RU2373593C2 - Способ получения высококоэрцитивных материалов на основе гексаферрита стронция - Google Patents
Способ получения высококоэрцитивных материалов на основе гексаферрита стронция Download PDFInfo
- Publication number
- RU2373593C2 RU2373593C2 RU2007137681/15A RU2007137681A RU2373593C2 RU 2373593 C2 RU2373593 C2 RU 2373593C2 RU 2007137681/15 A RU2007137681/15 A RU 2007137681/15A RU 2007137681 A RU2007137681 A RU 2007137681A RU 2373593 C2 RU2373593 C2 RU 2373593C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- strontium hexaferrite
- hexaferrite
- glass
- magnetic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения магнитотвердых материалов, которые могут быть использованы для производства магнитных порошков, постоянных магнитов, магнитопластов, магнитных жидкостей различного назначения, а также устройств магнитной записи высокой плотности. Способ получения частиц гексаферрита стронция, легированного алюминием, включает приготовление расплава состава SrFe12-yAlyO19+n·(SrAl2O4+Sr2B2O5), где 0,5≤у≤2,0, 3≤n≤5, закалку расплава и термообработку образовавшегося при закалке материала в интервале температур 850-1000°С продолжительностью не менее 1 ч, в результате чего формируют стеклокерамический материал, содержащий частицы гексаферрита стронция состава SrFe12-xAlxO19, где х=0,5-2, диаметром 200-500 нм. Также способ позволяет выделять частицы гексаферрита стронция при растворении полученных материалов в растворах соляной и уксусной кислот. Изобретение позволяет получать материалы на основе гексаферрита стронция с повышенной коэрцитивной силой (не менее 8000 Э) и намагниченностью насыщения не менее 40 э.м.е./г. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способу синтеза магнитотвердых материалов, и позволяет получить однодоменные частицы легированного алюминием гексаферрита стронция, которые изолированы в немагнитной матрице, а также выделить их в виде ультрадисперсных порошков. Получаемый материал может быть использован для производства магнитных порошков, постоянных магнитов, магнитопластов и магнитных жидкостей различного назначения, а также устройств магнитной записи высокой плотности, в том числе и перпендикулярной.
Уровень техники
Гексаферриты М-типа (AFe12O19, A=Ba, Sr, Pb) являются наиболее распространенными магнитотвердыми материалами. Их свойства во многом зависят от способа получения. Метод кристаллизации стеклообразных предшественников позволяет получать неагрегированные частицы гексаферритов с требуемыми размерами, а также проводить легирование.
Известный способ получения гексаферритов из боратных стекол описан в работе Shirk B.T., Buessem W.R. (Journal of the American Ceramic Society. 1970. 53 (4). 192-196) и патентах US 3630667 «Production of Barium Ferrite» и US 3716630 «Hard Magnetic Ferrites». Способ заключается в получении гексаферритов бария и стронция методом термической кристаллизации стекол в системах ВаО-Fe2O3-B2O3 и SrO-Fe2O3-B2O3. Значения коэрцитивной силы достигают 5350 и 5800 Э для гексаферритов бария и стронция соответственно. Недостатком данного метода является принципиальная невозможность получения материала, обладающего большими величинами коэрцитивной силы.
В качестве прототипа изобретения был выбран способ, описанный в работах Zaitsev D.D., Kazin P.E., Trusov L.A., Tretyakov Y.D. (Russian Chemical Bulletin. 2005. 1. 74-77), Zaitsev D.D., Kazin P.E., Trusov L.A., Vishnyakov D.A., Tretyakov Yu.D., Jansen M. (Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2006. 300. 473-475) и Yakuphanoglu F., Zaitsev D.D., Trusov L.A., Kazin P.E. (Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2007. 312. 43-47). Он предусматривает использование стекол в системе SrO-Fe2O3-Al2O3-B2O3 для получения гексаферрита стронция, легированного алюминием. Недостатком прототипа, как и в предыдущем случае, является то, что он не позволяет получать стеклокерамику с коэрцитивной силой более 7700 Э, вследствие применения неэффективного режима термической обработки стекол. Также не был предложен метод выделения частиц гексаферрита в виде ультрадисперсного высококоэрцитивного порошка гексаферрита стронция, легированного алюминием.
Совокупность существенных признаков изобретения
Была поставлена задача синтеза ультрадисперсных частиц гексаферрита стронция, которые обладают коэрцитивной силой выше 8000 Э (640 кА/м).
