CN100391892C - 一种织构化单相六角晶系铁氧体的快速制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种织构化单相六角晶系铁氧体的快速制备方法，其包括M型钡铁氧体共沉淀前驱体的制备；还包括利用放电等离子对共沉淀前驱体进行烧结，其步骤包括：(1)将共沉淀前驱体装入高强石墨模具内，并置于放电等离子烧结系统中；(2)确定测温方式后，启动抽真空系统，使共沉淀前驱体在5～20MPa下真空密实成型；(3)按升温速率100～300℃/min、烧结温度850～1000℃、压力5～20MPa、保温时间10～40min进行放电等离子烧结，即制得本发明的产品。本发明不仅可用于批量快速制备织构化单相六角晶系铁氧体，而且可同时完成织构化和致密化过程。
Description
技术领域
本发明涉及信息功能材料领域，特别是一种采用放电等离子烧结(SPS)技术快速制备单相六角晶系铁氧体的新方法，所制备的材料具有织构化和高致密度的显微结构。
背景技术
织构化单相六角晶系铁氧体在信息存储、电磁屏蔽和军事目标隐身等领域具有广泛的应用前景。单相六角晶系铁氧体陶瓷工艺的烧结温度很高，对于BaFe12O19来说，可高达1250～1350℃，化学共沉淀法、熔盐法、水热晶化法、溶胶-凝胶法、凝胶自燃烧法、气溶胶高温裂解法和超声声化裂解法等方法制备的前驱体超细粉的烧结温度虽然已降至1000℃以下，但由于六角晶系铁氧体的晶体结构非常复杂，决定了其结晶过程异常缓慢。为了获得单相六角晶系铁氧体，增大煅烧温度、延长保温时间一直是六角晶系铁氧体各种前驱体超细粉普遍采用的热处理工艺。传统热处理工艺所制备的材料存在微粒随机取向和部分晶粒异常长大问题，其磁性能很难满足高密度磁记录和甚高频微波吸收的要求。
本专利申请者及合作者曾研究了M型钡铁氧体共沉淀前驱体后800℃下保温2～10min后的SPS烧结体，发现放电等离子烧结不仅可实现M型钡铁氧体的超快速结晶、完全避免α-Fe2O3中间相结晶，而且可大幅度降低M型钡铁氧体的结晶温度。但由于选择的煅烧温度和保温时间不理想，所制备的材料事实上是六角晶系M型钡铁氧体和BaFe0.24Fe0.76O2.88构成的、具有多孔显微结构的复相铁氧体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为克服现有技术存在的不足，提供一种易于推广的织构化单相六角晶系铁氧体的快速制备方法。
本发明解决其技术问题须采用下述技术方案：
本发明提供的织构化单相六角晶系铁氧体的快速制备方法，其包括M型钡铁氧体共沉淀前驱体的制备；还包括利用放电等离子对共沉淀前驱体进行烧结，其步骤包括：
(1)将共沉淀前驱体装入高强石墨模具内，并置于放电等离子烧结系统中；
(2)确定测温方式后，启动抽真空系统，使共沉淀前驱体在5～20MPa下真空密实成型；
(3)按升温速率100～300℃/min、烧结温度850～1000℃、压力5～20MPa、保温时间10～40min进行放电等离子烧结，即得到织构化单相六角晶系铁氧体。
本发明采用先进的SPS烧结新技术，在放电等离子的脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热作用下，通过优化煅烧温度、保温时间和压力，实现化学计量比的M型钡铁氧体共沉淀前驱体超细粉转变成单相M型钡铁氧体磁体的快速结晶和致密化过程。本方法所制备的单相六角晶系铁氧体材料具有织构化和高致密度的显微结构，其磁性能满足微波铁氧体的综合性能要求。同时，由于实现了超快速烧结，大大缩短了制备周期，节约了大量电能，从而易于规模低成本生产。
附图说明
图1为实施例2条件下所制备的SPS烧结体的XRD谱。由其可见，该烧结体由单相六角晶系M型钡铁氧体构成。
图2为实施例3条件下所制备的SPS烧结体的SEM像。由其可见，该烧结体具有织构化的显微结构。
具体实施方式
