一種高純度X型六角鍶鈷鐵氧體材料的製備方法與流程
2023-07-17 19:06:01
本發明涉及一種高純度x型六角鍶鈷鐵氧體材料sr2co2fe28o46的製備方法，屬於新型磁電材料製備
技術領域：
。
背景技術：
：磁鉛石型六角鐵氧體主要包括六大類：mfe12o19(m型)、a2m2fe12o22(y型)、am2fe16o27(w型)、a3m2fe24o41(z型)、a4m2fe36o60(u型)和a2m2fe28o46(x型)，其中a為ba2+或sr2+等鹼土金屬離子(由此引申將鐵氧體分為ba系和sr系等系列)，m為fe2+、co2+、ni2+、cu2+、zn2+等過渡金屬離子或它們的聯合組合。這些鐵氧體的結構可以描述為r、s、t、r*、s*、t*、r』、s』和t』共九種板塊的堆積，其中r、s和t為獨立的板塊，r板塊為afe6o11三層結構單元，s板塊為m2fe4o8雙層結構單元，t板塊為a2fe8o14四層結構單元。符號*代表相應的板塊繞c軸旋轉180°，符號』代表相應的板塊繞c軸旋轉120°。其中x型(a2m2fe28o46)鐵氧體板塊的堆積方式為(rsr*s*2)3，它作為一種典型的軟磁材料，具有較強的平面磁各向異性、磁飽和強度、高截止頻率、良好的化學穩定性和吸波特性，在高頻疊片式電感材料、吸波材料等電磁領域受到關注。f.leccabueetal.採用化學共沉澱法(f.leccabueetal.,j.appl.phys.,61:2600,1987；j.magn.magn.mater.,68:365,1987)製備了sr2zn2fe28o46鐵氧體，沉澱劑為naoh/na2co3，在1400℃煅燒6–70小時，該法中na+在洗滌中難以完全去除，對產物的最終性能有很大的影響，而且反應溫度過高，製備過程複雜難控，合成周期長，難以工業化生產。技術實現要素：針對已有技術的不足，本發明提供一種高純度x型六角鍶鈷鐵氧體材料的製備方法。為實現此目的，本發明所採取的技術方案是：一種高純度x型六角鍶鈷鐵氧體材料的製備方法，包括如下步驟：1)前驅體粉末及其製備：1.1)分別稱取鍶鹽、鈷鹽和鐵鹽原料，在250–300℃空氣中加熱6–8小時，球磨，得到含鍶粉末、含鈷粉末和含鐵粉末；1.2)按預定摩爾比稱取步驟1)得到的含鍶粉末、含鈷粉末和含鐵粉末，球磨混合，真空乾燥，置於高溫管式氣氛爐中，在空氣或氧氣氣氛下升溫至700–750℃或1100–1150℃煅燒，保溫時間為2–8小時，流量為0.4–0.6l/min，得到前驅體粉末；2)高純度x型六角鍶鈷鐵氧體陶瓷及其製備：2.1)稱取適量的前驅體粉末，控制成型壓力為245–285mpa，保壓時間為30–50秒，將前驅體粉末模壓成坯體；2.2)將坯體置於高溫管式氣氛爐中，在空氣或氧氣氣氛下升溫至1200–1250℃燒結，保溫時間為8–16小時，流量為0.4–0.6l/min，得到高純度x型六角鍶鈷鐵氧體材料。上述方案中，步驟1)中：鍶源為碳酸鍶、氯化鍶或硝酸鍶中的一種。上述方案中，步驟1)中：鈷源為六水硝酸鈷或六水氯化鈷的一種。上述方案中，步驟1)中：鐵源為九水硝酸鐵或六水三氯化鐵中的一種。上述方案中，步驟1.2)中：反應物中各元素的摩爾比為sr：co：fe＝(2–3)：2：(24–28)。上述方案中，步驟1.2)和2.2)中：升溫速率為：升溫至≤1000℃時升溫速率為4–6℃/min，升溫至>1000℃時升溫速率為2–4℃/min。上述方案中，步驟1.2)和2.2)中：降溫速率為4–6℃/min。上述方案中，步驟2.1)中：升壓速率為10–14mm/s。上述方案中，步驟2.1)中：降壓速率為50–70mm/s。本發明的有益效果為：(1)製備的材料相純度高、工藝簡捷易控、生產周期短、成本低，適於大批量生產；(2)本發明可推廣到其它系列和類型的鐵氧體材料及其製備方法中。