تأثير مقدار آلومينيوم و مواد افزودني بر خواص مغناطيسي، الكتريكي و ساختاري فريت نيكل آلومينيوم

ايمان مقصودي*1 و عليرضا گلعذار1
1- مدرس، دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهر مجلسي
*Iman.lifeg@gmail.com
(تاريخ دريافت: 28/03/89، تاريخ پذيرش: 26/06/89)

چكيده
در اين تحقيق، اثر مقدار آلومينيوم، اندازه دانه و مواد افزودني CaO و 2SiO بر خواص مغناطيسي و الكتريكي فريت نيكل آلومينيوم كه به روش متالورژي پودر ساخته شده است، مورد بررسي قرار گرفته است. خواص مغناطيسي و الكتريكي نمونهها توسط دستگاه اندازهگير RLC و خواص ساختاري نمونهها به وسيله SEM و XRD مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان ميدهد كه نفوذپذيري مغناطيسي، دماي كوري، مقاومت سري هسته، پارامتر شبكه كريستالي و اندازه متوسط دانهها با افزايش ميزان آلومينيوم كاهش مييابد. همچنين با افزودن مواد افزودني 2CaO , SiO متوسط اندازه دانه و نفوذپذيري مغناطيسي افزايش و مقاومت سري هسته كاهش مييابد.

واژههاي كليدي:
فريت، دماي كوري، نفوذپذيري مغناطيسي، مقاومت سري هسته.

1- مقدمه
فري ت نيك ل آلوميني وم ب ه دلي ل دارا ب ودن تلف ات مغناطي سي و الكتريكي پايين، داراي كاربردهـاي وسـيعي در طـول مـوجهـايراديويي و مايكروويو ميباشد [1]. افزودن 3+Al به فريـت نيكـلباع ث اف زايش مقاوم ت الكتريك ي و در نتيج ه ك اهش ات لاف ديالكتريك ي و همچن ين ك اهش مي زان اش باع مغناطي ـسي آن ميشود [2، 3 و 4].
ب ه ع لاوه اف زودن 3+Al س بب جل وگيري از رش د دان ه ش ده و خواص مكانيكي اين فريت را بهبود ميبخشد [5]. در اين تحقيقفريت نيكـل آلومينيـوم (NiAlxFe2-x) بـه روش متـالورژي پـودرساخته شده و اثر مقدار آلومينيوم و مـواد افزودنـي 2SiO وCaO بر خواص ساختاري و مغناطيسي نمونهها مورد بررسي قرار گرفته
است. فاز يو تكتيك (CaO و 2SiO) در مرز دانهها قـرار گرفتـه وباعـث اف زايش مقاوم ت الكتريكـي و ك اهش تلف ات ناش ي از جريانهاي گردابي نمونهها مـي گـردد . پارامترهـاي انـدوكتانس،ضـريب نفوذپ ذيري مغناطي سي و مقاومـت س ري ه سته، توس طدسـتگاه انـدازهگيـرRLC ، دم اي كـوري بـا اسـتفاده از ت رازويمغناطيسي و تغييرات پارامتر شبكه كريستالي با استفاده از نمـودارXRD و جابجايي پيكها، با افزايش مقدار آلومينيوم اندازهگيري شدند.

2- روش تحقيق
مواد اوليه براي ساخت فريت نيكل آلومينيـوم شـامل اكـسيدهايآهن (3Fe2O)، نيكل (NiO) و آلومينيوم (3Al2O) ميباشـد . ايـنمـ واد بايـ د از خلـ وص كـ افي (99%) برخـ وردار باشـ ند زيـ را ناخالـصي هـاي فل زي و غيـر فلـزي اث رات نـامطلوبي بـر خ واصمغناطي سي خواهن د داش ت. در اي ن تحقي ق ب ا توج ه ب ه فرم ول مولكولي فريت نيكـل آلومينيـوم 4NiAlxFe2-xO، نمونـههـايي بـاتركيـــبهـــاي 5/0، 4/0، 3/0، 2/0، 1/0، صـــفر = x بـــه روش مت الورژي پ ودر س اخته ش ده و اث ر تركي ب مولك ولي ب ر روياندوكتانس، ضريب نفوذپذيري مغناطيسي مـؤثر و تلفـات هـسته،در بازه فركانسيKHz 1 تاMHz 5 مورد بررسـي قـرار گرفتنـد.
همچنين دماي كوري فريت نيكل آلومينيوم در تركيبات مختلف اندازهگيري شد. x هاي بيـشتر از 5/0 از نظـر خـواص مغناطيـسياهميت كمتري داشته به همين دليل از تركيباتي با درصد بيـشترياز آلوميني وم ص رف نظ ر ش ده اس ت . ب راي بررس ي اث ر م وادافزودني، همه نمونهها يك بار با مـواد افزودنـي 2SiO وCaO بـهنسبتهاي 8/0 و 4/0 درصد وزنـي و يـك بـار بـدون ايـن مـوادساخته شده و پارامترهاي ذكر شده اندازهگيري شدند. در فرآ يند ساخت، دماي تفجوشي مقـدماتي و نهـايي بـه ترتيـب، 1150 و 1200 درجه سانتي گراد در نظر گرفته شد. همچنين زمان آسـياب
6 ساعت در نظر گرفته شد.
شكل نمونه ها ب ه صورت مكعب مستطيل بوده و ابعاد آنها پـس ازتفجوشي نهايي به صورت 52/0× 27/1× 23/4 مـي باشـد. لازم به توضيح است پس از تفجوشـي نهـايي، چگـالي نمونـههـا درحدود 85 درصد چگالي تئوري اندازهگيري شد.
پارامترهاي اندوكتانس، ضريب نفوذپذيري مغناطيسي و مقاومتسري هسته كه معياري براي تعيين تلفات هسته مـيباشـد، توسـطدسـتگاه انـدازهگيـر RLC مـدل HIOKI 3532 LCR HITESTER
29718197328

