CN109796200A - 稀土掺杂永磁铁氧体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述稀土掺杂永磁铁氧体，化学式为Sr1‑x‑yRxCayFe2nCoz1Znz2O19，式中，0.01≤x<0.5、0<y≤0.5、0.01≤z1≤0.5、0<z2≤0.3、5.2≤n≤6.5，R为La、Ce、Pr中的至少一种，组织结构为六角晶系。制备方法的步骤如下：(1)配料与混料；(2)混合料的预烧；(3)生坯的制备；(4)烧结。本发明所述稀土掺杂永磁铁氧体，磁性能大幅度提高，剩磁Br的范围为445～455mT，内禀矫顽力Hcj的范围为340～440KA/m，最大磁能积BH(max)的范围为37～40KJ/m3。
Description
技术领域
本发明属于永磁铁氧体领域，特别涉及稀土掺杂永磁铁氧体及其制备方法。
背景技术
永磁铁氧体材料由于性能稳定，价格较低的优势，在市场中一直占有很大的比例。第一类传统铁氧体为钡铁氧体或锶铁氧体，化学式为RFe12O19，R为Ba或Sr，制备时通常添加一定量的CaCO3、SiO2、Al2O3、H3BO3、SrCO3、BaCO3、Cr2O3等作为添加剂，但此类永磁铁氧体的磁性能不高。为了提高磁性能，开发出了第二类改善型永磁铁氧体，即以包含稀土元素La及贵金属Co为主要替换离子的Sr(Ba)1-xRxFe2n-yCoyO19型铁氧体，其中0＜x≤0.5，0.01≤y≤1.0,5.2≤n≤6.0，但第二类改善型永磁铁氧体的剩磁为430～440mt，内禀矫顽力为300～390KA/m，最大磁能积为34～37KJ/m3，仍然难以满足市场中对高性能永磁铁氧体的使用要求，尤其是随着电子器件的集成小型化，要求铁氧体材料具有更高的磁性能。此外，传统铁氧体的烧结温度一般高达1300℃，不仅影响铁氧体的性能，而且增大能耗。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供改进的稀土掺杂永磁铁氧体及其制备方法，以进一步提高磁性能并降低烧结温度，使性价比更高。
本发明所述稀土掺杂永磁铁氧体，化学式为Sr1-x-yRxCayFe2nCoz1Znz2O19，式中，0.01≤x<0.5、0<y≤0.5、0.01≤z1≤0.5、0<z2≤0.3、5.2≤n≤6.5，R为La、Ce、Pr中的至少一种，组织结构为六角晶系。
本发明所述稀土掺杂永磁铁氧体的制备方法，步骤如下：
(1)配料与混料
以SrCO3粉末、CaCO3粉末、R的氧化物粉末、Fe2O3粉末、Co的氧化物粉末和ZnO粉末为原料，各原料的重量按权利要求1所述稀土掺杂永磁铁氧体的化学式计算和计量，将计量好的各原料粉末通过湿法球磨得到悬浮颗粒平均粒径在为0.5～1μm的混合料；所述R的氧化物粉末为La的氧化物粉末、Ce的氧化物粉末、Pr的氧化物粉末中的至少一种；
(2)混合料的预烧
将步骤(1)所得混合料去除水分后在常压下于1100～1250℃预烧2～4小时，得到预烧料；
(3)生坯的制备
将步骤(2)所得预烧料进行粗破碎得到平均粒径3～6μm的预烧粉末，然后将预烧粉末、表面活性剂和二次添加剂通过湿法球磨破碎混合，得到平均粒径在0.6～0.8μm的料浆，再将所述料浆过滤水分，控制含水率在35～45％，继后将过滤水分后的浆料采用湿压磁场取向压制成生坯；
所述表面活性剂的量为步骤(1)所述各原料总重量的0.1～2％，所述二次添加剂的量为预烧粉末重量的0.1～5％；
(4)烧结
将步骤(3)制备的生坯在常压下升温至1100～1200℃烧结1～3h，然后冷却至室温即得到稀土掺杂永磁铁氧体。
上述制备方法中，步骤(3)所述表面活性剂为葡萄糖酸钙、山梨糖醇、石墨烯、聚乙二醇中的至少一种，所述二次添加剂为CaCO3、SiO2、Al2O3、H3BO3、SrCO3、BaCO3、Cr2O3中的至少三种。
上述制备方法中，所述步骤(4)升温时的升温速度为0.5～2.5℃/min，烧结后冷却的降温速度为3～4℃/min。
上述制备方法中，所述步骤(1)和步骤(3)湿法球磨时料的重量：水的重量：磨球的重量＝1：(1.2～1.5)：(11～13)。
上述制备方法中，所述步骤(3)采用湿压磁场取向压制生坯的压力为7～8MPa，脉冲磁场强度为8～10KOe。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述稀土掺杂永磁铁氧体，磁性能大幅度提高，经测试，剩磁Br的范围为445～455mT，内禀矫顽力Hcj的范围为340～440KA/m，最大磁能积BH(max)的范围为37～40KJ/m3。