附圖說明圖1為實施例一所製得前驅體粉末的x射線衍射(xrd)譜圖。圖2為實施例一所製得陶瓷的x射線衍射(xrd)譜圖。圖3為實施例三所製得陶瓷sr2co2fe28o46的x射線衍射(xrd)譜圖。圖4為實施例五所製得前驅體粉末的x射線衍射(xrd)譜圖。圖5為實施例五所製得陶瓷sr2co2fe28o46的x射線衍射(xrd)譜圖。圖6為實施例六所製得前驅體粉末的x射線衍射(xrd)譜圖。圖7為實施例六所製得陶瓷sr2co2fe28o46的x射線衍射(xrd)譜圖。具體實施方式下面結合實施例進一步闡明發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限於以下實施例。實施例一：一種高純度x型六角鍶鈷鐵氧體材料(sr2co2fe28o46)的製備方法，包括如下步驟：s1.1分別稱取一定量的硝酸鍶、六水硝酸鈷和九水硝酸鐵，在300℃空氣中加熱8小時，球磨，得到含鍶粉末、含鈷粉末和含鐵粉末，分別標定其鍶含量、鈷含量和鐵含量；s1.2按sr：co：fe＝2：2：28摩爾比稱取已標定的含鍶粉末、含鈷粉末和含鐵粉末，球磨混合，真空乾燥，置於高溫管式氣氛爐中，在1150℃氧氣中煅燒8小時，氧氣流量為0.5l/min，得到前驅體粉末，用x射線衍射測試其相組成(圖1)。其中升溫至≤1000℃時升溫速率為5℃/min，升溫至>1000℃時升溫速率為3℃/min，降溫速率為5℃/min；s1.3稱取適量的前驅體粉末，控制成型壓力為265mpa、保壓40秒，將前驅體粉末模壓成坯體。其中升降壓速率為：12mm/s升壓和60mm/s降壓；s1.4將坯體置於高溫管式氣氛爐中，在1200℃氧氣中燒結16小時，氧氣流量為0.5l/min，得到陶瓷樣品，用x射線衍射測試其相組成(圖2)。其中升溫至≤1000℃時升溫速率為5℃/min，升溫至>1000℃時升溫速率為3℃/min，降溫速率為5℃/min。圖1為實施例一所製得前驅體粉末的x射線衍射(xrd)譜圖，結果表明：前驅體粉末中的主相為sr2co2fe12o22，含微量cofe2o4和srfe12o19。圖2為實施例一所製得陶瓷的x射線衍射(xrd)譜圖，結果表明：所制陶瓷中x型六角鍶鈷鐵氧體(sr2co2fe28o46)的純度為99.2％。實施例二：實施例二中前驅體粉末的配比、煅燒工藝和坯體的成型工藝與實施例一中的相同，但s1.4中的燒結氣氛不同，本實施例為空氣。s1.4將坯體置於高溫管式氣氛爐中，在1200℃空氣中燒結16小時，空氣流量為0.5l/min，得到陶瓷樣品。其中升溫至≤1000℃時升溫速率為5℃/min，升溫至>1000℃時升溫速率為3℃/min，降溫速率為5℃/min。所制陶瓷中x型六角鍶鈷鐵氧體(sr2co2fe28o46)的純度為92.7％。實施例三：實施例三中前驅體粉末的配比、煅燒工藝和坯體的成型工藝與實施例一中的相同，但s1.4中的燒結溫度和保溫時間不同。s1.4將坯體置於高溫管式氣氛爐中，在1250℃氧氣中燒結8小時，氧氣流量為0.5l/min，得到陶瓷樣品。其中升溫至≤1000℃時升溫速率為5℃/min，升溫至>1000℃時升溫速率為3℃/min，降溫速率為5℃/min。圖3為實施例三所製得陶瓷的x射線衍射(xrd)譜圖，結果表明：所制陶瓷中x型六角鍶鈷鐵氧體(sr2co2fe28o46)的純度為86.8％。實施例四：實施例四中前驅體粉末的煅燒工藝、坯體的成型工藝和陶瓷的燒結工藝與實施例一中的相同，但s1.2中前驅體粉末的配比不同。s1.2按sr：co：fe＝2：2：26摩爾比稱取已標定的含鍶粉末、含鈷粉末和含鐵粉末，球磨混合，真空乾燥，置於高溫管式氣氛爐中，在1150℃氧氣中煅燒8小時，氧氣流量為0.5l/min，得到前驅體粉末。其中升溫至≤1000℃時升溫速率為5℃/min，升溫至>1000℃時升溫速率為3℃/min，降溫速率為5℃/min。