一种制备铁氧体粉末的方法及铁氧体粉末

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。