27292

توليد هگزافريت استرانسيوم (SrFe12O19) به روش سنتز احتراقي و بررسي خواص ساختاري و مغناطيسي آن

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي

1398

1401/07/30

دكتر محمدرضا ابوطالبي - دكتر سيد حسين سيدين

دكتر ماندانا عادلي

مواد و متالورژي

در اين تحقيق سنتز هگزافريت استرانسيم (SrFe12O19) به روش احتراقي خود پيشرونده دما بالا (SHS) و بررسي خواص ساختاري و مغناطيسي آن انجام شده است. اين ماده كه از هگزافريت هاي نوع M بوده و در زمره مواد مغناطيسي سخت بشمار مي آيد، داراي وادارندگي مغناطيسي، ناهمسانگردي محوري و دماي كوري بالايي مي باشد. پايداري شيميايي عالي و مقاومت به خوردگي خوب از ويژگي هاي ديگر اين ماده است. در اين روش ابتدا با استفاده از آسياكاري، مخلوط خام را فعالسازي مكانيكي كرده و سپس با روش سنتز احتراقي خود پيشرونده دما بالا (SHS) محصول نهايي تهيه شد. براي تهيه فشرده خام از مواد اوليه همچون پراكسيد استرانسيم (SrO2)، آهن (Fe) و اكسيد آهن (III) (Fe2O3) استفاده شد. در تحقيق حاضر تاثير مدت زمان و سرعت آسياكاري بر خواص مغناطيسي هگزافريت استرانسيم سنتز شده مورد بررسي قرار گرفته و همچنين دماي بهينه براي كلسيناسيون به منظور اصلاح و بهبود ساختار كريستالي بدست آمد. براي مطالعه پارامتر هاي ذكر شده و انتخاب شرايط بهينه براي سنتز هگزافريت استرانسيم، از آناليز هاي پراش اشعه ايكس (XRD)، مغناطيس سنج ارتعاشي (VSM)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FE-SEM) استفاده شد. آسياكاري با سرعت هاي 100، 200 و 300 دور بر دقيقه براي مدت زمان هاي 30 و 90 دقيقه مورد بررسي قرار گرفت. همچنين دماي كلسيناسيون 1000، 1100 و 1200 درجه سانتي گراد براي مدت زمان 90 دقيقه بررسي شد. در نهايت بر اساس نتايج بدست آمده، آسياكاري با سرعت 300 دور بر دقيقه براي مدت زمان 90 دقيقه و دماي كلسيناسيون 1200 درجه سانتي گراد به مدت 90 دقيقه به عنوان پارامتر هاي بهينه انتخاب شدند و خواص مغناطيسي از جمله وادارندگي مغناطيسي (HC)، مغناطش اشباع (MS) و مغناطيس باقي مانده (Mr) به ترتيب مقادير Oe 92/5705، emu/g 43/56 و emu/g 85/30 را دارا بودند. با توجه به نتايج FE-SEM پس از كلسيناسيون ذرات ديسك شكل شش ضلعي با ميانگين اندازه 380 نانومتر براي نمونه ي داراي پارامتر هاي بهينه بدست آمد. همچنين با استفاده از كربنات استرانسيم (SrCO3) به جاي پراكسيد استرانسيم (SrO2) در مخلوط اوليه نيز هگزافريت استرانسيم سنتز شد. سرعت آسياكاري 100 دور بر دقيقه و مدت زمان 90 دقيقه در نظر گرفته شد. طبق نتايج حاصله از آناليز هاي XRD و VSM، پس از كلسيناسيون نمونه ي سنتز شده در دماي 1000 درجه سانتي گراد به مدت 90 دقيقه، هگزافرايت استرانسيم تك فاز با وادارندگي مغناطيسي (HC)، اشباع مغناطيسي (MS) و مغناطيس باقي مانده (Mr) به ترتيب Oe 58/3106، emu/g 05/43 و emu/g 96/22 بدست آمد.

1401/08/15

Production of strontium hexaferrite (SrFe12O19) by combustion synthesis method and investigation of structural and magnetic properties

10/22/2023 12:00:00 AM

In this research, the synthesis of strontium hexaferrite (SrFe12O19) by high temperature self-propagating combustion method (SHS) and its structural and magnetic properties have been investigated. This material, one of the M-type hexafrrites and considered among hard magnetic materials, has magnetic coercivity, axial anisotropy, and high Curie temperature. Excellent chemical stability and good corrosion resistance are other features of this material. In this method, the raw mixture was first mechanically activated by grinding, and then the final product was prepared by high-temperature self-propagating combustion synthesis (SHS). Raw materials such as strontium peroxide (SrO2), iron (Fe), and iron (III) oxide (Fe2O3) were used to prepare the raw compact. In this research, the effect of milling time and speed on the magnetic properties of the synthesized strontium hexaferrite was investigated. The optimal temperature for calcination was also obtained to modify and improve the crystal structure. X-ray diffraction (XRD), vibrating magnetometer (VSM), scanning electron microscope (SEM), and field emission scanning electron microscope (FE-SEM) were used to study the mentioned parameters and choose the optimal conditions for the synthesis of strontium hexaferrite. Milling at speeds of 100, 200, and 300 rpm was investigated for 30 and 90 min. Also, the calcination temperature of 1000, 1100, and 1200 °C was checked for 90 min. Finally, based on the obtained results, milling at a speed of 300 rpm for 90 min and a calcination temperature of 1200 °C for 90 min were selected as optimal parameters, and magnetic properties such as magnetic coercivity (HC), magnetic Saturation (MS) and magnetic remanence (Mr) had values of 5705.92 Oe, 56.43 emu/g and 30.85 emu/g, respectively. According to the FE-SEM results, hexagonal disc-shaped particles with an average size of 380 nm were obtained for the sample with optimal parameters after calcination. Also, strontium hexaferrite was synthesized using strontium carbonate (SrCO3) instead of strontium peroxide (SrO2) in the initial mixture. The milling speed was 100 rpm, and the duration was 90 min. According to the results of XRD and VSM analyses, after calcination of the synthesized sample at 1000 °C for 90 min, single-phase strontium hexaferrite with magnetic coercivity (HC), magnetic saturation (MS), and magnetic remanence (Mr), respectively, 3106.58 Oe, 43.05 emu/g and 22.96 emu/g were obtained.

هگزافريت استرانسيم , سنتز احتراقي , آسياكاري , خواص مغناطيسي , كلسيناسيون

SHS , strontium hexaferrite , combustion synthesis , milling , magnetic properties , calcination

Hooman Shirmahd

Mohammadreza Aboutalebi - Hossein Seyedein