所制陶瓷中x型六角鍶鈷鐵氧體(sr2co2fe28o46)的純度為95.2％。實施例五：實施例五中前驅體粉末的煅燒工藝、坯體的成型工藝和陶瓷的燒結工藝與實施例一中的相同，但s1.2中前驅體粉末的配比不同。s1.2中按sr：co：fe＝3：2：24摩爾比稱取已標定的含鍶粉末、含鈷粉末和含鐵粉末，球磨混合，真空乾燥，置於高溫管式氣氛爐中，在1150℃氧氣中煅燒8小時，氧氣流量為0.5l/min，得到前驅體粉末，用x射線衍射測試其相組成(圖4)。其中升溫至≤1000℃時升溫速率為5℃/min，升溫至>1000℃時升溫速率為3℃/min，降溫速率為5℃/min。圖4為實施例五所製得前驅體粉末的x射線衍射(xrd)譜圖，結果表明：前驅體粉末的相成分為cofe2o4和srfe12o19。圖5為實施例五所製得陶瓷的x射線衍射(xrd)譜圖，結果表明：所制陶瓷中x型六角鍶鈷鐵氧體(sr2co2fe28o46)的純度為87.7％。實施例六：實施例六中前驅體粉末的配比和坯體的成型工藝與實施例一相同，但s1.2前驅體粉末的煅燒工藝和s1.4陶瓷的燒結工藝不同。s1.2按sr：co：fe＝2：2：28摩爾比稱取已標定的含鍶粉末、含鈷粉末和含鐵粉末，球磨混合，真空乾燥，置於高溫管式氣氛爐中，在700℃空氣中煅燒2小時，空氣流量為0.5l/min，得到前驅體粉末，用x射線衍射測試其相組成(圖6)。其中升溫速率為5℃/min，降溫速率為5℃/min。s1.4將坯體置於高溫管式氣氛爐中，在1250℃氧氣中燒結8小時，氧氣流量為0.5l/min，得到陶瓷樣品，用x射線衍射測試其相組成(圖7)。其中升溫至≤1000℃時升溫速率為5℃/min，升溫至>1000℃時升溫速率為3℃/min，降溫速率為5℃/min。圖6為實施例六所製得前驅體粉末的x射線衍射(xrd)譜圖，結果表明：前驅體粉末的相成分為fe2o3、cofe2o4和srfeo3-x。圖7為實施例六所製得陶瓷的x射線衍射(xrd)譜圖，結果表明：所制陶瓷的晶相為純度96.4％的x型六角鍶鈷鐵氧體(sr2co2fe28o46)。實施例七：實施例七中前驅體粉末的配比、煅燒工藝和坯體的成型工藝與實施例一中的相同，但s1.4中的燒結工藝不同。s1.4將坯體置於高溫管式氣氛爐中，在1230℃氧氣中燒結16小時，氧氣流量為0.5l/min，得到陶瓷樣品。其中升溫至≤1000℃時升溫速率為5℃/min，升溫至>1000℃時升溫速率為3℃/min，降溫速率為5℃/min。所制陶瓷中x型六角鍶鈷鐵氧體(sr2co2fe28o46)的純度為89.7％。下面結合對比例進一步闡明發明的內容。對比例1：對比例1中前驅體粉末的配比、煅燒工藝、坯體的成型工藝和陶瓷的燒結工藝與實施例一中的相同，但s1.1所用原料不同。s1.1按sr：co：fe＝2：2：28摩爾比稱取市售的氧化鍶、氧化鈷和氧化鐵，進行後續實驗。所制陶瓷中x型六角鍶鈷鐵氧體(sr2co2fe28o46)的純度為83.7％。對比例2：對比例2中前驅體粉末的配比、煅燒工藝、陶瓷的燒結工藝與實施例一中的相同，但坯體的成型工藝不同。s2.1稱取適量的前驅體粉末，加入少量酒精為粘結劑，成型壓力40mpa，保壓40秒，將前驅體粉末模壓成坯體，其中升降壓速率為：12mm/s升壓和60mm/s降壓。所制陶瓷中x型六角鍶鈷鐵氧體(sr2co2fe28o46)的純度為77.6％。對比例3對比例3中前驅體粉末的配比和坯體的成型工藝與實施例一中的相同，但粉末的煅燒工藝和陶瓷的燒結工藝中氧氣流量不同。粉末的煅燒工藝和陶瓷的燒成工藝中分別採用不同氧氣流量。所制陶瓷中x型六角鍶鈷鐵氧體(sr2co2fe28o46)的純度如下表所示。氧氣流量(l/min)0.10.20.70.8相純度(％)78.482.883.377.1當前第1頁12