Amélioration des propriétés magnétiques des aimants permanents du type hexaferrite de strontium par la substitution lanthane - cobalt

par Antoine Morel

Thèse de doctorat en Physique. Sciences des matériaux

Sous la direction de Jacques Teillet.

Soutenue en 2003

à Rouen .


  • Résumé

    Les hexaferrites, en raison de leur faible coût et de leurs performances magnétiques, sont d'excellents matériaux pour produire des aimants permanents. Leur principale qualité est leur forte anisotropie magnétique uniaxiale. Leurs propriétés magnétiques peuvent être améliorées par substitution, notamment par la substitution lanthane-cobalt, comme le citent différents brevets apparus en 1998. Dans une première partie, nous avons, à l'aide de quatre techniques spectroscopiques (spectrométrie Mössbauer, spectroscopie Raman, résonance magnétique nucléaire et diffraction neutronique), étudié le positionnement de l'ion Co2+ dans la maille M des hexaferrites de composition Sr1-xLaxFe12-xCoxO19 synthétisées selon un procédé céramique classique. Les résultats montrent que l'ion Co2+ se place préférentiellement sur les sites octaédriques 4f2 et 2a. L'effet majeur observé sur les propriétés magnétiques intrinsèques est une forte augmentation du champ d'anisotropie magnétocristalline, mesuré par la méthode SPD (singular point detection), lorsque le taux de substitution augmente. Cet effet s'explique, à l'aide du " modèle de l'ion isolé " par la localisation de l'ion Co2+, lorsqu'il est associé à l'ion lourd La3+, sur les sites octaédriques dits " centraux " de la maille M. En outre, la dépendance en température du champ d'anisotropie magnétocristalline est fortement modifiée. La composition intrinsèquement la plus intéressante est Sr0,6La0,4Fe11,6Co0,4O19. L'étude des propriétés magnétiques des aimants montre une amélioration très significative. L'induction rémanente, la stabilité thermique et surtout le champ coercitif augmentent. En revanche, la rectangularité des courbes de désaimantation se dégrade. La composition optimale en terme de performances magnétiques, différente de l'optimum intrinsèque, est Sr0,8La0,2Fe11,8Co0,2O19. Cette différence s'explique par des effets microstructuraux antagonistes lorsque le taux de substitution devient supérieur à 0,2. En particulier, l'évolution du champ coercitif a été modélisée en tenant compte des évolutions microstructurales et des propriétés magnétiques intrinsèques. Enfin, dans le but de bénéficier pleinement des effets bénéfiques de cette substitution, les aimants ont été optimisés afin de corriger le défaut de rectangularité de leur courbe de désaimantation.


  • Résumé

    Hexaferrites, due to their low cost combined with their magnetic properties, are excellent materials to produce permanent magnets. Their main quality is their high uniaxial magnetocrystalline anisotropy. As shown by different patents published in 1998, their magnetic properties can been improved by using the lanthanum-cobalt substitution. Firstly, using four spectroscopic methods (Mössbauer spectrometry, Raman spectroscopy, nuclear magnetic resonance and neutron diffraction), we localized the position of the Co2+ ion in the unit cell of the hexagonal M-type M phase in samples with the Sr1-xLaxFe12-xCoxO19 composition, synthesized with a classical ceramic process. The results show that Co2+ is localized in both 4f2 and 2a octahedral sites. The intrinsic magnetic properties are influenced by this substitution and the main effect is a strong increase of the magnetocristalline anisotropy field, as measured by the SPD (singular point detection) method, when the degree of substitution increases. This effect can be explained using the "single-ion model", and is attributed to the localization of the Co2+ ion, in relation with the presence of the La3+ ion, on the so-called "central" octahedral sites of the M unit cell. Moreover, the temperature dependence of the magnetocristalline anisotropy field is strongly modified. The most interesting intrinsic composition is Sr0. 6La0. 4Fe11. 6Co0. 4O19. The investigation of the magnet properties shows a significant improvement. The remanent induction, thermal stability and, mainly, coercive field increase. However, the squareness of the demagnetization curve decreases. The optimal composition giving the best final magnetic properties is Sr0. 8La0. 2Fe11. 8Co0. 2O19. This is different from the optimal intrinsic composition. This difference can be explained by negative microstructural effects when the degree of substitution is higher than 0. 2. Particularly, the behaviour of the coercive field has been accurately described by taking in account both microstrutural evolution and intrinsic magnetic properties. Finally, to take full benefit from the effects of this substitution, this magnets have been optimized to improve the squareness of their demagnetization curve.

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Informations

  • Détails : 187 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 121 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Rouen. Service commun de la documentation. Section sciences site Madrillet.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 03/ROUE/S017
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