Enhancing NiZn ferrite properties through microwave sintering: A comparative studyMejora de las propiedades de la ferrita de NiZn mediante sinterización por microondas: un estudio comparativo

Abstract

The structural, microstructural, morphological, and electromagnetic properties of a micro- and nanostructured nickel–zinc ferrite ((Cu0.12Ni0.23Zn0.65)Fe2O4) were studied after sintering between 900 and 1100 °C. The microparticulated ferrite (MICRO) was a commercial material, while the nanoparticulated ferrite (NANO) was obtained through high energy milling of the former. The effect of microwave heating (MW), compared to traditional infrared sintering (IR), was investigated.

Microwave sintering successfully controlled the grain growth of both granulometries and produced sintered bodies with high relative densities (low porosity), small average grain size, narrow grain size distribution, and a high value of the complex magnetic permeability-imaginary part (μ″) for the MICRO ferrite. In the case of the NANO ferrite, microwave sintering yielded values similar to those obtained by conventional IR.

Microwave sintering significantly affected the densification and grain growth processes for both granulometries studied. Additionally, reducing the granulometry of the starting ferrite powder had a noticeable impact on the microstructure and electromagnetic properties of the sintered ferrites, regardless of whether microwave or infrared radiation was used. However, the magnetic property (μ″) decreased when the particle size of the starting powder was reduced from micro to nanometric scale, irrespective of the sintering source. This observation is supported by our previously published mathematical models that establish relationships between the complex magnetic permeability, magnetization mechanisms, angular frequency, and ferrite microstructure.

Se estudiaron las propiedades estructurales, microestructurales, morfológicas y electromagnéticas de una ferrita de níquel-zinc micro y nanoestructurada ([Cu0.12Ni0.23Zn0.65]Fe2O4) tras su sinterización en el intervalo 900-1100°C. La ferrita microparticulada (MICRO) era un material comercial, mientras que la nanoparticulada (NANO) se obtuvo por molienda de alta energía de la primera. Se investigó el efecto del calentamiento por microondas (MW), en comparación con la sinterización tradicional por infrarrojos (IR).

La sinterización por MW controló eficazmente el crecimiento de grano de ambas granulometrías y produjo piezas sinterizadas de alta densidad relativa (baja porosidad), un tamaño medio de grano pequeño, una distribución de tamaños de grano estrecha y un alto valor de la parte imaginaria de la permeabilidad magnética compleja (μ″), para la ferrita MICRO. En el caso de la NANO, la sinterización por MW condujo a valores similares a los obtenidos por la sinterización convencional por IR.

La sinterización por MW afectó significativamente los procesos de densificación y crecimiento de grano para ambas granulometrías estudiadas. Además, reducir la granulometría del polvo de ferrita de partida tuvo un impacto notable en la microestructura y propiedades electromagnéticas de las ferritas sinterizadas, independientemente de si se utilizó radiación por MW o IR. Sin embargo, la propiedad magnética (μ″) disminuyó cuando el tamaño de partícula del polvo de partida se redujo de escala micro a nanométrica, independientemente de la fuente de sinterización. Esta observación está respaldada por nuestros modelos matemáticos previamente publicados que establecen relaciones entre la permeabilidad magnética compleja, los mecanismos de magnetización, la frecuencia angular y la microestructura de la ferrita.