）和M相。如图2（a）和（b）所示，Co2
Z相的第二个主峰（2h = 30.40-）比第一个主峰（2h =
32.68-）强。这可能是由于额外的Co2
Z和Co2
Y峰的重叠，因为存在着额外的Co2
Y相。单步煅烧的粉末也显示出以下重叠的峰
Co2 Z- Co2 Y和M (BaFe12 O19 )- Co2 Y相，分别在30.83-/41.22和32.08-左右。然而，有趣的是，在900和1100
C下预煅烧的粉末表现出Co2
Z相的三个最强的主峰，没有重叠。
与图2（a）和（b）相比较。
表1总结了在900-1350
-C
的
温度范围内，通过一步煅烧或两步煅烧技术所合成的相。在
一步煅烧中，Co2
Z相的出现被确认为在1350
-C
下
煅烧的粉末，它仍然包括额外的相，如M和Co2
Y。在两步煅烧中，在1250
-C
的
低温下观察到Co2
Z相的形成。单一相的Co2
Z是在1250
C预煅烧的粉末中得到的。
900-1100
-C并在1350C进行后煅烧。然而，当第一次煅烧温度提高到1300
C时，即使在1350
-C的第二次煅烧后，M和Co2
Y型相也没有消失。应该注意的是，在1300
C预煅烧的粉末在1350
-C第二次煅烧后产生了M和Co2
Y以及Co2 Z，而在较低温度预煅烧时，M和Co2 Y消失了。
这与表2中显示的比表面积数据相符。随着预煅烧温度的增加
，表面积从3.83
m2
/g系统地减少到1.69
m2
/g。众所周知，高煅烧温度会导致初级颗粒的硬聚结。强烈
的团聚可能会带来低比表面积的不良粉碎。较小的表面积会
限制颗粒间的固态反应。
107
108
109
频率（赫兹）
图3.渗透率实部的频谱（l r ）。
在第二次煅烧过程中，Co2
Y和M相。因此，最佳的预煅烧温度和预煅烧粉末的高反应
性是产生单相Co2 Z所必需的。
图3和图4分别给出了在900-930C下烧结的试样的渗透率（实部）和质量（Q）系数与频率
的关系。通过900℃和1350℃两步煅烧合成的带有Co2
Z粉末的试样显示出3.5至4.5的渗透率，而通过1300℃一步煅
烧合成的试样显示出较低的渗透率l
=
2至2.5。共振频率不发生在小于1GHz的频率上。最大的Q因子
为
两步煅烧和一步煅烧的样品分别出现在350MHz左右和500M
Hz左右的频率区域。这些结果与以前的工作有很好的一致性
，在以前的工作中，试样在1000
C以下烧结，加入氧化物添加剂，如Bi2 O3 ，硼硅酸盐玻璃和
28
1 步进加热(1300o C)+烧结(900o C)
24
2 阶梯温度（900o C+1350o C）+烧结（900o C）。
1 步进热量(1300o C)+烧结(930o C)
20
2 阶梯热量(900o C+1350o C)+烧结(930o C)
Q 16
因
子 12
8
表2
粉碎了3小时的粉末的比表面积
4
工艺条件特定的表面积 *
预煅烧粉末
900 -C
1100 -C
1300 -C
一步法煅烧粉末 1300 -C
/g 两步煅烧粉末 900 -CY 1350 -C 1.98 m2 /g
*经过3小时的研磨。
2
3.83 m /g
2.38 m2 /g
1.69 m2 /g
2.48 m2
107
108
频率（赫兹）
图4.质量系数（Q）的频谱。
109
3962
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CuO[2,3,8]。Q因子（2pfLS
/
RS
）随着感性电抗的增加而增加，因此在损失最小的频率上达
到最大值，然后随着频率的增加而减少。在300兆赫左右的频
率下，Co2 Z铁氧体试样具有
与其他试样相比，两步煅烧显示出更高的Q因子，这可能是
由于更高的渗透率的贡献。
4.结论
一步煅烧的粉末显示了M（BaFe12
O19
）、Co2
Z（Ba3 Co2 Fe24 O41 ）和Co2 Y（Ba2 Co2 Fe12 O22
）相的过度搭接峰。然而，两步煅烧的粉末，在9001100℃下进行预煅烧的
在9001100摄氏度预煅和1350摄氏度后煅烧的粉末表现出三个
最强的Co2
Z相的主峰，没有其他相。在9001100℃预煅并在1350℃后煅的粉末获得了单一的Co2
Z相。当预煅温度增加到1300
C时，M和Z相的含量增加。
还观察到Co2 Y型相，以及Co2 Z
阶段。与单步煅烧的试样相比，两步煅烧的试样的渗
透率和Q因子显示出更高的数值。
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