Giant coercivity of dense nanostructured spark plasma sintered barium hexaferrite

Due to the limited rare-earth elements resources, ferrite magnets need to be improved drastically. Ideally, for a true hard magnet, the coercive field should be larger than the saturation magnetization, which is not yet realized for ferrites. Thus, an alternative can be found in making very fine grain ferrite magnets, but it is usually impossible to get small grains and dense material together. In this paper, it is shown that the spark plasma sintering method is able to produce approximately 80% of dense material with crystallites smaller than 100 nm. The as-prepared bulk sintered anisotropic magnets exhibits coercive field of 0.5 T which is approximately 60% of the theoretical limit and only a few percentage below that of loose nanopowders. As a result, the magnets behave nearly ideal (-1.18 slope in the BH plane second quadrant) and the energy product reaches 8.8 kJ m-3, the highest value achieved in the isotropic ferrite magnet to our knowledge

Temperature dependence of core loss in cobalt substituted Ni-Zn-Cu ferrites

The temperature dependence of core loss in cobalt substituted Ni-Zn-Cu ferrites was investigated. Co2+ ions are known to lead to a compensation of the magneto-crystalline anisotropy in Ni-Zn ferrites, at a temperature depending on the cobalt content and the Ni/Zn ratio. We observed similar behaviour in Ni-Zn-Cu and it was found that the core loss goes through a minimum around this magneto-crystalline anisotropy compensation. Moreover, the anisotropy induced by the cobalt allowed a strong decrease of core loss, a ferrite having a core loss of 350 mW/cm3 at 80 ^\circ C was then developed (measured at 1.5 MHz and 25 mT). This result represents an improvement of a factor 4 compared to the state of art Ni-Zn ferrites

Temperature dependence of spin resonance in cobalt substituted NiZnCu ferrites

Cobalt substitutions were investigated in Ni0.4Zn0.4Cu0.2Fe2O4 ferrites, initial complex permeability was then measured from 1 MHz to 1 GHz. It appears that cobalt substitution led to a decrease in the permeability and an increase in the \mus\timesfr factor. As well, it gave to the permeability spectrum a sharp resonance character. We also observed a spin reorientation occurring at a temperature depending on the cobalt content. Study of the complex permeability versus temperature highlighted that the most resonant character was obtained at this temperature. This shows that cobalt contribution to second order magnetocrystalline anisotropy plays a leading role at this temperature

Ultrasoft Finemet thin films for magneto-impedance microsensors

International audienceFeCuNbSiB thin films have been deposited using RF sputtering. Characterizations have shown that oxygen contamination and residual stress are mainly responsible for magnetic hardening. The sputtering and annealing conditions have been optimized and films with coercive field as low as 10 A m-1 (0.125 Oe) have been achieved. In addition, the influence of film thickness on the magnetic properties has been studied. Thus, magnetic field microsensors based on the magneto-impedance effect have been fabricated by stacking up Finemet/copper/Finemet films. The highest sensitivity (4000 V/T/A) is reached for 750 nm thick films. It is in the same range as cm-sized macroscopic devices realized using 20 μm thick ribbons

Giant Barkhausen jumps in exchange biased bulk nanocomposites sinterd fom core-shell Fe3O4-CoO nanoparticles

International audienceThe magnetic behavior of spark plasma sintered Fe3O4-CoO nanoparticles is studied. The samples sintered at 500°C exhibit density over 90% and average magnetite grain size about 100 nm. When the nanocomposite is field cooled below the Néel temperature (TN=291 K for CoO), hysteresis loops shows the expected shift with an exchange field of 80 mT at 100 K that drops down to zero approaching TN. The coercivity at 100 K reaches 0.4 T, ten times larger than nanostructured magnetite prepared in the same conditions. When the sample is zero field cooled down to 90 K, the hysteresis loops exhibits giant Barkhausen jumps, an anomalous feature never observed before to our knowledge. The density of jumps gradually decrease on heating and disappear between 150 and 170 K. The stochastic character of the jumps is visible in the plot of the differential permeability. This new phenomenon is thought that it could be related to self-field cooling

Effect of temperature and time on properties of Spark Plasma Sintered NiCuZn: Co ferrite

3 pagesInternational audienceSpark Plasma Sintering is a powerfal method to produce fine grain dense ferrite at low temperature. However, the process, usually conducted in neutral atmosphere in a carbon die, yields carbon surface deposition and reduction of Fe3+ into Fe2+. It's shown that subsequent annealing in air can remove carbon and, under some conditions, produce complete oxidation of Fe2+ ions. Regular values of the resistivity and permittivity (resp. 1 M­m, 13 "0) are recovered for most samples annealed not higher than 750±C. Relatively high value of the permeability (up to 240) and high merit factor (μs × fr > 5 GHz) have been achieved

