CN103833341A - 一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体及其制备方法 - Google Patents

一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体及其制备方法 Download PDF

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刘淼
林营
朱建锋
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Abstract

一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体及其制备方法，按化学通式xxBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，将分析纯的Fe(NO3)3·9H2O、Ba(NO)2和Co(NO3)2·6H2O加入到蒸馏水中配制成溶液；其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且0.6≤x≤0.9；向溶液中加入柠檬酸，搅拌均匀，调节pH值后，得到均匀的溶胶B；将溶胶B干燥，煅烧得到BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体。本发明为一种在较低温度下快速制备BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的方法，并且工艺简单、节省能源，制得的双相磁性复合粉体均匀性较好。

Description

一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体及其制备方法
技术领域
本发明属于材料科学领域，具体涉及一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体及其制备方法。
背景技术
近10年来，随着现代科学研究技术的不断发展，移动通讯和计算机技术也在飞速发展，使得各种电子设备变得更加高度集成化、多功能化、小型化和快速响应化。利用磁性材料制成的磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能。磁性材料作为一种重要的功能材料，其性能得到了进一步的优化以及不断的开拓。磁性材料的应用领域也在不断扩大，涉及电子、生物、医药、化工等方面。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能化方向发展，从而对磁性材料提出了更高的标准，要求磁性材料制造的元器件不仅大容量、小型化、高速度，而且具有可靠性、耐久性、抗振动和低成本的特点。现在工业生产中要求永磁体具有尽可能大的矫顽场和高的饱和磁化强度，但是硬磁材料的矫顽场虽然很大，可其饱和磁化强度比较小。为了得到具有高饱和磁化强度并且高的矫顽力的超级磁体，人们选择用硬磁材料和软磁材料复合通过交换弹簧作用得到复合粉体。永磁复合材料的高剩磁、高磁能积、高矫顽力占据了磁性材料的大部分市场。硬磁/软磁交换弹簧由硬磁相和软磁相构成，它们之间有很强的交换耦合作用。在反磁化过程中，受硬磁层磁矩的影响，软磁层内的磁矩偏转方向的分布是连续的，反磁化场越大或离界面越远的地方磁矩越接近外场方向，而且在磁场小于交换耦合临界场时磁矩能可逆地转动。磁交换弹簧磁性复合粉体中硬磁相具备高的矫顽力，软磁相具备高的饱和磁化强度，将它们结合在一起，可以得到性能良好的永磁材料，特别是当软磁相为非稀土相时，可节约稀土用量，降低合金价格。磁性交换弹簧具备垂直交换耦合、磁电阻、磁致伸缩、磁能积、交换偏置等诸多效应，具有广阔的应用前景。目前这一类磁性材料主要用于制造永磁材料、巨磁致伸缩材料、磁电阻材料等。CoFe2O4具有尖晶石型结构，是性能优良的软磁材料，突出的优点是电阻率极高、磁频谱特性好。适宜在高频和超高频下使用。BaFe12O19是一种典型的硬磁性材料，具有高的居里温度和矫顽力。通常制备磁性复合粉体的方法是首先采用固相法分别制备出各单相粉体，然后进行机械混合。此方法，不仅工艺复杂所需要的煅烧温度高，而且制备出的复合粉体是在晶粒尺寸上进行混合导致均匀性比较差，最终直接影响到复合粉体的性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体及其制备方法，其制备温度较低、方法简单，制得的BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体均匀性较好。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的制备方法，包括以下步骤：
1）按化学通式xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，将分析纯的Fe(NO3)3·9H2O、Ba(NO3)2和Co(NO3)2·6H2O加入到蒸馏水中配制成溶液；其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且0.6≤x≤0.9；
2）向步骤1）的溶液中加入柠檬酸，在80-100℃下加热并搅拌均匀，得到溶胶A，其中，加入柠檬酸的摩尔量为溶液中铁离子、钡离子、钴离子总摩尔量的2-4倍；
3）搅拌下，将溶胶A的pH值调节为6.5-7.5，得到均匀的溶胶B；
4）将溶胶B在180-200℃下干燥，得到黑褐色疏松状干凝胶；
5）将干凝胶研磨后，在950-1050℃下煅烧1-4h得到BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体。
所述步骤2）中加热是通过水浴加热实现的。
所述步骤2）中搅拌的时间为1～2小时。
所述步骤3）中pH值是采用乙二胺或氨水调节的。
所述步骤4）中干燥的时间为2-4小时。
所述步骤4）中干燥是在真空干燥箱中进行的。
所述步骤5）中煅烧是在电炉中进行的。
一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体，该BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的化学通式为xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且0.6≤x≤0.9。
相对于现有技术，本发明具有的有益效果：本发明以Fe(NO3)3·9H2O、Ba(NO3)2、Co(NO3)2·6H2O和柠檬酸为原料，经调pH值、干燥，在950-1050℃下煅烧得到铁酸铋基双相磁性复合粉体；本发明制备温度较低、方法简单，且节省能源；本发明制得的铁酸铋基双相磁性复合粉体均匀性较好，随着复合粉体中CoFe2O4含量增加，饱和磁化强度由51.97emu/g增加到71.61emu/g，矫顽场由1163.46奥斯特降低到528.85奥斯特，克服了现有制备复合粉体的方法中合成温度较高、制得的复合粉体性能较差的问题。
