CN107552805A - 一种成分和粒度可调控的钐钴化合物纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

一种成分和粒度可调控的钐钴化合物纳米颗粒的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种成分和粒度可调控的钐钴化合物纳米颗粒的制备方法，属于纳米永磁材料制备技术领域。采用单质钐和钴金属熔炼制备的钐钴合金为原料，在高纯度惰性气体保护的无氧条件下，以原位生成、原位收集的蒸发冷凝的方式成功的制备出Sm2Co7、SmCo5、SmCo7、Sm2Co17等多种平均粒径小于100纳米且粒度可控的钐钴化合物纳米颗粒。本发明方法工艺简单，生产周期短，同时全过程保持高纯度惰性气体保护，避免氧化，产品的综合磁性能良好。

Description

一种成分和粒度可调控的钐钴化合物纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种利用钐钴合金通过蒸发冷凝制备钐钴化合物纳米颗粒的制备方法的方法，属于纳米永磁材料制备技术领域。
背景技术
钐钴永磁体，是上世纪60年代开发的第一代稀土永磁合金，不仅具有优异的内禀磁性能，而且具有良好的高温性能，因此至今仍有较高的实用价值，在温度要求较高的使用环境下发挥着不可替代的作用，目前钐钴基永磁材料在航空航天、核能技术、电动汽车等诸多国防和高技术领域应用广泛。
近年来，纳米材料因为其独特的性能而广受关注。常规材料在实现纳米化以后会具有许多新的性能，因而具有更好的潜在应用价值。钐钴化合物纳米颗粒在磁存储、生物医用和新型复合永磁等方面均具有良好的应用前景。遗憾的是，目前制备钐钴纳米颗粒的方法及其制备出的材料均存在较多问题。例如目前较为流行的化学合成法，只能研制出具有纳米晶的微米级钐钴颗粒，而且产量极低，无法实现大规模制造。又如近期发展的表面活性剂辅助球磨法制备的钐钴纳米颗粒会引入难以去除的有机表面活性剂，造成颗粒氧化和磁性能大幅下降。因此，发展一种能够批量制造高性能钐钴纳米颗粒的新技术迫在眉睫。
针对这种状况，我们发明了一种以钐钴合金为原料，通过惰性气体保护的蒸发冷凝技术制备成分和粒度可调控的钐钴化合物纳米颗粒的方法，以期推动高性能钐钴纳米颗粒永磁材料的实用化进程。
发明内容
本发明以采用单质钐和钴金属熔炼制备的钐钴合金为原料，在惰性气体保护的无氧条件下，以原位生成、原位收集的方式成功的制备出Sm2Co7、SmCo5、SmCo7、Sm2Co17等多种粒度可控的钐钴化合物纳米颗粒。
本发明提供一种利用原位的惰性气体蒸发冷凝技术制备钐钴化合物纳米颗粒的方法。目的在于获得平均粒径小于100纳米且颗粒度均匀的钐钴化合物纳米颗粒。具体过程包括如下的钐钴合金熔炼和蒸发冷凝步骤：
1)选用纯度大于99.99％的Sm和Co金属单质原料，按照SmxCo100-x中元素摩尔比准备原料，然后在纯度为99.9999％的氩气气氛保护下的悬浮熔炼炉中熔炼得到SmxCo100-x母合金，0＜x≤24；
2)以步骤1)得到的SmxCo100-x母合金中的任何一种作为阳极，金属钨作为阴极，在纯度为99.9999％的氩气、纯度为99.9999％氦气或者二者的混合气氛(二者比例在0～100％间任意可调)下，总气压为1个大气压，选择电弧电流100—300A，电弧电压20—40V，起弧时间0.1－1小时将SmxCo100-x母合金制备成SmCo纳米颗粒，并将颗粒通过气氛保护密封罐进行收集。
本发明提供的钐钴纳米颗粒度均匀，平均粒径小于等于100纳米，通过调控母合金的成分，可以获得具有不同化学成分、晶体结构和磁性能的多种钐钴纳米颗粒。通过调节蒸发冷凝过程的各项工艺参数可以实现对生产钐钴纳米颗粒平均粒径的调控，而且所制备的纳米颗粒具有较好的粒度分布，即粒度均匀性较好。同时全过程保持高纯度惰性气体保护，避免氧化，产品的综合磁性能良好。附图1-2和表1给出了所制备钐钴纳米颗粒的微结构(以SmCo5纳米颗粒为代表)和磁性能的结果。