Данная задача была решена настоящим изобретением, в частности синтезом магнитной стеклокерамики на основе гексаферрита стронция, легированного алюминием, SrFe12-xAlxO19, при кристаллизации стекол в системе SrO-Fe2O3-Al2O3-В2О3, а также получением ультрадисперсных порошков
SrFe12-xAlxO19 при растворении стеклокерамики.
Поставленная задача решается благодаря тому, что полученные материалы содержат однодоменные частицы SrFe12-xAlxO19, в которых степень замещения железа на алюминий составляет x=0.5-2.0.
Технический результат
Методом кристаллизации стекол в системе SrO-Fe2O3-Al2O3-B2O3 получены стеклокерамические композиты, содержащие частицы SrFe12-xAlxO19, имеющие форму гексагональных пластин с толщиной 50-150 нм и диаметром 200-500 нм (отношение толщина/диаметр находится в пределах 1/5-1/3). Степень замещения железа на алюминий составляет х=0.5-2.0. Магнитные характеристики стеклокерамики: коэрцитивная сила не менее 8000 Э (635 кА/м), намагниченность насыщения не менее 12 э.м.е./г (12 А·м2/кг).
Растворением немагнитной матрицы стеклокерамики выделены описанные выше частицы гексаферрита стронция, легированного алюминием, в виде порошков с коэрцитивной силой не менее 8000 Э (635 кА/м) и намагниченностью насыщения не менее 40 э.м.е./г (40 А·м2/кг).
Детальное описание способа получения
Высококоэрцитивные частицы гексаферрита стронция, легированного алюминием, формируются при кристаллизации стекол в системе SrO-Fe2O3-Al2O3-В2О3. Для успешного проведения синтеза необходимо соблюдение двух основных условий: (1) исходный состав стекла должен быть таковым, чтобы в конечном материале гексаферрит стронция был доминирующей железосодержащей фазой (т.е. предполагается высокий выход желаемого продукта), и (2) исходный состав должен плавиться при достижимых в промышленности температурах и иметь тенденцию образовывать аморфное стекло при быстром охлаждении (т.е. должен содержать достаточное количество стеклообразующих компонентов). Этим условиям удовлетворяют составы вида SrFe12-yAlyO19+n·(SrAl2O4+Sr2B2O5), где 0.5≤y≤2.0, 3≤n≤5. Кроме того, для модификации свойств стекол в указанные композиции могут быть внесены дополнительные добавки оксидов SrO, Al2O3, B2O3, Na2O и K2O (до 20 вес.%).
Для приготовления стекол используются соединения стронция, железа, алюминия, бора, натрия и калия, при термической обработке которых образуются соответствующие оксиды. Исходные вещества берутся в необходимых молярных соотношениях. Смесь исходных веществ нагревается до температур 1150-1600°С, при этом происходит их разложение и плавление. Полученный расплав при быстром охлаждении закаливается для образования стекла. Стекло представляет собой плотный аморфный материал.
Высококоэрцитивные частицы SrFe12-xAlxO19 формируются в процессе термообработки стекол при температурах 850-1000°С продолжительностью не менее 1 ч.
Частицы SrFe12-xAlxO19 имеют форму гексагональных пластин с толщиной 50-150 нм и диаметром 200-500 нм (отношение толщина/диаметр находится в пределах 1/5-1/3). Степень замещения железа на алюминий составляет х=0.5-2.0. Коэрцитивная сила стеклокерамики составляет не менее 8000 Э (635 кА/м), намагниченность насыщения - не менее 12 э.м.е./г (12 А·м2/кг).
Ультрадисперсные порошки гексаферрита стронция, легированного алюминием, получают при растворении остальных фаз стеклокерамики, например, в растворах соляной или уксусной кислот. Частицы, формирующие порошки, по форме и размерам не отличаются от частиц в исходной стеклокерамике. Коэрцитивная сила порошков составляет не менее 8000 Э (635 кА/м), намагниченность насыщения порошков - не менее 40 э.м.е./г (40 А·м2/кг).
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами и примерами:
Фиг.1. Частицы гексаферрита в образце стеклокерамики состава
13SrO-11FeO1.5-9AlO1.5-8BO1.5, полученном в процессе термообработки стекла при 950°С в течение 24 ч. Сканирующая электронная микроскопия, образец отшлифован и подтравлен 3% HCl.
