采用火花等离子烧结技术，对通过热等离子喷涂法制备的中空球形高磁性Fe?O?和CoFe?O?陶瓷进行烧结处理

《Materials & Design》：Spark plasma sintering of highly magnetic Fe 3O 4 and CoFe 2O 4 ceramics from hollow spheres synthesized by thermal plasma spraying

空心磁性Fe?O?颗粒通过热等离子喷涂与SPS协同制备，引入钴掺杂提升磁性能至99 emu/g，并实现高密度陶瓷烧结（71 emu/g）。

　　

伊万·I·沙年科夫 | 亚历山大·I·齐默尔曼 | 阿图尔·纳西尔巴耶夫 | 德米特里·S·尼基京 | 亚历山大·S·伊瓦舒滕科 | 伊斯坎德·S·朱马巴耶夫 | 尤利娅·L·沙年科娃 | 亚历山大·A·西夫科夫 | 李俊志 | 韩伟

俄罗斯联邦托木斯克理工大学能源与动力工程学院，列宁大街30号，托木斯克634050

摘要

开发生产磁铁矿（Fe₃O₄）的方法，尤其是制备具有优异磁性能的中空球形颗粒，是一个亟待解决的问题。尽管已有形成此类分散产品的途径，但在基于Fe₃O₄的块状材料烧结过程中发生的重结晶和相变会导致磁性能下降以及最终功能特性的减弱。在本研究中，我们提出了一种结合热等离子喷涂与火花等离子烧结（SPS）技术的联合方法，用于制备高磁性的中空Fe₃O₄球形颗粒。通过对等离子体动态合成工艺的详细研究，我们找到了能够获得饱和磁化强度为M_s = 99 emu/g的高磁性粉末的参数。研究发现，在降低SPS参数的情况下，这种磁性特性仍然得以保持，尽管这些参数会对最终密度产生负面影响。通过在Fe₃O₄合成阶段的电弧放电等离子体中引入钴，可以生成钴铁矿CoFe₂O₄。这种工艺改进不仅使粉末的磁化强度（M_s = 101.0 emu/g）得到提升，还使陶瓷样品的磁化强度（M_s = 71.0 emu/g）接近已知最佳的CoFe₂O₄陶瓷性能。这些发现为进一步发展基于氧化铁的简单多组分材料提供了广阔的前景，这些材料具有改进的磁性能。