一種二維片狀鋇鐵氧體的製備方法

2023-04-26 13:33:41 1

專利名稱：一種二維片狀鋇鐵氧體的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種具備了典型二維片狀形貌特徵的BaFe12O19粉末的製備方法。
背景技術：
鋇鐵氧體(BaFe12O19)是一種六角晶系硬磁材料，以其優異的磁學性能和良好的化學穩定性，廣泛應用於磁性材料和吸波材料領域。近年研究表明鋇鐵氧體的性能與其形貌密切相關，顆粒中含有一定數量的片狀或棒狀結構時，鋇鐵氧體的吸波效能相對提高並且片狀BaFe12O19W吸波性能略優於棒狀(葛副鼎，朱靜，陳利民.宇航材料工藝，1996，(5)， 42；神原直孝.電子材料(日文)，1982，(9)，25);另外，棒狀和片狀BaFe12O19W矯頑力通常均高於三維近球狀(G H. Mu, X. F. Pan, N. Chen, et al. Materials Research Bulletin 2008, (43) : 1369)。因而，製備尺寸較大的片狀鋇鐵氧體意義明顯。鋇鐵氧體的合成方法較多，較為常用的是溶膠-凝膠法、化學共沉澱法、離子交換樹脂法。溶膠-凝膠法和離子交換樹脂法常用於製備納米級近三維或二維鋇鐵氧體(李永銳，祖亞培，石南林等.中國專利.200510046690 ；鍾偉，都有為.中國專利. 200410013959)。 拷艮(Lixi Wang , Qitu Zhang, Journal of Alloys and Compounds, 2008, 454,410)等在此基礎上通過EDTA的引入製備了片徑可達1. 5 μ m的片狀鋇鐵氧體。 但這些方法均有反應步驟多，均勻性差，不易控制，成本相對較高，不易於工業化生產等缺點。化學共沉澱法製備的鋇鐵氧體為近三維不規則形貌或二維片狀，且該方法過程簡單，易於工業化。但是常規共沉澱法由於受熱力學平衡的限制，在一定溫度下晶體晶化一定時間後再延長晶化時間對粒徑生長影響較小且顆粒徑向尺寸通常在納米級。綜上所述，提供一種顆粒徑厚比及徑向尺寸較大，且方法簡單，成本較低，易於工業化生產的片狀BaFe12O19的製備方法，對於提高BaFe12O19的性能及拓寬其應用領域具有重要的實際意義。

發明內容
本發明目的是提供一種二維片狀鐵氧體的製備方法。採用的技術方案是
一種二維片狀鐵氧體的製備方法，其製備步驟是
(1)準備原料和配製溶液。按鋇鹽與原料BaFe12O19摩爾比為0.01-0. 6稱取鋇鹽和 BaFe12O19 ；按Fe (鐵鹽)/Ba (鋇鹽)=11-12 (摩爾比)稱取鐵鹽；按Na2C03/Ba (鋇鹽)=8-9 (摩爾比)、Na2C03/Na0H=3-7 (摩爾比)稱取Na2CO3和NaOH ；將已經稱取的鋇鹽和鐵鹽溶於水配製成混合鹽溶液，將所稱取Na2CO3和NaOH溶於水配製成混合鹼溶液；
(2)製備前軀體。將步驟(1)稱取的BaFe12O19放入反應器；向反應器中加入混合鹽溶液，連續攪拌下將混合鹼溶液以一定的速率加入反應器(或者，按H2O/ BaFe12019=10-30ml/ g向反應器中加入水，連續攪拌條件下，將混合鹽溶液和混合鹼溶液按一定的速率同時加入反應器，並控制PH值為7-9);然後將得到的產物靜置10-40小時；對靜置後的產物抽濾，水洗至濾液PH檢測近中性，再於10-80°C乾燥得到前驅體；
(3)製備產物。將前驅體於900-1100°C下煅燒1-7小時。煅燒完畢後研磨得最終產物。本發明的優勢及特點主要為首先，通過本發明技術可製備粒徑可達微米級的片狀鋇鐵氧體BaFe12O19 ；其次，通過改變反應條件可以對片狀BaFe12O19的顆粒尺寸進行調變； 第三，以反應條件對顆粒尺寸的調控為基礎，可對片狀的BaFe12O19的靜磁性能或電磁性能進行調節；第四，原料BaFe12O19來源不受限制。即是說，可以任何方法製備的、任意顆粒尺寸的BaFe12O19為原料，經本發明技術製備片狀BaFe12O19 ；第五，方法工藝穩定，易於重複，成本較低，產品性能穩定。


