一种制备铁氧体粉末的方法及铁氧体粉末
文献发布时间:2023-06-19 16:09:34
技术领域
本发明属于功能材料技术领域,涉及磁性材料,具体涉及一种铁氧体粉末的制备。
背景技术
磁性铁氧体材料在计算机、微波通信、电视、自动控制、航天航空、仪器仪表、医疗、汽车工业等领域得到了广泛的应用。通过调控铁氧体的颗粒粒径可以改变其矫顽力、饱和磁化强度以及高频损耗等磁特性,以满足不同的应用场景。
目前工业生产铁氧体材料为传统的固相烧结法,通常以铁红(Fe
理论上,通过湿化学法能够在液相中实现分子级别分散,得到纯度较高的产物。目前制备铁氧体的湿化学法主要是溶胶凝胶法、共沉淀法和水热法。其中,溶胶凝胶法需要熟化、干燥、溶胶、凝胶等复杂冗长的制备过程,无法在工业中应用制备铁氧体粉体。ElviaLeal等[4]采用溶胶凝胶法制备饱和磁化强度(Ms)高达80.8emu/g-82.5emu/g、颗粒粒径30nm的铁氧体。共沉淀法[5]目前已经实现了工业化,在800℃下预烧2h能够得到Ms达61.32emu/g、颗粒粒径为39nm铁氧体。共沉淀法得到沉淀物为粘度较大的胶状物,难以收集清洗。水热法能够一步制备出单晶的铁氧体粉末,250℃的碱性环境下水热反应24h,得到Ms达44.1emu/g、颗粒粒径为16nm的样品[6],改变溶剂为聚乙二醇,在200℃水热反应12h制备出Ms为58.2emu/g、颗粒粒径为160nm的样品[7]。但是,水热法制备的铁氧体粉体的元素组成与理论配比存在较大差异,导致饱和磁化强度低。此外,湿化学方法制备的铁氧体粉体的粒径均在200nm以下,而工业生产中通常需要铁氧体粉体的粒径>0.5μm,这严重限制了湿化学方法在铁氧体制备中的应用。
专利文献公开了一种一维棒状尖晶石铁氧体制备方法,通过将针状α-FeOOH或γ-FeOOH粉末加入A、B、C盐的混合溶液中,通过沉淀反应制备得到A
因此,发展新的湿化学工艺,以制备各尺寸方向粒径可达微米级并具有优秀磁性能的铁氧体粉体,具有重要的工业和经济价值。
现有技术文献:
[1]Derakhshani M,Taheri-Nassaj E,Jazirehpour M,et al.Structural,magnetic,and gigahertz-range electromagnetic wave absorption properties ofbulk Ni–Zn ferrite[J].Scientific Reports.
[2]Zhong J Z.Influences of Fe-deficiency on electromagneticproperties of low-temperature-fired NiCuZn ferrites[J].Journal of Magnetismand Magnetic Materials,2010.
[3]Slama J,Gruskova A,Usakova M,et al.Contribution to analysis of Cu-substituted NiZn ferrites[J].Journal of Magnetism&Magnetic Materials,2009,321(19):3346-3351.
[4]El A,Stb A,Jda B,et al.Structural,textural,morphological,magneticand electromagnetic study of Cu-doped NiZn ferrite synthesized by pilot-scalecombustion for RAM application[J].Arabian Journal of Chemistry,2020,13(11):8100-8118.
[5]Cs A,Erk B,Bvt C,et al.Study of magnetic behavior in co-precipitated Ni–Zn ferrite nanoparticles and their potential use for gassensor applications[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,502.
[6]Freire R M,Freitas P,Galvao W S,et al.Nanocrystal growth,magneticand electrochemical properties of NiZn ferrite[J].Journal of Alloys andCompounds,2018,738:206–217.
[7]Anupama A V,Kumaran V,Sahoo B.Application of Ni-Zn ferrite powderswith polydisperse spherical particles in magnetorheological fluids[J].PowderTechnology,2018,338:190-196.