52 فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال چهارم / شماره دوم / تابستان 1389
نمونهها داخل سيمپيچ قرار گرفته و اندوكتانس و مقاومت سـريهسته آنها در بازه فركانسيKHz 1 تاMHz 5 اندازه گيـري شـد.
1937050415717

از تق سيم اند وكتانس هر نمونه به اندوكتانس سيمپيچ بدون هـستهدر هر فركانس (LL )، نفوذپذيري مغناطيسي مـؤ ثر نمونـه در آن
0
فركانس تعيين شد [6].
اندازهگيري دماي كوري نمونهها با استفاده از ترازوي مغناطيـسيانجام شد . نمونه مـورد نظـر توسـط يـك آهنربـاي الكتريكـي درداخل كوره جذب شده، با افزايش دما در دمايي موسوم به دمـايكوري، ماده فريمغناطيس به ماده پارامغناطيس تبديل شده و رهاميشود.
تغييرات پارامتر شبكه كريستالي فريت نيكل آلومينيوم با اسـتفادهاز نمودارXRD نمونه ها و جابجايي پيكهاي نمودار بـا افـزايشمقدار آلومينيوم محاسبه شدهاند.

نتايج و بحث
3-1- مطالعات ساختاري
در شكل (1) نتيجه آزمايشXRD نمونه هـا كـه نـشانگر سـاختاراسپينلي است ، نشان داده شده اسـت. در ايـن شـكل مقـداري فـازغير مشخص مشاهده ميشود كه ميتوان بـه انحـراف از تركيـباستوكيومتري نمونهها باشد.
با توجه به شكل (2)، با افـزايش مقـدار آلومينيـوم پـارامتر شـبكهكريستالي فريت نيكل آلومينيوم كـاهش مـييابـد . علـت كـاهشپارامتر شبكه كريـستالي بـا افـزايش مقـدار آلومينيـوم، كـوچكتربودن شعاع يوني يونهاي آلومينيـوم (56/0 آنگـسترم) نـسبت بـهيونهاي آهن (67/0 آنگـسترم) مـي باشـد . جـايگزيني يـونهـايآلومينيوم به جاي يونهاي آهن، باعث انقباض در شـبكه شـده وپارامتر شبكه كريستالي را كاهش ميدهد.
شكل (3) نشان مـيدهـد، اضـافه نمـودن مـواد افزودنـي موجـب
اندازهگيري شدند . براي اين منظور سيمپيچي با 90 دور از سيمي اف زايش و آلوميني وم موج ب ك اهش ان دازه دان ه فري ت نيك ل به قطرmm 1/0 با روكش عايق نـازك تهيـه شـد و هـر كـدام از آلومينيوم ميشود. به طور معمول افزايش دانـسيته موجـب بهبـود

تأثير مقدار آلومينيوم و مواد افزودني بر خواص مغناطيسي، الكتريكي و ساختاري فريت نيكل آلومينيوم 53
2197328

صفر و 5/0، ب و د) نمونهها فاقد افزودني و به ترتيب برابر صفر و 5/0.