2、本发明所述方法不仅成功地制备出了高磁性能的稀土掺杂永磁铁氧体，而且烧结温度降低，使用的设备为现有常规设备，因此可降低能耗和生产投入成本及风险，便于推广实施。
附图说明
图1是实施例1所制备的稀土掺杂永磁铁氧体的磁性能测试曲线图。
图2是实施例2所制备的稀土掺杂永磁铁氧体的磁性能测试曲线图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述稀土掺杂永磁铁氧体及其制备方法作进一步说明。
下述实施例中，各原料粉末均为市售商品，且为微米级粉末；稀土掺杂永磁铁氧体磁性能测试采用AMT-4永磁特性自动测量仪测试。
实施例1
本实施例制备的稀土掺杂永磁铁氧体，化学式为Sr1-x-yRxCayFe2nCoz1Znz2O19，式中，x＝0.43、y＝0.5、z1＝0.4、z2＝0.05、n＝5.77，R为La和Ce，步骤如下：
(1)配料与混料
原料为：SrCO3 10g、CaCO3 50g、La2O3 53.7g、CeO2 17.2g、Fe2O3 920g、CoO 30g、ZnO 4g，将计量好的各原料粉末投入到滚筒球磨机中湿法球磨6小时，得到悬浮颗粒的平均粒径为0.9μm的混合料，球磨时，料的重量：水的重量：球的重量＝1:1.5:12.5，球磨机转速85r/min；
(2)混合料的预烧
将步骤(1)所得混合料滤水并烘干后放入旋转窑炉中，在常压下于1230℃预烧2小时，得到预烧料，烘干的温度为200℃、时间为6小时；
(3)生坯的制备
将步骤(2)所得预烧料在振动球磨机中粗破碎后过120目筛，得到平均粒径3～6μm的预烧粉末，然后将预烧粉末、表面活性剂和二次添加剂投入到滚筒球磨机中湿法球磨15小时，得到平均粒度为0.8μm的料浆，再将所述料浆过滤水分，控制含水率在35％，继后将过滤水分后的浆料采用湿压磁场取向压制成生坯，脉冲磁场强度为8KOe，成型压力为8MPa；
所述表面活性剂为山梨糖醇和石墨烯，山梨糖醇为步骤(1)所述各原料总重量的0.8％，石墨烯为步骤(1)所述各原料总重量的0.2％；所述二次添加剂为CaCO3、SiO2、Al2O3、H3BO3、BaCO3和SrCO3，二次添加剂的量为预烧粉末重量的1.6％，其中，CaCO3 0.6％、SiO20.3％、Al2O3 0.1％、H3BO3 0.2％、BaCO3 0.2％、SrCO3 0.2％；球磨时，料的重量：水的重量：球的重量＝1:1.5:12.5，球磨机转速85r/min；
(4)烧结
将步骤(3)制备的生坯放入烧结窑中，在常压下以2℃/min的升温速度加热1185℃保温1小时，然后以4℃/min的降温速度冷却至室温即得到稀土掺杂永磁铁氧体。
将本实施例制备的稀土掺杂永磁铁氧体经进行磁性能测试，其磁性能曲线见图1，测试结果显示：剩磁Br为454mT，内禀矫顽力Hcj为348KA/m，最大磁能积BH(max)为39.75KJ/m3。
实施例2
本实施例制备的稀土掺杂永磁铁氧体，化学式为Sr1-x-yRxCayFe2nCoz1Znz2O19，式中，x＝0.44、y＝0.43、z1＝0.5、z2＝0.024、n＝5.48，R为La和Pr，步骤如下：
(1)配料与混料
原料为：SrCO3 20g、CaCO3 44g、La2O3 55.7g、Pr6O11 17g、Fe2O3：890g、Co2O3 16.6g、Co3O424.7g、ZnO 2g，将计量好的各原料粉末投入到滚筒球磨机中湿法球磨8小时，得到悬浮颗粒的平均粒径为0.7μm的混合料，球磨时料的重量：水的重量：球的重量＝1:1.2:11.5，球磨机转速85r/min；
(2)混合料的预烧
将步骤(1)所得混合料滤水并烘干后放入旋转窑炉中，在常压下于1180℃预烧3小时，得到预烧料，烘干的温度为250℃、时间为5小时；
(3)生坯的制备
将步骤(2)所得预烧料在振动球磨机中粗破碎后过120目筛，得到平均粒径3～6μm的预烧粉末，然后将预烧粉末、表面活性剂和二次添加剂投入到滚筒球磨机中湿法球磨18小时，得到平均粒度为0.75μm的料浆，再将所述料浆过滤水分，控制含水率在40％，继后将过滤水分后的浆料采用湿压磁场取向压制成生坯，脉冲磁场强度为9KOe，成型压力为7MPa；
所述表面活性剂为葡萄糖酸钙和聚乙二醇，葡萄糖酸钙为步骤(1)所述各原料总重量的0.6％，聚乙二醇为步骤(1)所述各原料总重量的0.2％；所述二次添加剂为CaCO3、SiO2、Al2O3、Cr2O3、H3BO3和SrCO3，二次添加剂的量为预烧粉末重量的1.7％，其中，CaCO30.6％、SiO2 0.3％、Al2O3 0.1％、Cr2O3 0.1％、H3BO3 0.2％、SrCO3 0.4％；球磨时，水的重量：球的重量＝1:1.2:11.5，球磨机转速85r/min；