发明内容
有鉴于此,本发明的目的之一在于提供一种制备铁氧体粉末的方法。
其技术方案如下:
一种制备铁氧体粉末的方法,其关键在于按以下步骤进行:
S1,制备单晶Fe
所述过渡金属选自铜(Cu)、镍(Ni)或钴(Co)中的任意一种;
S2,制备Fe
所述金属M选自除碱金属、碱土金属、铁(Fe)以外的金属元素中的任意一种或几种,并且金属M的离子在碱性水溶液条件下能够生成氢氧化物沉淀;
S3,烧结:将步骤S2制得的所述Fe
在一种技术方案中,上述金属M选自钪(Sc)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、锡(Sn)、锑(Sb)、铅(Pb)中的任意一种或几种。
在一种技术方案中,上述金属M选自镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)中的至少一种。
在一种技术方案中,上述步骤S1中,制得的所述单晶Fe
在一种技术方案中,上述步骤S2具体为,按照设计的铁氧体粉末中铁(Fe)与金属M的摩尔量配比,分别称取所述单晶Fe
将所述金属M无机盐溶于蒸馏水配置成溶液,并将所述单晶Fe
边搅拌边向所述混合液中加入碱溶液直至pH>8,停止搅拌;
依次进行分离、清洗、干燥等后处理工序。
在一种技术方案中,上述铁氧体粉末为尖晶石结构。
在一种技术方案中,上述铁氧体粉末以MFe
在一种技术方案中,上述铁氧体粉末以NiZn基铁氧体为主相。
在一种技术方案中,上述步骤S2中,碱溶液为KOH溶液,浓度为0.001~0.1M,逐滴加入。
在一种技术方案中,上述步骤S2中,利用电磁铁或永磁体进行磁性分离,并用蒸馏水或酒精清洗后干燥,得到所述Fe
在一种技术方案中,上述步骤S3中,烧结时间为2h以上,烧结时升温速率为2-10℃/min,烧结完成后降温自然冷却。
在一种技术方案中,上述步骤S1具体为,向无机亚铁盐溶液中加入铜(Cu)、镍(Ni)或钴(Co)的无机盐,得到混合盐溶液,该混合盐溶液中铜离子、镍离子或钴离子与亚铁离子的摩尔比为0.1-10at.%,再加入碱溶液至溶液pH>8,于100℃~200℃水热反应,经后处理得到单晶Fe
本发明的目的之二在于提供一种铁氧体粉末。其技术方案如下:
一种铁氧体粉末,其关键在于按照上述任意一项方法制备得到。
附图说明
图1为实施例1~5制得产物的形貌、组成和磁性能测试图片,其中:(a)平均粒径为0.52μm的Fe
图2为实施例6~9制得产物的形貌、组成和磁性能测试图片,其中:(a)平均粒径为2.46μm的Fe
图3为实施例10~14制得产物的形貌、组成和磁性能测试图片,其中:(a)平均粒径为0.4μm Fe
图4为实施例15~18制得产物的形貌、组成和磁性能测试图片,其中:(a)平均粒径为2.37μm的Fe
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
一种制备铁氧体粉末的方法,按以下步骤进行:
S1,制备单晶Fe
无机亚铁盐可以是常见的硫酸亚铁、氯化亚铁;
所述过渡金属选自铜(Cu)、镍(Ni)或钴(Co)中的任意一种;
S2,制备Fe
所述金属M选自除碱金属、碱土金属、铁(Fe)以外的金属元素中的任意一种或几种,并且金属M的离子在碱性水溶液条件下能够生成氢氧化物沉淀;
更优选地,所述金属M选自钪(Sc)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、锡(Sn)、锑(Sb)、铅(Pb)中的任意一种或几种。
S3,烧结:将步骤S2制得的所述Fe
在一种实施方式中,所述步骤S1中,制得的所述单晶Fe
在一种实施方式中,所述步骤S1具体为,向无机亚铁盐溶液中加入铜(Cu)、镍(Ni)或钴(Co)的无机盐或者无机盐溶液,得到的混合溶液中,铜离子、镍离子或钴离子与亚铁离子的摩尔比为0.1-10at.%,再加入碱溶液至溶液pH>8,于100℃~200℃水热反应1h~4h,通过磁性分离,蒸馏水清洗,干燥得到单晶Fe
