CN102643082A - 一种w型钡铁氧体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种W型钡铁氧体BaCo₂Fe₁₆O₂₇的制备方法，该方法为化学沉淀-局部规整法。该方法是将具有一维针状形貌的α-FeOOH加入到可溶性的钡盐和钴盐的混合盐溶液中，搅拌均匀后向其中滴加适量的Na₂CO₃沉淀剂，制得前驱体；前驱体经高温焙烧后即可得到BaCo₂Fe₁₆O₂₇。通过在前驱体中添加适量的助溶剂Bi₂O₃可降低BaCo₂Fe₁₆O₂₇的的生成温度。该方法工艺简单，原料来源广泛，性能稳定，成本较低，重复性好，适宜工业化生产。

Description

一种W型钡铁氧体的制备方法

技术方案

本发明属于磁性材料技术领域，涉及一种磁性粉体BaCo₂Fe₁₆O₂₇及其制备方法，特别涉及一种W型钡铁氧体的制备方法。

背景技术

W型六角钡铁氧体是一种优良的磁性材料，在磁记录、吸波技术、生物医药和催化技术上有着广泛的应用。近年来，对磁铅石型铁氧体中W型钡铁氧体的研究主要集中在三个方面：一、离子掺杂的研究。通过对不同离子的取代及其掺杂，改变磁矩大小，从而调节六角铁氧体的礠晶各向异性与饱和磁化强度 (Z. W. Li,a  Y. P Wu, G. Q. Lin, Doping effect on complex permeability and permittivity for W-type barium ferrite composites, Journal of applied physics, 2007, Vol.102, p083908)；二、与其他材料复合，以得到同时具有钡铁氧和其它材料所具有的磁性特征的复合材料。通过改变复合材料与钡铁氧体的相对含量，以调节复合材料的饱和磁化强度和矫顽力等性能(Y. Masubuchi, R. Saito, S. Kikkawa, Magnetoplumbite and W-type barium ferrites as magnetic mixture with hematite, Journal of the Ceramic Society of Japan, 2009, Vol. 117, p82)；三、颗粒形貌异型化。将铁氧体的形貌由三维向二维甚至一维方向发展，从而获得由颗粒形貌所决定的具有不同形状各向异性的铁氧体(L. Trif, G. Tolnai, I. Sajó, E. Kálmán, Preparation and characterization of hexagonal W-type barium ferrite nanoparticles, Prograss in Colloid Polymer Science, 2008, Vol.135, p38)。

W型钡铁氧体的常用制备方法主要有以下几种。一、溶胶-凝胶法。首先将金属有机物或无机化合物溶解于有机溶剂中，通过加入蒸馏水使其水解、聚合，形成溶胶，再采用适当的方法使之形成凝胶，并在真空状态下低温干燥，得到疏松的干凝胶，再做高温焙烧处理，即可得到纳米级氧化物粉末。该方法原料容易获得，工艺简单，反应周期短，产物粒径小且分布均匀。但成本较高，不适宜工业化生产(X.Huang, J.Chen, L.Wang, q.Zhang, Electromagnetic and microwave absorption properties of W-type barium ferrite doped with Gd³⁺, Rare Metals, 2011, Vol.30, p44)。二、化学共沉淀法。化学共沉淀法是指在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐中，加入适当沉淀剂，将金属离子均匀沉淀或结晶出来，再将沉淀物脱水或热分解而制得铁氧体微粉。此法工艺简单、经济、易于工业化生产。但是沉淀过程不均匀易造成粒子间的团聚，使烧结后形成较大的颗粒(M.J. Iqbal, R.A. Khan, Enhancement of electrical and dielectric properties of Cr doped BaZn2 W-type hexaferrite for potential applications in high frequency devices, Journal of alloys and compounds, 2009,Vol.478,p847)。三、机械球磨法。机械球磨法是利用球磨的作用来促使反应物之间发生物理和化学反应形成化合物的方法。此法的优点是工艺流程简单，化学成分易于控制，有效地降低合成温度，缺点是耗能大，反应时间长，容易引入杂质，对设备要求极高，在粉磨过程中，需要合理选择研磨介质并控制球料比、研磨时间和合适的入料粒度(N. C. Xu, J. Song , L.X. Wang, J. L. Shen, Q.T. Zhang, Preparation and electromagnetic properties of Dy doped W-Type BaNi ferrite, Chinese Journal Rare Metals, 2010, Vol.34,p307)。四、微乳液法。在油包水微乳液中(X.Huang, J. Zhang, H. Wang, et al, Er³⁺-substituted W-type barium ferrite preparation and electromagnetic properties, Journal of Rare Earths, 2010,28, p940)。

