CN116605914A - 一种磁性高熵陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磁性高熵陶瓷及其制备方法，涉及高熵陶瓷加工技术领域。所述磁性高熵陶瓷的化学通式为(GdXDyXYXEuXMX)3Fe5O12，其中M为Sm、Tm、Yb中的任意一种，且X＞0，且采用两步无压烧结法进行高熵陶瓷的制备。本发明克服了现有技术的不足，通过设计五种镧系稀土元素的选择和配比有效保证高熵陶瓷的磁性能，并且整个加工过程简单高效，有效降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及高熵陶瓷加工技术领域，具体涉及一种磁性高熵陶瓷及其制备方法。
背景技术
最初熵稳定材料在高熵合金中得到广泛的应用，高熵陶瓷的概念也继承自该领域。高熵氧化物(HEO)是一种新的固体溶液结构，包含五种以上不同类型的阳离子。在这种情况下，HEO表现出高度可定制的特性，可以通过构型熵来控制，使材料更加独特。对于具有高熵控制的材料设计概念，简单固溶相的稳定性是由于具有高混合控制的构型熵。HEO的主要目标是使用“熵”来调整成分，很少有人研究过它。该化合物通过构型熵保持稳定，但会随着温度的升高而变得越来越稳定。几种成分和元素的组合产生不同的晶体结构，如岩盐、萤石、尖晶石和钙钛矿，这些已经使用HEO概念稳定。由于“高熵”已经被诱导到各种晶体结构中，因此对其他晶体结构的研究还需要进一步的探索。
高熵陶瓷具有丰富的元素种类和结构多样性，HEOx开发中研究最多的领域之一是磁性材料。在这种情况下，HEOx表现出高度可定制的特性，允许它们的设计符合给定技术的特定要求，以及由于其熵性质而导致的额外特性的数量，例如显著的高磁挫折，所以针对市场需求，设计一种良好磁性的高熵陶瓷是一大研发方向。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种磁性高熵陶瓷及其制备方法，通过设计五种镧系稀土元素的选择和配比有效保证高熵陶瓷的磁性能，并且整个加工过程简单高效，有效降低生产成本。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种磁性高熵陶瓷，所述磁性高熵陶瓷的化学通式为(GdXDyXYXEuXMX)3Fe5O12，其中M为Sm、Tm、Yb中的任意一种，且X＞0。
优选的，所述Gd、Dy、Y、Eu、M的摩尔比为1∶1∶1∶1∶1。
所述磁性高熵陶瓷的制备方法包括以下步骤：
(1)按等金属离子摩尔比称取五种稀土氧化物，并将原料混合球磨后烘干，得球磨料备用；
(2)将球磨料置入马弗炉，进行第一次烧结10h，取出得第一烧结料；
(3)将第一烧结料置入马弗炉继续升温进行第二次烧结，保温10小时，获得磁性高熵陶瓷粉末。
优选的，所述步骤(1)中球磨的方式为将原料加入蒸馏水于球磨仪中充分球磨混合4-6h。
优选的，所述步骤(2)中第一次烧结的温度为1150℃。
优选的，所述步骤(2)中以3.5℃-4℃/min的升温速率升温至1150℃进行烧结。
优选的，所述步骤(3)中二次烧结的温度为1350℃。
优选的，所述步骤(3)在进行二次烧结前需将第一烧结料进行破碎处理。
本发明提供一种磁性高熵陶瓷及其制备方法，与现有技术相比优点在于：
本发明采用Gd、Dy、Y、Eu和Sm、Tm、Yb之中任意一种元素制备成一种磁性高熵陶瓷，其能够在磁学领域具有较好的应用场景，同时本发明采用两步无压烧结法进行高熵陶瓷的制备，具有成本低、操作简单、制备周期短等特点，有效扩大材料的应用范围外降低使用成本。
附图说明：
图1中a为本发明实施例1制得的(Gd0.2Dy0.2Eu0.2Y0.2Sm0.2)3Fe5O12高熵陶瓷粉体的XRD图；b为本发明实施例2制得的(Gd0.2Dy0.2Eu0.2Y0.2Tm0.2)3Fe5O12高熵陶瓷粉体的XRD图；c为本发明实施例3制得的(Gd0.2Dy0.2Eu0.2Y0.2Yb 0.2)3Fe5O12高熵陶瓷粉体的XRD图；
图2为本发明实施例1中合成高熵陶瓷的SEM图；
图3为为本发明实施例1中合成高熵陶瓷粉体的M-H图；
图4为本发明实施例2中合成高熵陶瓷的SEM图；
图5为本发明实施例2中合成高熵陶瓷粉体的M-H图；
图6为本发明实施例3中合成高熵陶瓷的SEM图；
图7为本发明实施例3中合成高熵陶瓷粉体的M-H图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高熵陶瓷(Gd0.2Dy0.2Eu0.2Y0.2Sm 0.2)3Fe5O12的制备方法，步骤如下：
(1)选取Gd2O3、Dy2O3、Eu2O3、Y2O3、Sm2O3为原料，按照所述化学式称取等摩尔比的原料粉末，并将称取的原料粉末放入盛有100ml蒸馏水的球磨罐中，加入钢球进行球磨。设置球磨罐转速为250转/分钟，球磨5小时后取出，将充分混合后的浆料置入烘箱内烘干获得球磨原料。
(2)将步骤(1)制备好的球磨原料置入马弗炉，设置每分钟升温速度为4℃，将球磨原料加热至1150℃并保温10小时，然后将第一次烧结后的粉末取出后置入研钵破碎。