在一种实施方式中,所述步骤S2具体为,按照设计的铁氧体粉末中铁(Fe)与金属M的摩尔量配比,分别称取所述单晶Fe
在一种实施方式中,所述步骤S3中烧结时间为2h以上,如2~2.5h,烧结时升温速率为2-10℃/min,优选为5℃/min。烧结完成后降温自然冷却。
在一种实施方式中,所述铁氧体粉末以具有尖晶石结构的MFe
所述步骤S2中,利用电磁铁或永磁体进行磁性分离,并用蒸馏水或酒精清洗后干燥1-10h,得到所述Fe
以Ni
实施例1~5
实施例1的制备过程如下:
(1)制备单晶Fe
(2)取0.5g前述制备的Fe
(3)将制得的Fe
实施例2~5的制备过程基本同实施例1,与实施例1的不同之处在于,实施例2~5的步骤(3)中,烧结温度分别为900℃、950℃、1000℃、1100℃。
分别取实施例1~5步骤(1)制得的Fe
分别取实施例1~5制得的Ni
分别取实施例1~5制得的Ni
实施例6~9
实施例6的制备过程如下:
(1)制备单晶Fe
(2)取0.5g前述制备的Fe
(3)将制得的Fe
实施例7~9的制备过程基本同实施例6,与实施例6的不同之处在于,实施例7~10的步骤(3)中,烧结温度分别为1000℃、1100℃、1200℃。
参照实施例3的产物样品制备和检测方法,分别取实施例6~9步骤(1)制得的Fe
图2(a)示出了步骤(1)制得的Fe
图2(d)示出了实施例6~9制得的Ni
实施例6~9制得的Ni
实施例10~14
实施例10的制备过程如下:
(1)制备单晶Fe
(2)取0.5g前述制备的Fe
(3)将制得的Fe
实施例11~14的制备过程基本同实施例10,与实施例10的不同之处在于,实施例11~14的步骤(3)中,烧结温度分别为800℃、900℃、1000℃、1100℃。
参照实施例3的产物样品制备和检测方法,分别取实施例10~14步骤(1)制得的Fe
图3(a)示出了步骤(1)制得的Fe
图3(d)示出了实施例10~14制得的(Ni
实施例10~14制得的(Ni
实施例15~18
实施例15的制备过程如下:
(1)制备单晶Fe
(2)取0.5g前述制备的Fe
(3)将制得的Fe
实施例16~18的制备过程基本同实施例15,与实施例15的不同之处在于,实施例16~18的步骤(3)中,烧结温度分别为1000℃、1100℃、1200℃。
参照实施例3的产物样品制备和检测方法,分别取实施例15~17步骤(1)制得的Fe
图4(a)示出了步骤(1)制得的Fe
图4(d)示出了实施例15~18制得的(Ni
实施例16~18制得的(Ni
对比上述实施例的产物相关数据可以发现,在步骤S1制备单晶Fe
步骤S2中利用共沉淀法将Fe
步骤S3中,烧结温度也极大地影响终产物的相组成。当步骤S1制备的单晶Fe
综上,与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)采用湿化学结合烧结方法,能够稳定制备颗粒粒径在0.5μm以上的铁氧体粉末,特别适合规模化工业生产需求;
(2)通过改变步骤S1中反应条件和参数,能够调节产物Fe
(3)制得的铁氧体粉末元素分布和相分布均匀,粉末分散性好;
(4)制得的铁氧体粉末具有优异的磁饱和强度;
(5)通用性好,适用于各种金属元素与铁形成的铁氧体的制备;
(6)制备工序简单,周期短、产物易分离,易于后处理。
最后需要说明的是,上述描述仅仅为本发明的优选实施例,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下,可以做出多种类似的表示,这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
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- 磁性铁氧体粉末、磁性铁氧体烧结体、层叠型铁氧体器件和层叠型铁氧体器件的制造方法