基于W型钡铁氧体的研究现状，提出一种简单、低成本的W型钡铁氧体的制备方法，对于提高W型钡铁氧体的性能及拓展其应用，具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的，是提供一种W型钡铁氧体的制备方法，该方法为化学沉淀-局部规整法，同时将此法与高温助溶剂Bi₂O₃相结合，通过控制Bi₂O₃的添加量，在较低温度下得到纯相W型铁氧体。此法工艺流程简单，操作简单，原料来源广泛，成本低廉，易于工业化生产。

采用的技术方案是：

一种W型钡铁氧体的制备方法，包括下述工艺步骤：

1）、原料的配制：

按摩尔比Fe³⁺/Ba²⁺为15.2，摩尔比CO₃ ^2-/（Ba²⁺+Co²⁺）为1.2分别称取一定量的钡盐、钴盐、α-FeOOH、Na₂CO₃，将称取的钡盐和钴盐溶于水，配置成混合水溶液，称取的碳酸钠配制成溶液。

2）、前驱体的制备：

(1) 将钡盐和钴盐混合溶液倒入反应器中，均匀搅拌后加入一定量的α-FeOOH粉末，控制反应器温度在20-80℃范围内,连续搅拌,同时将Na₂CO₃溶液以一定的速度滴加到反应器中；

(2) 滴加完毕后,将得到的产物静置12-24小时；

(3) 对静置的产物进行抽滤，反复水洗至中性（pH=6.5-7.5），将滤饼于60-80℃干燥，得到前驱体；

3）、磁性粉体的制备：

将前驱体与适量Bi₂O₃相互混匀后放入马弗炉中于350℃预烧4小时后，再于1050-1300℃下焙烧4小时；焙烧完后，经研磨得到钡铁氧体粉体。

本发明通过调节Bi₂O₃的添加量和焙烧温度来达到调节BaCo₂Fe₁₆O₂₇的静磁性能，同时可以通过烧结温度来调节BaCo₂Fe₁₆O₂₇的形貌。

本发明的优点在于：

1、利用针状的FeOOH为模板，制备片状W型钡铁氧体BaCo₂Fe₁₆O₂₇；

2、通过控制Bi₂O₃的添加量，可以在不同焙烧温度下得到纯相BaCo₂Fe₁₆O₂₇铁氧体磁粉，以达到对其静磁性能和/或电磁性能的调节；

3、热处理温度明显低于传统的固相反应工艺，热处理时间也显著缩短；第四；工艺稳定，原料来源广泛，成本低廉，易于工业化生产。

附图说明

图1实施例1、2、3产物XRD谱图。

图2实施例1产物SEM图。

图3实施例1产物磁滞回线图。

图4实施例2产物SEM图。

图5实施例2产物磁滞回线图。

图6实施例3产物SEM图。

图7实施例3产物磁滞回线图。

具体实施方式

实施例1

一种W型钡铁氧体的制备方法，包括下述工艺步骤：

按金属元素摩尔比Ba:Co:Fe =1:2:15.2，分别称取α-FeOOH、氯化钡、氯化钴，再分别装入烧杯加入蒸馏水配成溶液，然后倒入置于恒温水浴锅的1000mL四口烧瓶中，设定反应温度50℃并以300 r/min的速度电动搅拌；按摩尔比CO₃ ^2-/（Ba²⁺+Co²⁺）=1.2称取50~60g的碳酸钠，并用100ml蒸馏水溶解装入滴定漏斗，将滴定漏斗插入四口烧瓶中，按滴定速率10滴/min将碳酸钠溶液滴至四口烧瓶中，滴定完，将四口烧瓶内溶液静置24h，对静置后的产物抽滤，反复水洗至滤液pH值接近中性（pH=6.5-7.5），然后将滤饼在60℃干燥24h，研磨后得BaCo₂Fe₁₆O₂₇-W型铁氧体前躯体。

将所制备的BaCo₂Fe₁₆O₂₇-W型铁氧体前躯体放入马弗炉，在常温下升温至350℃保温4h，然后在升温至1300℃，保温4h，马弗炉自然冷却至100℃以下以后，再开炉膛冷却至室温，得到焙烧产物，即得。

附图1、附图2和附图3为终产物的XRD图、SEM图和磁滞回线图，它们说明所制得的产物虽没有固定的形貌，但却为BaCo₂Fe₁₆O₂₇纯相，同时所得BaCo₂Fe₁₆O₂₇的矫顽力（Hc）为128.32Oe，比饱和磁化强度（Ms）为70.742 emu/g。

实施例2

按实施例1的步骤，但将质量比为前驱体质量30％的Bi₂O₃与其相互混匀后再放入马弗炉中焙烧，同时焙烧温度改为1150℃。

附图1、附图4和附图5为终产物的XRD图、SEM图和磁滞回线图，它们说明所制得的产物虽无固定的形貌，但却为BaCo₂Fe₁₆O₂₇纯相，同时所得BaCo₂Fe₁₆O₂₇的矫顽力（Hc）为181.32Oe，比饱和磁化强度（Ms）为16.686emu/g。