圖1實施例1原料BaFe12O19圖2實施例1產物BaFe12O19圖3實施例1原料BaFe12O19圖4實施例1原料BaFe12O19圖5實施例2產物的SEM6實施例3原料BaFe12O19圖7實施例3產物BaFe12O19
具體實施例方式實施例1
按文獻(S.R. Janasi, M. Emura, F. J. G. Landgraf, et al,. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2002，238，168)所述的化學共沉澱法製備BaFe12O19並以其為原料，按 BaCl2 · 2H20 與原料 BaFe12O19 摩爾比為 0. 3 稱取 BaCl2 · 2H20，按 FeCl3 · 6H20 與 BaCl2 ·2Η20 摩爾比為 11. 1 稱取 FeCl3 ·6Η20，將 BaCl2 ·2Η20 與原料 BaFe12O19 和 FeCl3 ·6Η20 溶於水配得Ba2+濃度為0. 005mol/l混合鹽溶液A ；按Na2C03/BaCl2 · 2H20摩爾比為8. 5稱取Na2CO3,且按Na0H/NaC03摩爾比為5稱取NaOH，將NaOH和NaCO3溶於水配得CO:濃度為 0.01mol/l混合鹼溶液B。調節反應器溫度至60°C，將溶液A和BaFe12O19置於反應器中並連續攪拌，將溶液B按加入速率與原料BaFe12O19的比值範圍是160_M0ml/h/g的加入反應器中，然後將所得的產物靜置Mh。對靜置後的產物反覆抽濾，水洗至濾液接近中性。將濾餅在60°C乾燥24h得到前軀體。將前驅體於10001煅燒4.5小時。煅燒完畢後研磨得最終產物 BaFe12O1915附圖1是原料BaFe12O19和產物的SEM圖，附圖2是原料和產物XRD圖，它們說明以化學共沉澱法製備的原料是BaFe12O19,但是其中含有少量的狗203。以共沉澱法為原料製備的產物為純的BaFe12O19,其顆粒粒徑由原料的200-600nm提高到為0. 3-1. 8 μ m，徑厚比為 5-12。附圖3是原料和產物的VSM圖，它們說明產物BaFe12O19的矯頑力(He)由原料的四13 Oe提高到35440e，其飽和磁化強度(Ms)為由原料的60 emu/g略降到Memu/g。本實施例說明用本發明提供的方法可製備出結晶有序程度較高，呈典型二維的六角片狀或近六角BaFe12O19，且片狀顆粒徑向尺寸和徑厚比的增加可使其靜磁性能明顯提尚。
(a)的SEM 圖。
(b)的SEM 圖。
(a)和產物 BaFe12O19 (b)的 XRD 圖。 (a)和產物 BaFe12O19 (b)的 VSM 圖。
(a)的SEM 圖。
(b)的SEM 圖。
實施例2
按實施例1的步驟製備BaFe12O19，不同反應條件為按BaCl2 · 2H20與原料BaFe12O19摩爾比為0.1，Fe/Ba =12 (摩爾比)，前驅體煅燒時間為池。附圖4為終產物的SEM圖，它表明終產物BaFe12O19 二維片狀形貌明顯，顆粒粒徑為 0. 3-1. 5 μ m，徑厚比為 6-10，經 VSM 分析，其 Hc 為 36320e, Ms 為 59emu/g。與實施例1相比較，本實施例說明通過調變反應條件，可以對BaFe12O19的顆粒尺寸和徑厚比進行調節，從而也可對其靜磁性能進行調節。實施例3