(4)烧结
将步骤(3)制备的生坯放入烧结窑中，在常压下以1℃/min的升温速度加热1155℃保温2小时，然后以3℃/min的降温速度冷却至室温即得到稀土掺杂永磁铁氧体。
将本实施例制备的稀土掺杂永磁铁氧体经进行磁性能测试，其磁性能曲线见图2，测试结果显示：剩磁Br为448mT，内禀矫顽力Hcj为434KA/m，最大磁能积BH(max)为39.28KJ/m3。
Claims (10)
1.稀土掺杂永磁铁氧体，其特征在于该永磁铁氧体的化学式为Sr1-x- yRxCayFe2nCoz1Znz2O19，式中，0.01≤x<0.5、0<y≤0.5、0.01≤z1≤0.5、0<z2≤0.3、5.2≤n≤6.5，R为La、Ce、Pr中的至少一种，组织结构为六角晶系。
2.一种权利要求1所述稀土掺杂永磁铁氧体的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)配料与混料
以SrCO3粉末、CaCO3粉末、R的氧化物粉末、Fe2O3粉末、Co的氧化物粉末和ZnO粉末为原料，各原料的重量按权利要求1所述稀土掺杂永磁铁氧体的化学式计算和计量，将计量好的各原料粉末通过湿法球磨得到悬浮颗粒平均粒径为0.5～1μm的混合料；所述R的氧化物粉末为La的氧化物粉末、Ce的氧化物粉末、Pr的氧化物粉末中的至少一种；
(2)混合料的预烧
将步骤(1)所得混合料去除水分后在常压下于1100～1250℃预烧2～4小时，得到预烧料；
(3)生坯的制备
将步骤(2)所得预烧料进行粗破碎得到平均粒径为3～6μm的预烧粉末，然后将预烧粉末、表面活性剂和二次添加剂通过湿法球磨破碎混合，得到平均粒径在0.6～0.8μm的料浆，再将所述料浆过滤水分，控制含水率在35～45％，继后将过滤水分后的浆料采用湿压磁场取向压制成生坯；
所述表面活性剂的量为步骤(1)所述各原料总重量的0.1～2％，所述二次添加剂的量为预烧粉末重量的0.1～5％；
(4)烧结
将步骤(3)制备的生坯在常压下升温至1100～1200℃烧结1～3h，然后冷却至室温即得到稀土掺杂永磁铁氧体。
3.根据权利要求2所述稀土掺杂永磁铁氧体的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述表面活性剂为葡萄糖酸钙、山梨糖醇、石墨烯、聚乙二醇中的至少一种，所述二次添加剂为CaCO3、SiO2、Al2O3、H3BO3、SrCO3、BaCO3、Cr2O3中的至少三种。
4.根据权利要求2或3所述稀土掺杂永磁铁氧体的制备方法，其特征在于所述步骤(4)中，升温时的升温速度为0.5～2.5℃/min，烧结后冷却的降温速度为3～4℃/min。
5.根据权利要求2或3所述稀土掺杂永磁铁氧体的制备方法，其特征在于所述步骤(1)和步骤(3)中，湿法球磨时料的重量：水的重量：磨球的重量＝1：(1.2～1.5)：(11～13)。
6.根据权利要求4所述稀土掺杂永磁铁氧体的制备方法，其特征在于所述步骤(1)和步骤(3)中，湿法球磨时料的重量：水的重量：磨球的重量＝1：(1.2～1.5)：(11～13)。
7.根据权利要求2或3所述稀土掺杂永磁铁氧体的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中，采用湿压磁场取向压制生坯的压力为7～8MPa，脉冲磁场强度为8～10KOe。
8.根据权利要求4所述稀土掺杂永磁铁氧体的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中，采用湿压磁场取向压制生坯的压力为7～8MPa，脉冲磁场强度为8～10KOe。
9.根据权利要求5所述稀土掺杂永磁铁氧体的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中，采用湿压磁场取向压制生坯的压力为7～8MPa，脉冲磁场强度为8～10KOe。
10.根据权利要求6所述稀土掺杂永磁铁氧体的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中，采用湿压磁场取向压制生坯的压力为7～8MPa，脉冲磁场强度为8～10KOe。
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