实施例3

按实施例1的步骤，但将质量比为前驱体质量40％的Bi₂O₃与其相互混匀后再放入马弗炉中焙烧，同时焙烧温度改为1050℃。

附图1、附图6和附图7为终产物的XRD图、SEM图和磁滞回线图，它们说明所制得的产物虽无固定的形貌，但却为BaCo₂Fe₁₆O₂₇纯相，同时所得BaCo₂Fe₁₆O₂₇的矫顽力（Hc）为676.38 Oe，比饱和磁化强度（Ms）为 42.271emu/g；与实施例1和实施例2相比较，说明可以通过调节Bi₂O₃的添加量和焙烧温度来达到调节BaCo₂Fe₁₆O₂₇的静磁性能，同时可以通过烧结温度来调节BaCo₂Fe₁₆O₂₇的形貌。

Claims (4)

1.一种W型钡铁氧体的制备方法，其特征在于，包括下述工艺步骤：

1）、原料的配制：

按摩尔比Fe³⁺/Ba²⁺为15.2，摩尔比CO₃ ^2-/（Ba²⁺+Co²⁺）为1.2分别称取一定量的钡盐、钴盐、α-FeOOH、Na₂CO₃，将称取的钡盐和钴盐溶于水，配置成混合水溶液，称取的碳酸钠配制成溶液；

2）、前驱体的制备：

(1) 将钡盐和钴盐混合溶液倒入反应器中，均匀搅拌后加入一定量的α-FeOOH粉末，控制反应器温度在20-80℃范围内,连续搅拌,同时将Na₂CO₃溶液以一定的速度滴加到反应器中；

(2) 滴加完毕后,将得到的产物静置12-24小时；

(3) 对静置的产物进行抽滤，反复水洗直中性pH=6.5-7.5，将滤饼于60-80℃干燥，得到前驱体；

3）、磁性粉体的制备：

将前驱体与适量Bi₂O₃相互混匀后放入马弗炉中于350℃预烧4小时后，再于1050-1300℃下焙烧4小时；焙烧完后，经研磨得到钡铁氧体粉体。

2.根据权利要求1所述的一种W型钡铁氧体的制备方法，其特征在于，包括下述工艺步骤：

按金属元素摩尔比Ba:Co:Fe =1:2:15.2，分别称取α-FeOOH、氯化钡、氯化钴，再分别装入烧杯加入蒸馏水配成溶液，然后倒入置于恒温水浴锅的1000mL四口烧瓶中，设定反应温度50℃并以300 r/min的速度电动搅拌；按摩尔比CO₃ ^2-/（Ba²⁺+Co²⁺）=1.2称取50~60g的碳酸钠，并用100ml蒸馏水溶解装入滴定漏斗，将滴定漏斗插入四口烧瓶中，按滴定速率10滴/min将碳酸钠溶液滴至四口烧瓶中，滴定完，将四口烧瓶内溶液静置24h，对静置后的产物抽滤，反复水洗至滤液pH值接近中性（pH=6.5-7.5），然后将滤饼在60℃干燥24h，研磨后得BaCo₂Fe₁₆O₂₇-W型铁氧体前躯体；

将所制备的BaCo₂Fe₁₆O₂₇-W型铁氧体前躯体放入马弗炉，在常温下升温至350℃保温4h，然后在升温至1300℃，保温4h，马弗炉自然冷却至100℃以下以后，再开炉膛冷却至室温，得到焙烧产物，为BaCo₂Fe₁₆O₂₇纯相，同时所得BaCo₂Fe₁₆O₂₇的矫顽力为128.32Oe，比饱和磁化强度为70.742 emu/g。

3.根据权利要求2所述的一种W型钡铁氧体的制备方法，其特征在于：

不同的反应条件为：将质量比为前驱体质量30％的Bi₂O₃与其相互混匀后再放入马弗炉中焙烧，同时焙烧温度改为1150℃，所制得的产物无固定的形貌，但却为BaCo₂Fe₁₆O₂₇纯相，同时所得BaCo₂Fe₁₆O₂₇的矫顽力为181.32Oe，比饱和磁化强度为16.686emu/g。

4.根据权利要求2所述的一种W型钡铁氧体的制备方法，其特征在于：

不同的反应条件为：将质量比为前驱体质量40％的Bi₂O₃与其相互混匀后再放入马弗炉中焙烧，同时焙烧温度改为1050℃，所制得的产物无固定的形貌，但却为BaCo₂Fe₁₆O₂₇纯相，同时所得BaCo₂Fe₁₆O₂₇的矫顽力为676.38 Oe，比饱和磁化强度为 42.271emu/g。

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