按文獻(Lixi Wang , Qitu Zhang. Journal of Alloys and Compounds, 2008, 454 :410)所述的溶膠-凝膠法製備BaFe12O19並以其為原料，按實施例1的步驟製備BaFe12019。附圖5為原料和產物的SEM圖，它表明終產物BaFe12O19呈片狀形貌，顆粒粒徑為 0. 4-1. 7 μ m，徑厚比為2-9。經VSM分析其Hc可以達到45860e, Ms為60emu/g。與實施例1相比較，本實施例說明以不同方法製備的BaFe12O19為原料，均可以用本發明技術製備出呈明顯片狀形貌的BaFe12O19 ；另外，通過改變原料也可對產物BaFe12O19的顆粒尺寸和靜磁性能進行調節。
權利要求
1.一種二維片狀鐵氧體的製備方法，其特徵包括以下工藝步驟(1)準備原料和配製溶液；稱取鋇鹽和鐵鹽並溶於水配製成混合鹽溶液，稱取Na2CO3和 NaOH並溶於水配製成混合鹼溶液，再稱取一定量的原料BaFe12O19 ； (2)製備前軀體；將步驟 (1)稱取的BaFe12O19放入反應器；向反應器中加入混合鹽溶液，連續攪拌下將混合鹼溶液以一定的速率加入反應器(或者，按H2O/ BaFe12019=10-30ml/g向反應器中加入水，連續攪拌條件下，將混合鹽溶液和混合鹼溶液按一定的速率同時加入反應器，並控制PH值為7-9)；然後將得到的產物靜置10-40小時；對靜置後的產物抽濾，水洗至濾液pH檢測近中性，再於 10-80°C乾燥得到前驅體；(3)製備產物；將前驅體於900-110(TC下煅燒1_7小時；煅燒完畢後研磨得最終產物。
2.如權利要求1所述的一種二維片狀鐵氧體的製備方法，其特徵是步驟(1)中所稱的原料BaFe12O19和各種鹽的配比為:Fe (鐵鹽)/Ba (鋇鹽)=11-12 (摩爾比);Na2C03/Ba (鋇鹽)=8-9 (摩爾比)，Na2C03/Na0H=3-7 (摩爾比);Ba (鋇鹽)/ 原料 BaFe12O19=O. 01-0. 6 (摩爾比)，混合鹽溶液中Ba2+濃度為0. 001-0. 03mol/l，混合鹼溶液中C032_濃度為0. 001-0. 03 mol/1;其步驟(1)中混合鹼溶液或混合鹽溶液加入反應器速率與所加原料BaFe12O19的比值範圍是 20-500ml/h/g。
3.如權利要求1所述的一種二維片狀鐵氧體的製備方法，其特徵是步驟(1)中的鋇鹽為氯化鋇、硝酸鋇或其它可溶性鋇鹽，鐵鹽為氯化鐵、硝酸鐵或其它等可溶性鐵鹽。
4.如權利要求1所述的一種二維片狀鐵氧體的製備方法，其特徵是將步驟(1)和(2) 中所用的8必％019原料來源不受限制，它可以是化學共沉澱法、溶膠-凝膠法、水熱法、有機樹脂法等任何方法所製備，其顆粒尺寸不受限制，顆粒形貌可為不規則三維形貌或片狀。
5.如權利要求1所述的一種二維片狀鐵氧體的製備方法，其特徵是所製備的 BaFe12O19其顆粒呈明顯的二維六角或近六角片狀形貌，顆粒徑向尺寸一般大於0. 5nm，通常可以達到微米級；顆粒徑厚比通常大於5。
6.如權利要求1所述的一種二維片狀鐵氧體的製備方法，通過改變反應條件可對 BaFe12O19顆粒徑向尺寸和徑厚比進行調整，這些反應條件主要包括混合鹼液滴加速率、鋇鹽與原料BaFe12O19的摩爾比、原料來源和顆粒尺寸、前驅體煅燒溫度或時間等。
全文摘要
本發明提供了一種片狀BaFe12O19的製備方法向任意方法得到的BaFe12O19原料中先後或同時加入可溶性鋇鹽和鐵鹽混合鹽溶液、碳酸鈉和氫氧化鈉混合鹼溶液，製得前驅體；前驅體再經900-1100℃焙燒後得BaFe12O19磁粉。製備的BaFe12O19的粒徑通常可達微米級，顆粒呈明顯二維六角或近六角片狀且顆粒尺寸可通過反應條件進行調節。方法工藝簡單，過程易控制，適合工業生產，產品性能穩定。製得的BaFe12O19適用於磁性材料及電磁吸收領域。
文檔編號C04B35/622GK102485692SQ20101057292
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月6日 優先權日2010年12月6日
發明者劉宇, 孫杰, 孟錦宏, 曹曉暉, 王文舉 申請人:瀋陽理工大學