Sur la relation entre microstructure et propriétés magnétiques dans les aimants hexaferrites de type M nanostructurés élaborés par frittage flash.

On the relation between microstructure and magnetic properties in nanostructured M-type hexaferrite elaborated by spark plasma sintering

• Auteur / Autrice : Adel Sassi
• Direction : Frederic Mazaleyrat
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MME - Matériaux Magnétiques pour l'Energie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay

Mots clés

Mots clés libres

Nanomatériaux

Matériaux magnétiques

Aimants sans terres rares

Nanmaterials

Rare-earth free magnets

Magnetic materials

Résumé

A l'heure actuelle, les aimants ferrite les plus performants sont substitués lanthane-cobalt mais, d'une part le champ coercitif plafonne sous 0,5 T et, d'autre part, le cours du cobalt est très volatile. Nous avons récemment démontré qu'il est possible par la nano-structuration et l'utilisation de procédés de frittage innovants de doubler le champ coercitif des hexaferrites de baryum anisotropes. La prochaine étape consistera à explorer l'effet de la nano-structuration sur l'ensemble des hexaferrites (Sr et substitutions) afin d'optimiser le champ coercitif et l'aimantation rémanente des aimants anisotropes. Nous utiliserons des méthodes de chimie douce pour produire les nano-poudres de ferrite et nous étudieront l'effet de la composition, des conditions de synthèse et de frittage sur les propriétés structurales et magnétiques. Le second enjeu pour les hexaferrites nano-structuré sera de mettre au point un procédé pour les rendre anisotropes : l'effet indésirable de la voie des nano-poudres est l'intensité des forces magnétiques à cette échelle qui gène l'orientation des particules sous champ. Le troisième enjeu consistera à éliminer le cobalt par de nouvelles substitutions. L'optimisation des propriétés s'appuiera sur l'étude de la relation entre propriétés structurales – étudiés par diffraction de rayons X, microscopie à balayage, éventuellement synchrotron, neutrons, Mössbauer – et magnétiques – dynamique de relaxation, Barkhausen, modélisation de l'hystéresis.

Currently, the most efficient ferrite magnets are substituted for lanthanum-cobalt, but on the one hand the coercive field peaks below 0.5 T and on the other hand, the price of cobalt is very volatile. We recently demonstrated that it is possible through nanostructuring and the use of innovative sintering processes to double the coercive field of anisotropic barium hexaferrites. The next step will be to explore the effect of nanostructuring on all hexaferrites (Sr and substitutions) in order to optimize the coercive field and the remanent magnetization of anisotropic magnets. We will use soft chemistry methods to produce ferrite nanopowders and study the effect of composition, synthesis and sintering conditions on structural and magnetic properties. The second challenge for nano-structured hexaferrites will be to develop a process to make them anisotropic: the undesirable effect of the nano-powders pathway is the intensity of the magnetic forces at this scale which interferes with the orientation of the particles under field. The third step will consist in eliminating the cobalt by new substitutions. The optimization of the properties will be based on the study of the relationship between structural properties - studied by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, possibly synchrotron, neutrons, Mössbauer - and magnetic - relaxation dynamics, Barkhausen, modeling of the hysteresis.