一種γ-Fe的製作方法

2023-09-20 08:53:15

專利名稱：一種γ-Fe的製作方法
技術領域：
本發明屬於磁性材料，特別涉及一種γ-Fe2O3磁性粉末材料的製備方法。
γ-Fe2O3磁性粉末是一種廣泛用於磁記錄，溼敏元件及磁性油墨的原料。γ-Fe2O3磁粉的製備已有相當成熟的技術，一般的工藝方法(如JP 53129198)是先生成α-FeOOH針狀晶體，然後使其脫水生成α-Fe2O3，再將其還原，生成Fe3O4，再氧化，最後製成γ-Fe2O3。這種方法製備的γ-Fe2O3磁粉的形狀為針狀，一般說來性能還好。但由於α-FeOOH本身晶體缺陷的限制，導致產品γ-Fe2O3的粒度分布不理想，形狀不規整，以及孔洞、枝杈的存在都涉及到最終產品的性能。
另一種製備γ-Fe2O3磁粉的手段是採用γ-FeOOH作為中間物。由於γ-FeOOH較α-FeOOH有更為完整的晶體形狀，其長寬比也大於α-FeOOH的長寬比，而且γ-FeOOH幾乎不存在枝杈和孔洞，因此，由γ-FeOOH製造的γ-Fe2O3應具有更好的磁性能，實際上目前工業上也有採取此種辦法的生產裝置。雖然以γ-FeOOH作為中間物可以得到針形較好、孔洞極少的γ-Fe2O3磁粉，但其矯頑力仍然較低，例如，在不進行表面處理的情況下，Bennetch.L.Md在其專利Ger.Patent2，250，379中描述的磁粉，矯頑力中有3100e(24.7KA/m)，這個數值比採用α-FeOOH所得的磁粉矯頑力要低得多。上述方法的共同缺點還在於需要進行反覆的氧化還原過程，操作過程繁複，不易控制。
本發明的目的在於提供一種改進的γ-Fe2O3磁粉的製備方法，該方法工藝過程簡單，容易控制，由該方法所製備的產品幾乎不存在孔洞和枝杈，產品矯頑力高且顆粒分布均勻。
本發明γ-Fe2O3磁粉的製備方法包括如下步驟(a)合成γ-FeOOH針狀晶體;
(b)將γ-FeOOH晶體溶液過濾，洗滌;
(c)濾餅入高壓釜內，加入有機溶劑作抽提劑，在5.0-12.0MPa的壓力及150-400℃的超臨界或亞臨界狀態下進行脫水;
(d)自然冷卻，得產物Fe3O4;
(e)將Fe3O4在200-400℃下用含氧氣體氧化，得γ-Fe2O3磁性粉末。
按照本發明的方法，首先合成γ-FeOOH針狀晶體。合成γ-FeOOH的方法不屬於本發明的保護範圍，但為了使本發明的描述更加明確，在此對γ-FeOOH的合成作一粗略的敘述。γ-FeOOH的合成是以FeCl2。4H2O和NaOH及空氣為原料進行的，首先在0.97M的FeCl2水溶液中加入40-60%理論量的0.71M的NaOH水溶液，在強烈攪拌溫度為13℃的條件下通入空氣，生成γ-FeOOH晶體，在N2保護下升溫至45℃，通入空氣，攪拌並緩慢滴加1.6M的NaOH水溶液，直至FeCl2全部反應生成γ-FeOOH晶體，老化，即得γ-FeOOH晶體漿液。有關γ-FeOOH的詳細合成過程可參閱日本專利申請JP63 170222中的描述。
得到γ-FeOOH晶體漿液後，將其過濾，用水洗滌以除去雜質，然後陰乾，也可以用水洗滌後再用適當的有機溶劑洗滌濾餅。用有機溶劑洗滌濾餅的目的是除去濾餅中所含水份，從而減少脫水過程中游離態水對磁粉性能的影響。所使用的有機溶劑可以是丙酮、甲醇、乙醇以及其他合適的低碳醇。
濾餅經反覆洗滌後，放入高壓釜內，並加入適量的有機溶劑，該溶劑應與洗滌時所用溶劑相同，有機溶劑的用量至少應浸沒γ-FeOOH，並能使加熱後釜內可以達到或超過該溶液的臨界點。用N2吹掃高壓釜，將釜內的空氣吹走，並密封高壓釜。此後，以適當速率升溫脫水，終點溫度在150-400℃之間，最好是200-300℃之間，釜內壓力5.0-12.0MPa，將終點溫度和壓力保持10-200min。脫水完畢後，在保持釜內溫度不變的條件下，緩慢放出釜內有機溶劑，最好用N2吹掃高壓釜，使其自然冷卻，得到的產物是黑色的Fe3O4。