54 فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال چهارم / شماره دوم / تابستان 1389

جدول (1): تغييرات دماي كوري و مقاومت سري هسته فريت نيكل آلومينيوم با تركيب شيميايي.
مقاومت سري هسته (Ω) (فركانس MHz5) دماي كوري
Tc (K) X
NiAlxFe2-xO4 در
1450 883 صفر
1150 848 0/1
1000 813 0/2
900 773 0/3
860 763 0/4
800 753 0/5

3-2- خصوصيات مغناطيسي
جدول (1) تغييرات دماي كوري بر اثر تغيير تركيـب شـيميايي رانشان مي دهد. دماي كوري دمايي است كه ماده فريمغناطيس بـهماده پارامغناطيس تبديل ميشود. اين دما به تعداد و نوع يونهاي پارامغناطيس موجـود در فـضاهاي چهـار و هـشتوجهـي شـبكهاسپينلي بستگي دارد. از جدول (1) مشخص است كه بـا افـزايشميزان آلوم ينيوم دماي كوري كاهش مـييابـد . بـا افـزايش تعـداديونهاي 3+Al تعداد يونهـاي 3+Fe در شـبكه كـاهش يافتـه و درنتيجه برهمكنشA-B تضعيف ميشود همچنين انـرژي گرمـاييلازم براي تخريب نظم مغناطيسي كاهش يافته و در نتيجـه دمـايكوري كاهش مييابد.
جدول (1) بيانگر تغييرات مقاومت سري هسته با ميزان آلومي نيـوم است. در اثر افزايش آلومينيوم مقاومت الكتريكـي مـاده افـزايشيافته و مقاومت سري هسته كـاهش مـييابـد . ايـن موضـوع قابـلانتظار است ، زيرا امكان جهش الكترون از كـاتيونهـاي آهـن يـانيكل به كاتيونهاي آلوم ينيوم و بـالعكس بـسيار نـاچيز اسـت. در ح الي كـه فري ت نيك ل آلوميني وم امك ان مبادل ه الكت رون ب ين كاتيونهاي نيكل و آهن وجود دارد، لذا مقاومت معـادل اتـلافهسته فريت نيكل بزرگتر از فريت نيكل آلومينيوم مي باشد [3].
بــا توجــه بــه شــكل (4)، مــشاهده مــي شــود بــا افــزايشx در 4NiAlxFe2-xO نفوذپ ذيري مغناطي سي فري ت نيك ل آلومينيـوم كاهش مييابد. اين موضع قابل انتظار است، زيرا يـونهـاي 3+Al غير مغناطيسي ميباشند و در شبكه كريستالي بـه جـاي يـون هـاي

شكل (4): تغييرات ضريب نفوذپذيري مغناطيسي مؤثر فريت نيكل آلومينيوم با فركانس و مقدار آلومينيوم.

CaOSiO2
آلومينيوم در بازه فركانسيkHz 1 تا x = 0/4) 4 MHz در 4NiAlxFe2-xO و زمان آسياب 6 ساعت).

آهن مغناطيسي قرار ميگيرنـد و گـشتاور مغناطيـسي شـبكه و درنتيجه، نفوذپذيري مغناطيسي را كاهش ميدهند. همـانطور كـه ازرواب ط (1) ت ا (3) م شخص اس ت، دو من شأ ب راي نفوذپ ذيريمغناطي سي وج ود دارد. يك ي چـرخش اس پيني در ح وزه هـاي مغناطيــسي و ديگــري جابجــايي ديــوارههــا، در هــر دو منــشاء نفوذپذيري مغناطيسي به مغناطش وابسته ميباشد. پس با افـزودن مقدار آلوم ي نيـوم نفوذپـذيري مغناطيـسي فريـت نيكـل آلومي نيـوم كاهش مي يابد [3 و 4].
در شكل (5) تغييرات مقاومت سري هسته دو نمونه فريـت نيكـلآلومينيوم (يكي داراي مواد افزودني و ديگري بـدون ايـن مـواد) با فركانس آورده شده است. مشاهده مـيشـود، اسـتفاده از مـوادافزودني 2SiO وCaO باعث كـاهش مقاومـت سـري هـسته و در

84552-1741960

5

مراجع

[1]

W. H. Von Aulock, “Handbook of Microwave Ferrite
Materials”, Academic Press New York and London, 1965.

[2]

L. L. Zahang, “Magnetic Ceramics for UHF Applications”,
The Ohio State University Group Inorganic Materials
Science, 2005.

[3]

A. G. Bhosale and B. K. Chougule, “X-ray, Infrared and
Magnetic Studies of Al-Substituted Ni Ferrites”, Materials
Chemistry and Physics, Vol. 20, pp. 1681-1688, 2005.

[4]

M. Mozaffari and J. Amighian, “Preparation of Al-
Substituted Ni Ferrite Powders Via Mechanochemical

مغناطيسي

نفوذپذيري

ضريب

5

مراجع

[1]

W. H. Von Aulock, “Handbook of Microwave Ferrite

Materials”, Academic Press New York and London, 1965.

[2]

L. L. Zahang, “Magnetic Ceramics for UHF Applications”,



قیمت: تومان


پاسخ دهید