Films minces ultradoux pour la réalisation de microcapteurs GMI

National audienceLe procédé de dépôt de films minces de Finemet par pulvérisation RF a été étudié de manière à minimiser la coercivité des films. Ce matériau devient particulièrement intéressant pour la réalisation de microcapteurs à magnétoimpédance géante puisque la sensibilité et l'hystérésis de ces capteurs sont directement liés aux propriétés de la couche ferromagnétique qui les constitue. La coercivité du Finemet est particulièrement sensible à la contamination en oxygène. La vitesse de dépôt nécessairement rapide induit alors des contraintes importantes. La température de recuit a été optimisée de manière à relaxer les contraintes et amorcer la cristallisation. Les études ont montré que les conditions de recuit optimales correspondent à la température de cristallisation Tx. Après optimisation des conditions de dépôt et de recuit, la coercivité a été réduite à 10 A m-1 pour un film de 500 nm. L'intégration du Finemet dans des microcapteurs GMI a permis d'obtenir des sensibilités importantes, du même ordre de grandeur que celle de capteurs macroscopiques (autour de 4100 V/T/A pour un capteur de 4 mm x 200 µm x 2 µm)

TRENDS AND CHALLENGES IN SOFT MAGNETS FOR HIGHER FREQUENCY APPLICATIONS

International audienceToday's applications in power electronics and electrical machines requires constantly increasing power density, a demand that can only be satisfied if working frequencies are pushed over the usual limits of magnetic materials. In power electronics, chopping frequencies above 100 kHz are usual for switch-mode-power-supplies (SMPS) even for several kW units and can reach 1 MHz for several 100 W units. Mn-Zn ferrites are perfectly adapted to power applications below 1 MHz, but the core losses are rather high because of their low resistivity, so skin effect is no more negligible. In addition, the Mn-Zn ferrites are quite tricky to produce (the O2 partial pressure as to be controlled during sintering) and not adapted to low temperature co-fired ceramics technology (LTCC) or spark plasma sintering (SPS). By opposition, partially Cu substituted Ni-Zn ferrites are well adapted to these technologies but rather lossy for power applications. Co-doped NiZnCu ferrites appear as a promising material compatible with the new manufacturing technologies of magnetic components and with low power loss around 1MHz. High speed multi-poles electrical machines are today feed at frequencies above 1 kHz which causes problems with classical Fe-Si sheets. Reducing the thickness is a good solution for classical machines, but more and more machines have 3D flux paths making mandatory the used of soft magnetic composites (SMC). Although SMC are produced in industry, the modelization of the losses is still difficult. The two scales nature of the eddy currents, offers no straightforward way to apply Berttoti's theory of separation of losses. An attempt to modelize losses in SMC will be discussed and new directions for improving SMCs will be discussed

Effet de la température et du temps de frittage sur les propriétés du ferrite NiCuZn :Co fritté avec le procédé Spark Plasma Sintering ( SPS ) et réalisation d'une inductance intégrès.

National audienceLe frittage du ferrite spinelle NiCuZn par le procédé Spark Plasma Sintering a été étudié pour une poudre nanométrique qui a été synthétisée préalablement par voie solide. Les propriétés structurales, diélectrique et magnétique pour ce ferrite ont été étudiées pour différentes valeurs de la température et du temps de frittage. Le matériau est bien densifié pour les différentes températures et temps de frittage. La résistivité du ferrite est assez élevée de l'ordre de 107 Ωm pour une température de frittage de 750 °C pendant 5 mn, la permittivité est proche de la littérature pour des températures inférieures à 750 °C et la perméabilité initiale est comprise entre 20 et 250. L'étude du cofrittage du ferrite avec le cuivre a montré que la diffusion à l'interface est très limitée, ce qui a permis de réaliser un composant intégré qui présente une inductance de 0,62 µH mais un facteur de qualité moyen dû au fait que le cuivre est directement noyé dans le ferrite

Ferrofluides - Nanoparticules superparamagnétiques

On sait bien sûr que toute matière présente des propriétés magnétiques, mais les liquides ne peuvent avoir qu'une sensibilité extrêmement faible au champ magnétique. Les liquides sont généralement diamagnétiques car les liaisons moléculaires ne laissent pas d'électrons non appairés. En pratique le champ magnétique n'a pas d'effet macroscopique sensible sur un liquide sauf dans des cas très particulier comme lorsque que l'on dispose d'un aimant capable de produire un champ important avec un gradient très fort. Un ferrofluide n'est donc pas à proprement parler un liquide magnétique mais une dispersion colloïdale de nanoparticules magnétiques dans un liquide porteur. Dans la mesure où les particules sont ferromagnétiques (ou ferrimagnétiques), le fluide est alors sensible à un champ magnétique externe. Son comportement dépend de l'équilibre entre les interactions magnétiques, les forces de Van der Wall (et éventuellement electrostatiques) et la tension superficielle. En raison de la taille nanométrique des particules (autour de 10 nm), l'effet de l'agitation thermique joue un rôle très important dans les propriétés magnétiques des ferrofluides. Les ferrofluides obéissent à la loi du paramagnétisme de Langevin, mais avec une aimantation beaucoup plus sensible au champ que dans un paramagnétique classique puisque c'est non pas un spin qui réagit au champ, mais l'ensemble des spins de chaque particule. On dit alors qu'il est superparamagnétique. Cette combinaison des propriétés rhéologiques des liquides et magnétique des particule, confère au ferrofluides des propriétés et une gamme inédite de comportements macroscopiques sous l'effet d'un champ qui permet des applications originales. Les ferrofluides n'existent pas à l'état naturel, il faut donc les synthétiser. On s'emploiera donc à produire des nanoparticules métalliques (principalement Fe) ou d'oxydes (magnétite) en s'attachant à éviter leur agglomération et la sédimentation pour garantir la stabilité de la suspension colloïdale