將上述Fe3O4在200-400℃下用含氧氣體氧化即得γ-Fe2O3磁性粉末。
本發明的方法是首先合成γ-FeOOH針狀晶體，然後在有機溶劑的存在下用超臨界或亞臨界方法使其脫水而生成Fe3O4，然後將其氧化而得到γ-Fe2O3磁粉。本發明的優越性在於，在脫水的同時把γ-FeOOH還原成Fe3O4，克服了傳統方法還原不易控制的缺點，並簡化了工藝過程，使操作容易控制。與現有技術相比用本發明的方法所製備的γ-Fe2O3磁粉顆粒分布均勻，枝杈和孔洞少，磁粉顆粒的長軸長度為0.5μ，長寬比為20∶1，矯頑力Hc＞360Oe。
實施例1
合成γ-FeOOH晶體。取30g FeCl2、4H2O放入三頸瓶內，加入150ml去離子水，在13℃下通入N2，攪拌10min，加入253ml 0.71M NaOH水溶液，再在N2吹掃下攪拌10min，切換空氣，於13℃下攪拌120min，生成橙色漿液，此為γ-FeOOH晶種。在N2保護下升溫到45℃，切換空氣，以0.4ml/min的速度滴加75ml 1.6M NaOH水溶液，同時攪拌，待NaOH溶液滴加完畢後，老化1h，得橙色γ-FeOOH漿液，過濾，用去離子水洗滌數次，再以甲醇洗滌濾餅，直至濾餅中的水全部除去。
脫水。將濾餅放入0.5L高壓釜內，加入300ml甲醇，N2吹掃5min，密封。以1.5℃/min的速率升溫至250℃，調整釜內壓力為8.0MPa。將此條件維持30min，維持釜內溫度不變，緩慢放出甲醇，然後用N2吹掃高壓釜，自然降溫。
氧化。從高壓釜內取出脫水產物Fe3O4，於300℃下在空氣中氧化30min，得γ-Fe2O3磁性粉末。
由上述方法得到的γ-Fe2O3磁粉具有以下特性長軸長度 0.50μ長寬比 20:1矯頑力 Hc=384Oe比飽合磁化強度Sm=69.58emu/g剩餘磁化強度 Sr=32.53emu/g矩形比 K=0.46實施例2用實施例1的方法合成γ-FeOOH後，用去離子水洗滌濾餅，但不用有機溶劑洗滌，將濾餅在室溫下陰乾，並採用與實施例1相同的脫水，氧化過程，得到的γ-Fe2O3磁粉性能為矯頑力 Hc=361Oe比飽合磁化強度 Sm=74emu/g剩餘磁化強度 Sr=34.8emu/g矩形比 K=0.47上述實施例中，磁性能Hc、Sm、Sr可在BH儀上直接測得，產品物相分析可在X射線粉末衍射儀上進行。
權利要求
1.一種γ-Fe2O3磁粉的製備方法，包括如下步驟(a)合成γ-FeOOH針狀晶體，其特徵是(b)將所得到的γ-FeOOH晶體漿液過濾、洗滌，(c)濾餅入高壓釜內，加入有機溶劑作抽提劑，在5-12.0MPa的壓力及150-400℃的超臨界或亞臨界狀態下進行脫水，(d)放出有機溶劑，自然冷卻，得產物Fe3O4，(e)將Fe3O4在200-400℃的溫度下用含氧氣體氧化，得γ-Fe2O3磁性粉末。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵是所述(b)步中的洗滌可以是用水洗滌亦可以是用水洗後再用有機溶劑洗滌。
3.如權利要求1和2所述的方法，其特徵是所述有機溶劑可以是低碳醇，最好是甲醇、乙醇或丙醇。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵是所述脫水溫度最好是200-300℃。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵是所述脫水壓力最好是7-10MPa。
全文摘要
本發明提供一種γ-Fe
文檔編號H01F41/00GK1108424SQ9410237
公開日1995年9月13日 申請日期1994年3月7日 優先權日1994年3月7日
發明者鍾炳, 李文懷, 彭少逸 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所