附图说明
图1为当BaFe12O19的质量百分比为90％，CoFe2O4质量百分比为10％时复合粉体在950℃煅烧下的XRD图。
图2为当BaFe12O19的质量百分比为80％，CoFe2O4质量百分比为20％时复合粉体在950℃煅烧下的XRD图。
图3为当BaFe12O19的质量百分比为70％，CoFe2O4质量百分比为30％时复合粉体在950℃煅烧下的XRD图。
图4为当BaFe12O19的质量百分比为60％，CoFe2O4质量百分比为40％时复合粉体在950℃煅烧下的XRD图。
图5为当BaFe12O19的质量百分比为90％，CoFe2O4质量百分比为10％时复合粉体在950℃煅烧后粉体的SEM图。
图6为当BaFe12O19的质量百分比为80％，CoFe2O4质量百分比为20％时复合粉体在950℃煅烧后粉体的SEM图。
图7为当BaFe12O19的质量百分比为70％，CoFe2O4质量百分比为30％时复合粉体在950℃煅烧后粉体的SEM图。
图8为当BaFe12O19的质量百分比为60％，CoFe2O4质量百分比为40％时复合粉体在950℃煅烧后粉体的SEM图。
图9为当BaFe12O19质量比为90％，CoFe2O4的质量比为10％时复合粉体在950℃煅烧后粉体的磁滞回线。
图10为当BaFe12O19质量比为80％，CoFe2O4的质量比为20％时复合粉体在950℃煅烧后粉体的磁滞回线。
图11为当BaFe12O19质量比为70％，CoFe2O4的质量比为30％时复合粉体在950℃煅烧后粉体的磁滞回线。
图12为当BaFe12O19质量比为60％，CoFe2O4的质量比为40％时复合粉体在950℃煅烧后粉体的磁滞回线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
实施例1
1）按化学通式xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，将分析纯的Fe(NO3)3·9H2O、Ba(NO3)2和Co(NO3)2·6H2O加入到蒸馏水中配制成溶液；其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.9；
2）向步骤1）的溶液中加入柠檬酸，在80℃水浴加热下搅拌1h，得到溶胶A，其中，加入柠檬酸的摩尔量为溶液中铁离子、钡离子、钴离子三种金属离子总摩尔量的2倍；
3）搅拌下，采用乙二胺将溶胶A的pH值调节为6.5，得到均匀的溶胶B；
4）将溶胶B放入真空干燥箱，在200℃下干燥2h，得到黑褐色疏松状干凝胶；
5）将干凝胶研磨后装入坩埚中，并将坩埚置于电炉中在950℃下煅烧1h得到BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体。
本实施例制得的双相磁性复合粉体的化学通式为xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.9。
从图1可以看出，本实施例制备的双相磁性复合粉体中有含有六角型BaFe12O19和尖晶石型CoFe2O4。
从图5可以看出，本实施例制备的双相磁性复合粉体中两相晶粒分布较为均匀，且两相晶粒发育较好，其中BaFe12O19晶粒尺寸为200-300nm左右，CoFe2O4的晶粒尺寸100nm左右。
从图9可以看出，本实施例制备的BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的磁滞回线较为平滑，饱和磁化强度为51.97emu/g，矫顽场为1163.46奥斯特。
实施例2
1）按化学通式xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，将分析纯的Fe(NO3)3·9H2O、Ba(NO3)2和Co(NO3)2·6H2O加入到蒸馏水中配制成溶液；其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.8；
2）向步骤1）的溶液中加入柠檬酸，在100℃水浴加热下搅拌1h，得到溶胶A，其中，加入柠檬酸的摩尔量为溶液中铁离子、钡离子、钴离子三种金属离子总摩尔量的3倍；
3）搅拌下，采用乙二胺将溶胶A的pH值调节为7.5，得到均匀的溶胶B；
4）将溶胶B放入真空干燥箱，在190℃下干燥3h，得到黑褐色疏松状干凝胶；
5）将干凝胶研磨后装入坩埚中，并将坩埚置于电炉中在950℃下煅烧4h得到BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体。
本实施例制得的双相磁性复合粉体的化学通式为xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.8。
从图2可以看出，本实施例制备的双相磁性复合粉体中有含有六角型BaFe12O19和尖晶石型CoFe2O4。
从图6可以看出，本实施例制备的双相磁性复合粉体中两相晶粒分布较为均匀，且两相晶粒发育较好，其中BaFe12O19晶粒尺寸为300-400nm左右，CoFe2O4的晶粒尺寸小于200nm左右。
从图10可以看出，本实施例制备的BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的磁滞回线较为平滑，饱和磁化强度为60.57emu/g，矫顽场为600.51奥斯特。
实施例3
1）按化学通式xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，将分析纯的Fe(NO3)3·9H2O、Ba(NO3)2和Co(NO3)2·6H2O加入到蒸馏水中配制成溶液；其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.7；
2）向步骤1）的溶液中加入柠檬酸，在90℃水浴加热下搅拌2h，得到溶胶A，其中，加入柠檬酸的摩尔量为溶液中铁离子、钡离子、钴离子三种金属离子总摩尔量的4倍；
3）搅拌下，采用乙二胺将溶胶A的pH值调节为7，得到均匀的溶胶B；
4）将溶胶B放入真空干燥箱，在180℃下干燥4h，得到黑褐色疏松状干凝胶；
5）将干凝胶研磨后装入坩埚中，并将坩埚置于电炉中在950℃下煅烧2h得到BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体。
本实施例制得的双相磁性复合粉体的化学通式为xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.7。
从图3可以看出，本实施例制备的双相磁性复合粉体中有含有六角型BaFe12O19和尖晶石型CoFe2O4。
