CN102485692A

CN102485692A - 一种二维片状钡铁氧体的制备方法

Info

Publication number: CN102485692A
Application number: CN2010105729217A
Authority: CN
Inventors: 孟锦宏; 孙杰; 刘宇; 曹晓晖; 王文举
Original assignee: Shenyang Ligong University
Current assignee: Shenyang Ligong University
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: CN102485692B

Abstract

本发明提供了一种片状BaFe₁₂O₁₉的制备方法：向任意方法得到的BaFe₁₂O₁₉原料中先后或同时加入可溶性钡盐和铁盐混合盐溶液、碳酸钠和氢氧化钠混合碱溶液，制得前驱体；前驱体再经900-1100℃焙烧后得BaFe₁₂O₁₉磁粉。制备的BaFe₁₂O₁₉的粒径通常可达微米级，颗粒呈明显二维六角或近六角片状且颗粒尺寸可通过反应条件进行调节。方法工艺简单，过程易控制，适合工业生产，产品性能稳定。制得的BaFe₁₂O₁₉适用于磁性材料及电磁吸收领域。

Description

一种二维片状钡铁氧体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种具备了典型二维片状形貌特征的BaFe₁₂O₁₉粉末的制备方法。

背景技术

钡铁氧体（BaFe₁₂O₁₉）是一种六角晶系硬磁材料，以其优异的磁学性能和良好的化学稳定性，广泛应用于磁性材料和吸波材料领域。近年研究表明钡铁氧体的性能与其形貌密切相关，颗粒中含有一定数量的片状或棒状结构时，钡铁氧体的吸波效能相对提高并且片状BaFe₁₂O₁₉的吸波性能略优于棒状（葛副鼎，朱静，陈利民. 宇航材料工艺，1996，(5)，42；神原直孝. 电子材料(日文)，1982，(9)，25）；另外，棒状和片状BaFe₁₂O₁₉的矫顽力通常均高于三维近球状（G H. Mu, X. F. Pan, N. Chen, et al. Materials Research Bulletin 2008,(43): 1369）。因而，制备尺寸较大的片状钡铁氧体意义明显。

钡铁氧体的合成方法较多，较为常用的是溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、离子交换树脂法。溶胶-凝胶法和离子交换树脂法常用于制备纳米级近三维或二维钡铁氧体（李永锐，祖亚培，石南林等. 中国专利. 200510046690；钟伟，都有为.中国专利. 200410013959）。王丽熙（Lixi Wang ,Qitu Zhang, Journal of Alloys and Compounds, 2008, 454，410）等在此基础上通过EDTA的引入制备了片径可达1.5μm的片状钡铁氧体。但这些方法均有反应步骤多，均匀性差，不易控制，成本相对较高，不易于工业化生产等缺点。化学共沉淀法制备的钡铁氧体为近三维不规则形貌或二维片状，且该方法过程简单，易于工业化。但是常规共沉淀法由于受热力学平衡的限制，在一定温度下晶体晶化一定时间后再延长晶化时间对粒径生长影响较小且颗粒径向尺寸通常在纳米级。

综上所述，提供一种颗粒径厚比及径向尺寸较大，且方法简单，成本较低，易于工业化生产的片状BaFe₁₂O₁₉的制备方法，对于提高BaFe₁₂O₁₉的性能及拓宽其应用领域具有重要的实际意义。

发明内容

本发明目的是提供一种二维片状铁氧体的制备方法。

采用的技术方案是：

一种二维片状铁氧体的制备方法，其制备步骤是：

（1）准备原料和配制溶液。按钡盐与原料BaFe₁₂O₁₉摩尔比为0.01-0.6称取钡盐和BaFe₁₂O₁₉；按Fe(铁盐)/Ba(钡盐)=11-12（摩尔比）称取铁盐；按Na₂CO₃/Ba（钡盐）=8-9（摩尔比）、Na₂CO₃/NaOH=3-7（摩尔比）称取Na₂CO₃和NaOH；将已经称取的钡盐和铁盐溶于水配制成混合盐溶液，将所称取Na₂CO₃和NaOH溶于水配制成混合碱溶液；