Фиг.2. Петля магнитного гистерезиса образца стеклокерамики состава
13SrO-11FeO1.5-9A101.5-8BO1.5, полученного в процессе термообработки стекла при 950°С в течение 24 ч. СКВИД-магнитометр.
Фиг.3. Микрофотография порошка гексаферрита, полученного при растворении стеклокерамики (состав стекла 13SrO-11FeO1.5-9A101.5-8BO1.5, термообработка при 950°С в течение 2 ч). Сканирующая электронная микроскопия.
Фиг.4. Петля магнитного гистерезиса порошка гексаферрита, полученного при растворении стеклокерамики (состав стекла 13SrO-11FeO1.5-9A101.5-8BO1.5, термообработка при 950°С в течение 2 ч). СКВИД-магнитометр.
Пример 1
Магнитную стеклокерамику состава 13SrO-11FeO1.5-9AlO1.5-8BO1.5 приготавливают следующим образом. Для получения 6 г стекла берут навески следующих веществ: 3.886 г SrCO3, 1.779 г Fe2O3, 0.929 г Al2O3, 1.001 г Н3ВО3.
Исходные вещества смешивают, измельчают и помещают в платиновый тигель. Смесь нагревают в трубчатой печи до температуры 1400°С, при этом происходит образование расплава. Расплав закаливают путем прокатки между вращающимися стальными валками в воду для получения стекла. По данным рентгенофазового анализа, полученный материал не содержит кристаллических фаз.
Стекло помещают в нагретую до 950°С печь и выдерживают в ней в течение 24 ч, после чего закаливают на воздух.
Микрофотография образца стеклокерамики приведена на фиг.1. Из данных рентгеновской дифракции были рассчитаны параметры элементарной ячейки гексаферрита, и по ним было определено, что степень замещения железа на алюминий составляет х=1.4±0.1. Полученный материал обладает намагниченностью насыщения 17.3 э.м.е./г (17.3 А·м2/кг) и коэрцитивной силой 10180 Э (810 кА/м). Соответствующая зависимость намагниченности образца от внешнего магнитного поля приведена на фиг.2.
Пример 2
Стекло из Примера 1 отжигают при температуре 950°С в течение 2 ч. Полученную стеклокерамику помещают в 3% раствор соляной кислоты и подвергают ультразвуковой обработке при температуре 80°С. При этом фазы, отличные от гексаферрита, растворяются. Частицы гексаферрита осаждают на дно стакана при помощи магнита, а жидкость сливают. Осадок промывают дистиллированной водой, после чего высушивают при температуре 90°С.
Метод атомно-эмиссионной спектроскопии показал, что в порошке отсутствуют какие-либо детектируемые количества бора. Это говорит об отсутствии аморфных фаз. Согласно данным рентгеновской дифракции гексаферрит является единственной кристаллической фазой в полученном порошке.
Микрофотография порошка приведена на фиг.3. Средний диаметр частиц составляет 350 нм, а средняя толщина - 100 нм. По параметрам элементарной ячейки гексаферрита было определено, что степень замещения железа на алюминий составляет х=1.2±0.1. Полученный магнитный материал обладает намагниченностью насыщения 48.5 э.м.е./г (48.5 А·м2/кг) и коэрцитивной силой 8250 Э (660 кА/м). Соответствующая зависимость намагниченности образца от внешнего магнитного поля приведена на фиг.4.
Claims (3)
1. Способ получения частиц гексаферрита стронция, легированного алюминием, включающий в себя приготовление расплава состава
SrFe12-yAlyO19+n·(SrAl2O4+Sr2B2O5), где 0,5≤у≤2,0, 3≤n≤5, закалку расплава и термообработку образовавшегося при закалке материала в интервале температур 850-1000°С продолжительностью не менее 1 ч, в результате чего формируют стеклокерамический материал, содержащий частицы гексаферрита стронция состава SrFe12-xAlxO19, где х=0,5-2, диаметром 200-500 нм.
SrFe12-yAlyO19+n·(SrAl2O4+Sr2B2O5), где 0,5≤у≤2,0, 3≤n≤5, закалку расплава и термообработку образовавшегося при закалке материала в интервале температур 850-1000°С продолжительностью не менее 1 ч, в результате чего формируют стеклокерамический материал, содержащий частицы гексаферрита стронция состава SrFe12-xAlxO19, где х=0,5-2, диаметром 200-500 нм.