本发明提供的方法包括制备M型钡铁氧体共沉淀前驱体，以及将该前驱体利用放电等离子烧结技术制成具有织构化和高致密度的单相六角晶系铁氧体。其中，制备M型钡铁氧体共沉淀前驱体的步骤包括：按化学计量比称取分析纯BaCl2·2H2O和FeCl3·6H2O，用蒸馏水溶解并混合成均匀溶液；以NaOH和NH4HCO3溶液作沉淀剂，使Ba2+和Fe3+分别以BaCO3和Fe(OH)3形式共沉淀，控制pH＝8～10；共沉淀物经蒸馏水洗涤、离心、冷冻、干燥和研磨后，得到M型钡铁氧体共沉淀前驱体。
下面结合实施例对本发明提供的放电等离子烧结技术制成产品的步骤进行说明。
实施例1：
(1)称量M型钡铁氧体共沉淀前驱体粉4.0g，置入内径15mm、外径45mm、内衬为碳纸的高强石墨模具内，并置于SPS真空室内；
(2)采用热电偶测温；
(3)启动抽真空系统，当真空度低于10Pa时缓慢加载，共沉淀前驱体实现真空密实成型；
(4)设置SPS烧结的工艺参数：升温速率200℃/min，烧结温度850℃，保温时间10min；
(5)当压力达到设定值并稳定后，启动SPS烧结程序；
(6)程序运行完毕后，关闭SPS烧结系统，得到织构化单相六角晶系铁氧体，阿基米德排水法测得的致密度为91.5％。
实施例2：
步骤(1)、(2)和(3)同实施例1。其它步骤如下：
(4)设置SPS烧结的工艺参数：升温速率200℃/min，烧结温度850℃，保温时间15min；
(5)当压力达到设定值并稳定后，启动SPS烧结系统；
(6)程序运行完毕后，关闭SPS烧结系统，得到织构化单相六角晶系铁氧体，阿基米德排水法测得的致密度为93.4％。
实施例3
步骤(1)、(2)和(3)同实施例1。其它步骤如下：
(4)设置SPS烧结的工艺参数：升温速率200℃/min，烧结温度850℃，保温时间25min；
(5)当压力达到设定值并稳定后，启动SPS烧结系统；
(6)程序运行完毕后，关闭SPS烧结系统，得到织构化单相六角晶系铁氧体，阿基米德排水法测得的致密度为95.0％。
实施例4
步骤(1)、(2)和(3)同实施例1。其它步骤如下：
(4)设置SPS烧结的工艺参数：升温速率200℃/min，烧结温度900℃，保温时间30min；
(5)当压力达到设定值并稳定后，启动SPS烧结系统；
(6)程序运行完毕后，关闭SPS烧结系统，得到织构化单相六角晶系铁氧体，阿基米德排水法测得的致密度为98.5％。
实施例5
步骤(1)、(2)和(3)同实施例1。其它步骤如下：
(4)设置SPS烧结的工艺参数：升温速率100℃/min，烧结温度950℃，保温时间20min；
(5)当压力达到设定值并稳定后，启动SPS烧结系统；
(6)程序运行完毕后，关闭SPS烧结系统，得到织构化单相六角晶系铁氧体，阿基米德排水法测得的致密度为99.5％。
实施例6
步骤(1)、(2)和(3)同实施例1。其它步骤如下：
(4)设置SPS烧结的工艺参数：升温速率300℃/min，烧结温度1000℃，保温时间10min；
(5)当压力达到设定值并稳定后，启动SPS烧结系统；
(6)程序运行完毕后，关闭SPS烧结系统，得到织构化单相六角晶系铁氧体，阿基米德排水法测得的致密度为98.3％。
上述实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明。
Claims (3)
1.一种织构化单相六角晶系铁氧体的快速制备方法，其包括M型钡铁氧体共沉淀前驱体的制备，其特征在于还包括利用放电等离子对共沉淀前驱体进行烧结，其步骤包括：
(1)将共沉淀前驱体装入高强石墨模具内，并置于放电等离子烧结系统中；
(2)确定测温方式后，启动抽真空系统，使共沉淀前驱体在5～20MPa下真空密实成型；
(3)按升温速率100～300℃/min、烧结温度850～1000℃、压力5～20MPa、保温时间10～40min进行放电等离子烧结，即得到织构化单相六角晶系铁氧体。
2.根据权利要求1所述的织构化单相六角晶系铁氧体的快速制备方法，其特征在于：按升温速率200℃/min、烧结温度850～900℃、压力10～20MPa、保温时间15～30min进行放电等离子烧结，得到织构化单相六角晶系铁氧体。
3.根据权利要求1所述的一种织构化单相六角晶系铁氧体的快速制备方法，其特征是：在启动抽真空系统后，当真空度低于10Pa时须缓慢加载。
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