（2）制备前躯体。将步骤（1）称取的BaFe₁₂O₁₉放入反应器；向反应器中加入混合盐溶液，连续搅拌下将混合碱溶液以一定的速率加入反应器（或者，按H₂O/ BaFe₁₂O₁₉=10-30ml/g向反应器中加入水，连续搅拌条件下，将混合盐溶液和混合碱溶液按一定的速率同时加入反应器，并控制pH值为7-9）；然后将得到的产物静置10-40小时；对静置后的产物抽滤，水洗至滤液pH检测近中性，再于10-80℃干燥得到前驱体；

（3）制备产物。将前驱体于900-1100℃下煅烧1-7小时。煅烧完毕后研磨得最终产物。

本发明的优势及特点主要为：首先，通过本发明技术可制备粒径可达微米级的片状钡铁氧体BaFe₁₂O₁₉；其次，通过改变反应条件可以对片状BaFe₁₂O₁₉的颗粒尺寸进行调变；第三，以反应条件对颗粒尺寸的调控为基础，可对片状的BaFe₁₂O₁₉的静磁性能或电磁性能进行调节；第四，原料BaFe₁₂O₁₉来源不受限制。即是说，可以任何方法制备的、任意颗粒尺寸的BaFe₁₂O₁₉为原料，经本发明技术制备片状BaFe₁₂O₁₉；第五，方法工艺稳定，易于重复，成本较低，产品性能稳定。

附图说明

图1实施例1原料BaFe₁₂O₁₉ (a) 的SEM图。

图2实施例1产物BaFe₁₂O₁₉ (b)的SEM图。

图3实施例1原料BaFe₁₂O₁₉ (a)和产物BaFe₁₂O₁₉ (b)的XRD图。

图4 实施例1原料BaFe₁₂O₁₉ (a)和产物BaFe₁₂O₁₉ (b)的VSM图。

图5实施例2产物的SEM图。

图6 实施例3原料BaFe₁₂O₁₉ (a) 的SEM图。

图7实施例3产物BaFe₁₂O₁₉ (b)的SEM图。

具体实施方式

实施例1

按文献（S.R. Janasi, M. Emura, F.J.G. Landgraf, et al,.Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2002，238，168）所述的化学共沉淀法制备BaFe₁₂O₁₉并以其为原料，按BaCl₂·2H₂O与原料BaFe₁₂O₁₉摩尔比为0.3称取BaCl₂·2H₂O，按FeCl₃·6H₂O与BaCl₂·2H₂O摩尔比为11.1称取FeCl₃·6H₂O，将BaCl₂·2H₂O与原料BaFe₁₂O₁₉和FeCl₃·6H₂O溶于水配得Ba²⁺浓度为0.005mol/l混合盐溶液A；按Na₂CO₃/BaCl₂·2H₂O摩尔比为8.5称取Na₂CO₃，且按NaOH/NaCO₃摩尔比为5称取NaOH，将NaOH和NaCO₃溶于水配得CO₃ ^2-浓度为0.01mol/l混合碱溶液B。调节反应器温度至60℃，将溶液A和BaFe₁₂O₁₉置于反应器中并连续搅拌，将溶液B按加入速率与原料BaFe₁₂O₁₉的比值范围是160-240ml/h/g的加入反应器中，然后将所得的产物静置24h。对静置后的产物反复抽滤，水洗至滤液接近中性。将滤饼在60℃干燥24h得到前躯体。将前驱体于1000℃煅烧4.5小时。煅烧完毕后研磨得最终产物BaFe₁₂O₁₉。

附图1是原料BaFe₁₂O₁₉和产物的SEM图，附图2是原料和产物XRD图，它们说明以化学共沉淀法制备的原料是BaFe₁₂O₁₉，但是其中含有少量的Fe₂O₃。以共沉淀法为原料制备的产物为纯的BaFe₁₂O₁₉，其颗粒粒径由原料的200-600nm提高到为0.3-1.8μm，径厚比为5-12。附图3是原料和产物的VSM图，它们说明产物BaFe₁₂O₁₉的矫顽力（Hc）由原料的2913 Oe提高到3544Oe，其饱和磁化强度（Ms）为由原料的60 emu/g略降到54emu/g。

本实施例说明用本发明提供的方法可制备出结晶有序程度较高，呈典型二维的六角片状或近六角BaFe₁₂O₁₉，且片状颗粒径向尺寸和径厚比的增加可使其静磁性能明显提高。

实施例2

按实施例1的步骤制备BaFe₁₂O₁₉，不同反应条件为：按BaCl₂·2H₂O与原料BaFe₁₂O₁₉摩尔比为0.1, Fe/Ba =12（摩尔比），前驱体煅烧时间为3h。