2. Способ по п.1, в котором в расплав добавляют Na2O и K2O в количестве до 20 вес.%.
3. Способ по п.1, в котором частицы выделяют в виде порошка при обработке стеклокерамики растворами соляной или уксусной кислот.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007137681/15A RU2373593C2 (ru) | 2007-10-11 | 2007-10-11 | Способ получения высококоэрцитивных материалов на основе гексаферрита стронция |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007137681/15A RU2373593C2 (ru) | 2007-10-11 | 2007-10-11 | Способ получения высококоэрцитивных материалов на основе гексаферрита стронция |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007137681A RU2007137681A (ru) | 2009-04-20 |
| RU2373593C2 true RU2373593C2 (ru) | 2009-11-20 |
Family
ID=41017373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007137681/15A RU2373593C2 (ru) | 2007-10-11 | 2007-10-11 | Способ получения высококоэрцитивных материалов на основе гексаферрита стронция |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2373593C2 (ru) |
-
2007
- 2007-10-11 RU RU2007137681/15A patent/RU2373593C2/ru active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ZAITSEV D.D. et al. Synthesis of magnetic glass-ceramic in the system SrO-Fe 2 O 3 -Al 2 O 3 -Ba 2 O 3 , "Journal of Magnetism and Magnetic Materials", 2006, vol.300, no.1, p.p.e473-e475. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007137681A (ru) | 2009-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rashad et al. | Improvement of the magnetic properties of barium hexaferrite nanopowders using modified co-precipitation method | |
| JP5445843B2 (ja) | 磁性酸化鉄粒子、磁性体、および電波吸収体 | |
| JP6676493B2 (ja) | 鉄系酸化物磁性粒子粉の製造方法 | |
| Zhong et al. | Key step in synthesis of ultrafine BaFe12O19 by sol-gel technique | |
| JP5105503B2 (ja) | ε酸化鉄の製法 | |
| JP5521287B2 (ja) | 磁気記録媒体用フェライト粒子 | |
| EP2709117B1 (en) | Ferrite magnet with salt and manufacturing method of the same | |
| JP3157080B2 (ja) | フェライト材料の製造方法 | |
| Zaitsev et al. | Preparation of the SrFe12O19-based magnetic composites via boron oxide glass devitrification | |
| An et al. | Novel method for low temperature sintering of barium hexaferrite with magnetic easy-axis alignment | |
| Ram et al. | Effect of nucleating agents on the crystallisation behaviour of barium hexaferrite in a borate glass | |
| Li et al. | Molten salt synthesis, formation mechanism and greatly enhanced magnetic properties of randomly oriented BaM ferrite | |
| Daud et al. | Preparation and characterization of Sr1− xNdxFe12O19 derived from steel-waste product via mechanical alloying | |
| Belous et al. | Al-doped yttrium iron garnets Y3AlFe4O12: Synthesis and properties | |
| Nikzad et al. | Correlation Between Structural Features and Microwave Analysis of Substituted Sr-Co 2 Y Ceramic Nanoparticles | |
| JPS60137002A (ja) | 磁気記録用板状Ｂａフエライト微粒子粉末の製造法 | |
| Cao et al. | One-step synthesis of single phase micro-sized BaFe12O19 hexaplates via a modified hydrothermal approach | |
| RU2373593C2 (ru) | Способ получения высококоэрцитивных материалов на основе гексаферрита стронция | |
| Ram | Crystallization of acicular platelet particles of W-type hexagonal strontium ferrite for magnetic recording applications | |
| Kazin et al. | Glass crystallization synthesis of ultrafine hexagonal M-type ferrites: Particle morphology and magnetic characteristics | |
| Sláma et al. | Properties of M-type barium ferrite doped by selected ions | |
| Yue et al. | Effect of Al-substitution on phase formation and magnetic properties of barium hexaferrite synthesized with sol-gel auto-combustion method | |
| Sahoo et al. | Shape dependent multiferroic behavior in Bi2Fe4O9 nanoparticles | |
| JP2610445B2 (ja) | 軟磁性六方晶フェライトの製造方法 | |
| Rehman et al. | Synthesis of Sr. 7YxLa. 3− xFe12− y CoyO19 (x= 0.00, 0.05, 0.10, 0.15) & (y= 0.30, 0.25, 0.20, 0.15) hexaferrites against structures and magnetic properties prepared by the solid-state reaction method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101012 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20131020 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20140513 |