Effects of Metal Ions Mole Ratio, pH and Heat Treatment Condition on the Magnetic Properties and Formation of Co-precipitated M-type Barium Ferrite Powders

M-type barium ferrite (BaFe12O19) powders were synthesized through the co-precipitation method. Starting material composition $Fe^{3+}:\;Ba^{2+}$ mole ratio was fixed as 8 and the relative amount of $Fe^{3+}$ and $Ba^{2+}$ was controlled. Structure and magnetic properties and powder morphology were investigated using XRD, SEM, VSM. Powder showing high coercivity and small magnetization was obtained at pH8 and $Fe_{3+}:\;Ba_{2+}$ of 12 : 1.5. Small magnetization value was originated from the existence of ${\alpha}-Fe_2O_3$. Single-phase Mtype barium ferrite were obtained regardless of the heat treatment condition and the amount of $Fe_{3+}\;and\;Ba_{2+}$ at pH$\approx$10. The largest value of magnetization (55.7 emu/g) under investigation were obtained when $Fe_{3+}:\;Ba_{2+}$ of 13.6 : 1.7 and furnace cooled powder in $O_2$. Particle size of powder was in the range of 50~200 nm.

공침법으로 합성한 바륨 페라이트(BaM)의 형성과 자기적 성질에 미치는 금속이온 몰 비 및 pH와 열처리 조건의 영향

M-type 바륨 페라이트(BaFe12O19)분말을 공침법을 이용하여 합성하였다. 출발물질의 조성은 $Fe^{3+}:\;Ba^{2+}$ 몰 비를 8로 고정하고 $Fe^{3+}$와 $Ba^{2+}$의 상대적인 양을 조절하였다. 열처리 방법과 pH의 차이에 의한 자기적 성질과 결정구조, 입자형상의 변화를 XRD(XRay Diffractometer), FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscope), VSM(Vibrating Sample Magnetometer)을 이용하여 조사하였다. pH가 8이고 $Fe^{3+}:\;Ba^{2+}$의 비가 12 : 1.5 일 때 가장 큰 보자력 값을 얻었다. pH가 8일 때는 $Fe^{3+}$와 $Ba^{2+}$의 상대적인 양과 열처리 조건에 따라 보자력과 포화 자화 값의 변화가 크게 나타났다. 이것은 바륨 페라이트로 전이가 안 된 $\alpha$-$Fe_2O_3$ 상 때문이다. pH가 10일 때는 열처리 조건과 $Fe^{3+}$와 $Ba^{2+}$의 양과 상관없이 단일 상 M-type 바륨 페라이트를 얻을 수 있었으며 우수한 자화 값과 보자력을 나타내는 분말을 얻을 수 있었다. $Fe^{3+}$와 $Ba^{2+}$의 비가 13.6 : 1.7일 때 가장 큰 자화 값(55.7 emu/g)을 얻을 수 있었으며, 산소분위기에서 열처리 후 노냉한 분말이 높은 보자력과 자화 값을 나타내었다. FESEM으로 관찰된 입자의 크기는 50~200 nm이었다.