附图4为终产物的SEM图，它表明终产物BaFe₁₂O₁₉二维片状形貌明显，颗粒粒径为0.3-1.5μm，径厚比为6-10，经VSM分析，其Hc为3632Oe，Ms为59emu/g。

与实施例1相比较，本实施例说明通过调变反应条件，可以对BaFe₁₂O₁₉的颗粒尺寸和径厚比进行调节，从而也可对其静磁性能进行调节。

实施例3

按文献（Lixi Wang ,Qitu Zhang. Journal of Alloys and Compounds, 2008, 454 :410）所述的溶胶-凝胶法制备BaFe₁₂O₁₉并以其为原料，按实施例1的步骤制备BaFe₁₂O₁₉。

附图5为原料和产物的SEM图，它表明终产物BaFe₁₂O₁₉呈片状形貌，颗粒粒径为0.4-1.7μm,径厚比为2-9。经VSM分析其Hc可以达到4586Oe，Ms为60emu/g。

与实施例1相比较，本实施例说明以不同方法制备的BaFe₁₂O₁₉为原料，均可以用本发明技术制备出呈明显片状形貌的BaFe₁₂O₁₉；另外，通过改变原料也可对产物BaFe₁₂O₁₉的颗粒尺寸和静磁性能进行调节。

Claims

1.一种二维片状铁氧体的制备方法，其特征包括以下工艺步骤：

（1）准备原料和配制溶液；称取钡盐和铁盐并溶于水配制成混合盐溶液，称取Na₂CO₃和NaOH并溶于水配制成混合碱溶液，再称取一定量的原料BaFe₁₂O₁₉；（2）制备前躯体；将步骤（1）称取的BaFe₁₂O₁₉放入反应器；向反应器中加入混合盐溶液，连续搅拌下将混合碱溶液以一定的速率加入反应器（或者，按H₂O/ BaFe₁₂O₁₉=10-30ml/g向反应器中加入水，连续搅拌条件下，将混合盐溶液和混合碱溶液按一定的速率同时加入反应器，并控制pH值为7-9）；然后将得到的产物静置10-40小时；对静置后的产物抽滤，水洗至滤液pH检测近中性，再于10-80℃干燥得到前驱体；（3）制备产物；将前驱体于900-1100℃下煅烧1-7小时；煅烧完毕后研磨得最终产物。

2.如权利要求1所述的一种二维片状铁氧体的制备方法，其特征是：步骤（1）中所称的原料BaFe₁₂O₁₉和各种盐的配比为：Fe(铁盐)/Ba(钡盐)=11-12（摩尔比）；Na₂CO₃/Ba（钡盐）=8-9（摩尔比），Na₂CO₃/NaOH=3-7（摩尔比）；Ba(钡盐)/原料BaFe₁₂O₁₉=0.01-0.6（摩尔比）,混合盐溶液中Ba²⁺浓度为0.001-0.03mol/l，混合碱溶液中CO₃ ^2-浓度为0.001-0.03 mol/l;其步骤（1）中混合碱溶液或混合盐溶液加入反应器速率与所加原料BaFe₁₂O₁₉的比值范围是20-500ml/h/g。

3.如权利要求1所述的一种二维片状铁氧体的制备方法，其特征是：步骤（1）中的钡盐为氯化钡、硝酸钡或其它可溶性钡盐，铁盐为氯化铁、硝酸铁或其它等可溶性铁盐。

4.如权利要求1所述的一种二维片状铁氧体的制备方法，其特征是：将步骤（1）和（2）中所用的BaFe₁₂O₁₉原料来源不受限制，它可以是化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、有机树脂法等任何方法所制备，其颗粒尺寸不受限制，颗粒形貌可为不规则三维形貌或片状。

5.如权利要求1所述的一种二维片状铁氧体的制备方法，其特征是：所制备的BaFe₁₂O₁₉其颗粒呈明显的二维六角或近六角片状形貌，颗粒径向尺寸一般大于0.5nm，通常可以达到微米级；颗粒径厚比通常大于5。

6.如权利要求1所述的一种二维片状铁氧体的制备方法，通过改变反应条件可对BaFe₁₂O₁₉颗粒径向尺寸和径厚比进行调整，这些反应条件主要包括混合碱液滴加速率、钡盐与原料BaFe₁₂O₁₉的摩尔比、原料来源和颗粒尺寸、前驱体煅烧温度或时间等。