附图说明
图1是本发明所制备的SmCo5纳米颗粒的微观形貌和晶体结构(透射电子显微镜照片和选区电子衍射图片)。
图2是本发明所制备的SmCo5纳米颗粒的磁滞回线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
1)选用纯度大于99.99％的Sm和Co金属原料，按照24:76摩尔比的成分配比，在纯度为99.999％的氩气气氛保护下的悬浮熔炼炉中熔炼得到Sm24Co76母合金。
2)将Sm24Co76母合金作为阳极，金属钨作为阴极，在纯度为99.9999％的氦气气氛保护下通过蒸发冷凝的方法制备纳米颗粒，反应中采用电弧电流100A，电弧电压20V，起弧时间0.1小时。制备出平均粒径30纳米的Sm2Co7纳米颗粒，并将颗粒通过气氛保护密封罐进行收集。
实施例2：
1)选用纯度大于99.99％的Sm和Co金属原料，按照18:82的摩尔比成分配比，在纯度为99.999％的氩气气氛保护下的悬浮熔炼炉中熔炼得到Sm18Co82母合金。
2)将Sm24Co76母合金作为阳极，金属钨作为阴极，在纯度为99.9999％的氦氩混合气氛(氦气：氩气＝30：70)保护下通过蒸发冷凝的方法制备纳米颗粒，反应中采用电弧电流150A，电弧电压25V，起弧时间0.3小时。制备出SmCo5纳米颗粒，并将颗粒通过气氛保护密封罐进行收集。所得到的平均粒径50纳米的SmCo5纳米颗粒的微观形貌和晶体结构如图1所示，磁滞回线如图2所示。
实施例3：
1)选用纯度大于99.99％的Sm和Co金属原料，按照14:86的摩尔比成分配比，在纯度为99.999％的氩气气氛保护下的悬浮熔炼炉中熔炼得到Sm14Co86母合金。
2)将Sm14Co86母合金作为阳极，金属钨作为阴极，在纯度为99.9999％的氦氩混合气氛(氦气：氩气＝70：30)保护下通过蒸发冷凝的方法制备纳米颗粒，反应中采用电弧电流250A，电弧电压30V，起弧时间0.8小时。制备出平均粒径80纳米的SmCo7纳米颗粒，并将颗粒通过气氛保护密封罐进行收集。
实施例4：
1)选用纯度大于99.99％的Sm和Co金属原料，按照12:88的成分配比，在纯度为99.999％的氩气气氛保护下的悬浮熔炼炉中熔炼得到Sm12Co88母合金。
2)将Sm14Co86母合金作为阳极，金属钨作为阴极，在纯度为99.9999％的氩气气氛保护下通过蒸发冷凝的方法制备纳米颗粒，反应中采用电弧电流300A，电弧电压40V，起弧时间1小时。制备出平均粒径100纳米的Sm2Co17纳米颗粒，并将颗粒通过气氛保护密封罐进行收集。
表1实施例1-4中制备的SmCo磁体的主要磁性能参数：饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力和磁能积

Claims (2)

1.一种成分和粒度可调控的钐钴化合物纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选用纯度大于99.99％的Sm和Co金属单质原料，按照SmxCo100-x中元素摩尔比准备原料，然后在纯度为99.9999％的氩气气氛保护下的悬浮熔炼炉中熔炼得到SmxCo100-x母合金，0＜x≤24；
2)以步骤1)得到的SmxCo100-x母合金中的任何一种作为阳极，金属钨作为阴极，在纯度为99.9999％的氩气、纯度为99.9999％氦气或者二者的混合气氛(二者比例在0～100％间任意可调)下，总气压为1个大气压，选择电弧电流100—300A，电弧电压20—40V，起弧时间0.1－1小时将SmxCo100-x母合金制备成SmCo纳米颗粒，并将颗粒通过气氛保护密封罐进行收集。
2.按照权利要求1所述的一种成分和粒度可调控的钐钴化合物纳米颗粒的制备方法，其特征在于，钐钴化合物纳米颗粒平均粒径小于等于100纳米。
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