从图7可以看出，本实施例制备的双相磁性复合粉体中两相晶粒分布较为均匀，且两相晶粒发育较好，其中BaFe12O19晶粒尺寸为300-400nm左右，CoFe2O4的晶粒尺寸小于200nm左右。
从图11可以看出，本实施例制备的BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的磁滞回线较为平滑，饱和磁化强度为64.58emu/克，矫顽场为568.50奥斯特。
实施例4
1）按化学通式x BaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，将分析纯的Fe(NO3)3·9H2O、Ba(NO3)2和Co(NO3)2·6H2O加入到蒸馏水中配制成溶液；其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.6；
2）向步骤1）的溶液中加入柠檬酸，在85℃水浴加热下搅拌1.5h，得到溶胶A，其中，加入柠檬酸的摩尔量为溶液中铁离子、钡离子、钴离子三种金属离子总摩尔量的3倍；
3）搅拌下，采用乙二胺将溶胶A的pH值调节为6.5，得到均匀的溶胶B；
4）将溶胶B放入真空干燥箱，在195℃下干燥2h，得到黑褐色疏松状干凝胶；
5）将干凝胶研磨后装入坩埚中，并将坩埚置于电炉中在950℃下煅烧3h得到BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体。
本实施例制得的双相磁性复合粉体的化学通式为xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.6。
从图4可以看出，本实施例制备的双相磁性复合粉体中有含有六角型BaFe12O19和尖晶石型CoFe2O4。
从图8可以看出，本实施例制备的双相磁性复合粉体中两相晶粒分布较为均匀，且两相晶粒发育较好，其中BaFe12O19晶粒尺寸为300-400nm左右，CoFe2O4的晶粒尺寸小于200nm左右。
从图12可以看出，本实施例制备的BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的磁滞回线较为平滑，饱和磁化强度为71.61emu/克，矫顽场为528.85奥斯特。
实施例5
1）按化学通式xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，将分析纯的Fe(NO3)3·9H2O、Ba(NO3)2和Co(NO3)2·6H2O加入到蒸馏水中配制成溶液；其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.9；
2）向步骤1）的溶液中加入柠檬酸，在100℃水浴加热下搅拌1h，得到溶胶A，其中，加入柠檬酸的摩尔量为溶液中铁离子、钡离子、钴离子三种金属离子总摩尔量的2倍；
3）搅拌下，采用氨水将溶胶A的pH值调节为6.5，得到均匀的溶胶B；
4）将溶胶B放入真空干燥箱，在180℃下干燥4h，得到黑褐色疏松状干凝胶；
5）将干凝胶研磨后装入坩埚中，并将坩埚置于电炉中在1050℃下煅烧1h得到BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体。
本实施例制得的双相磁性复合粉体的化学通式为xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.9。
实施例6
1）按化学通式xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，将分析纯的Fe(NO3)3·9H2O、Ba(NO3)2和Co(NO3)2·6H2O加入到蒸馏水中配制成溶液；其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.8；
2）向步骤1）的溶液中加入柠檬酸，在95℃水浴加热下搅拌1.5h，得到溶胶A，其中，加入柠檬酸的摩尔量为溶液中铁离子、钡离子、钴离子三种金属离子总摩尔量的3倍；
3）搅拌下，采用氨水将溶胶A的pH值调节为7.5，得到均匀的溶胶B；
4）将溶胶B放入真空干燥箱，在185℃下干燥3h，得到黑褐色疏松状干凝胶；
5）将干凝胶研磨后装入坩埚中，并将坩埚置于电炉中在970℃下煅烧4h得到BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体。
本实施例制得的双相磁性复合粉体的化学通式为x BaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.8。
实施例7
1）按化学通式x BaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，将分析纯的Fe(NO3)3·9H2O、Ba(NO3)2和Co(NO3)2·6H2O加入到蒸馏水中配制成溶液；其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.7；
2）向步骤1）的溶液中加入柠檬酸，在87℃水浴加热下搅拌1.5h，得到溶胶A，其中，加入柠檬酸的摩尔量为溶液中铁离子、钡离子、钴离子三种金属离子总摩尔量的4倍；
3）搅拌下，采用氨水将溶胶A的pH值调节为7，得到均匀的溶胶B；
4）将溶胶B放入真空干燥箱，在190℃下干燥2h，得到黑褐色疏松状干凝胶；
5）将干凝胶研磨后装入坩埚中，并将坩埚置于电炉中在1000℃下煅烧3h得到BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体。
本实施例制得的双相磁性复合粉体的化学通式为x BaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.7。
实施例8
1）按化学通式xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，将分析纯的Ba(NO3)2加入到蒸馏水中配制成溶液；其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.6；
2）向步骤1）的溶液中加入柠檬酸，在80℃水浴加热下搅拌2h，得到溶胶A，其中，加入柠檬酸的摩尔量为溶液中铁离子、钡离子、钴离子三种金属离子总摩尔量的3倍；
3）搅拌下，采用氨水将溶胶A的pH值调节为6.5，得到均匀的溶胶B；
4）将溶胶B放入真空干燥箱，在200℃下干燥2h，得到黑褐色疏松状干凝胶；
5）将干凝胶研磨后装入坩埚中，并将坩埚置于电炉中在1020℃下煅烧2h得到BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体。
本实施例制得的双相磁性复合粉体的化学通式为xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且x=0.6。