(3)将预制粉料置入马弗炉在1350℃下进行第二次烧结，保温10小时，获得具有石榴石材料的高熵陶瓷粉末。
实施例2：
一种高熵陶瓷(Gd0.2Dy0.2Eu0.2Y0.2Tm0.2)3Fe5O12的制备方法，步骤如下：
(1)选取Gd2O3、Dy2O3、Eu2O3、Y2O3、Tm2O3为原料，按照所述化学式称取等摩尔比的原料粉末，并将称取的原料粉末放入盛有100ml蒸馏水的球磨罐中，加入钢球进行球磨。设置球磨罐转速为250转/分钟，球磨5小时后取出，将充分混合后的浆料置入烘箱内烘干获得球磨原料。
(2)将步骤(1)制备好的球磨原料置入马弗炉，设置每分钟升温速度为4℃，将球磨原料加热至1150℃并保温10小时，然后将第一次烧结后的粉末取出后置入研钵破碎。
(3)将预制粉料置入马弗炉在1350℃下进行第二次烧结，保温10小时，获得具有石榴石材料的高熵陶瓷粉末。
实施例3：
一种高熵陶瓷(Gd0.2Dy0.2Eu0.2Y0.2Yb0.2)3Fe5O12的制备方法，步骤如下：
(1)选取Gd2O3、Dy2O3、Eu2O3、Y2O3、Yb2O3为原料，按照所述化学式称取等摩尔比的原料粉末，并将称取的原料粉末放入盛有100ml蒸馏水的球磨罐中，加入钢球进行球磨，设置球磨罐转速为250转/分钟，球磨5小时后取出，将充分混合后的浆料置入烘箱内烘干获得球磨原料。
(2)将步骤(1)制备好的球磨原料置入马弗炉，设置每分钟升温速度为4℃，将球磨原料加热至1150℃并保温10小时，然后将第一次烧结后的粉末取出后置入研钵破碎。
(3)将预制粉料置入马弗炉在1350℃下进行第二次烧结，保温10小时，获得具有石榴石材料的高熵陶瓷粉末。
检测：
对上述实施例1-3所制得的高熵陶瓷粉末进行检测：
1、通过XRD确定制备的高熵陶瓷具有石榴石结构(Ia-3d)：
具体结果如图1所示，其中实施例1为a，实施例2为b，实施例3为c，通过与Fe5Dy3O12(PDF#73-1378)的衍射峰对比可知各组陶瓷样品均具有单一的石榴石结构。
2、采用SEM观察样品颗粒的形貌：
其中实施例1中合成高熵陶瓷的SEM图如图2所示；实施例2中合成高熵陶瓷的SEM图如图4所示；实施例3中合成高熵陶瓷的SEM图如图6所示，可知各组样品粉末均多为圆柱体。
3、采用振动样品磁强计测量了样品的磁性能：
其中实施例1中合成高熵陶瓷粉体的M-H图如图3所示；实施例2中合成高熵陶瓷粉体的M-H图如图5所示；实施例3中合成高熵陶瓷粉体的M-H图如图7所示；
各组高熵陶瓷粉体的磁学性能如下表所示：
| 组别 | 矫顽力 | 剩余磁化强度 | 饱和磁化强度 |
| 实施例1 | 17.61Oe | 1.26emu/g | 13.65emu/g |
| 实施例2 | 16.31Oe | 1.15emu/g | 12.37emu/g |
| 实施例3 | 15.56Oe | 1.17emu/g | 13.27emu/g |
由上表可知高熵陶瓷粉体具有较高的饱和磁化强度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种磁性高熵陶瓷，其特征在于，所述磁性高熵陶瓷的化学通式为(GdXDyXYXEuXMX)3Fe5O12，其中M为Sm、Tm、Yb中的任意一种，且X＞0。
2.根据权利要求1所述的一种磁性高熵陶瓷，其特征在于：所述Gd、Dy、Y、Eu、M的摩尔比为1∶1∶1∶1∶1。
3.一种如权利要求1-2任意所述磁性高熵陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按等金属离子摩尔比称取五种稀土氧化物，并将原料混合球磨后烘干，得球磨料备用；
(2)将球磨料置入马弗炉，进行第一次烧结10h，取出得第一烧结料；
(3)将第一烧结料置入马弗炉继续升温进行第二次烧结，保温10小时，获得磁性高熵陶瓷粉末。
4.根据权利要求3所述的一种磁性高熵陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中球磨的方式为将原料加入蒸馏水于球磨仪中充分球磨混合4-6h。
5.根据权利要求3所述的一种磁性高熵陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中第一次烧结的温度为1150℃。
6.根据权利要求3所述的一种磁性高熵陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中以3.5℃-4℃/min的升温速率升温至1150℃进行烧结。
7.根据权利要求3所述的一种磁性高熵陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中二次烧结的温度为1350℃。
8.根据权利要求3所述的一种磁性高熵陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)在进行二次烧结前需将第一烧结料进行破碎处理。
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