Abstract
Nano sized mixed metal hexagonal ferrite powders with improved magnetic properties have been prepared by sol-gel method using propylene oxide as a gelation agent. To obtain the desired ferrite, two different metal ions were used. One of the ions has only +2 formal charge. The key step in the processes is that hydrated $Ba^{2+}$ or $Sr^{2+}$ ions are hydrolyzed and condensed at the surface of the previously formed $Fe_{2}O_{3}$ gel. In this processes, all the reaction can be finished within a few minutes. The magnetic properties of the produced powder were improved by heat treatment. The highest values of the magnetic properties were achieved at temperature $150^{\circ}C$ lower than those of the previously published values. The highest observed values of coercivity and the saturation magnetization of Sr-ferrite and Ba-ferrite powder were 6198 Oe, 5155 Oe and 74.4 emu/g, 68.1 emu/g, respectively. The ferrite powder annealed at $700^{\circ}C$ showed spherical particle shapes. The resulting spheres which were formed by the aggregation of nanoparticles with size 3~5 nm have diameter around 50 nm. The powder treated at $800^{\circ}C$ showed hexagonal-shaped grains with crystallite size above 500 nm.
Propylene oxide (PPO)를 gelation agent로 한 졸-겔법으로 입자가 균일하고 자기적 특성이 우수한 $MO{\cdot}Fe_{12}O_{18}$ (M/Ba and Sr)의 구조식을 가지는 M-type hexagonal ferrite를 제조하였다. 본 방법으로 얻은 졸-겔용액은 매우 안정적인 분산상태를 보이며, $Fe^{3+}$의 겔화가 진행되고, 생성된 $Fe_2O_3$의 표면에서 $Ba^{2+}$ 또는 $Sr^{2+}$의 겔화가 진행되는 것으로 설명될 수 있어서, +3가 이하의 금속이라도 +3가 이상의 금속 존재 하에는 겔화가 가능한 것을 확인하였다. 또한, 기존 방법과 비교하여 값싼 원료를 사용하며, 반응 시간도 1 min 이내로 짧아지는 장점이 있다. 본 제조법으로 얻어진 분말은 기왕에 발표된 문헌 값과 비교하면 $150^{\circ}C$ 이상 낮은 열처리 온도에서 최고의 자기적 특성을 나타냈으며, 향상된 자기적 특성을 보였다. Sr-ferrite의 경우 최대포화자화 값 74.4 emu/g, 보자력 값 6198 Oe을, Ba-ferrite의 경우도 최대포화자화 값 68.1 emu/g, 보자력 값 5155 Oe을 보였다. 이들은 기존에 발표된 문헌 값과 비교하면 각각 10%와 5% 이상 증가된 보자력 값을 나타내어, 고밀도 자기기록재료에 적합함을 확인하였다. 제조된 분말은 1차 건조 분말의 경우 3~5 nm의 입자들이 응집된 50 nm 정도의 구형입자가 생성되고, 열처리 후에는 500 nm 정도의 고른 크기를 가진 육각판상형 입자가 생성된다.