Claims (8)

1.一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按化学通式xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，将分析纯的Fe(NO3)3·9H2O、Ba(NO3)2和Co(NO3)2·6H2O加入到蒸馏水中配制成溶液；其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且0.6≤x≤0.9；
2）向步骤1）的溶液中加入柠檬酸，在80-100℃下加热并搅拌均匀，得到溶胶A，其中，加入柠檬酸的摩尔量为溶液中铁离子、钡离子、钴离子总摩尔量的2-4倍；
3）搅拌下，将溶胶A的pH值调节为6.5-7.5，得到均匀的溶胶B；
4）将溶胶B在180-200℃下干燥，得到黑褐色疏松状干凝胶；
5）将干凝胶研磨后，在950-1050℃下煅烧1-4h得到BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体。
2.根据权利要求1所述的一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中加热是通过水浴加热实现的。
3.根据权利要求1所述的一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中搅拌的时间为1～2小时。
4.根据权利要求1所述的一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中pH值是采用乙二胺或氨水调节的。
5.根据权利要求1所述的一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中干燥的时间为2-4小时。
6.根据权利要求1所述的一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中干燥是在真空干燥箱中进行的。
7.根据权利要求1所述的一种BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤5）中煅烧是在电炉中进行的。
8.一种如权利要求1所述方法制备得到的BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体，其特征在于，该BaFe12O19/CoFe2O4双相磁性复合粉体的化学通式为xBaFe12O19/(1-x)CoFe2O4，其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且0.6≤x≤0.9。
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