一种高纯度X型六角锶钴铁氧体材料的制备方法与流程

本发明涉及一种高纯度x型六角锶钴铁氧体材料sr2co2fe28o46的制备方法，属于新型磁电材料制备
技术领域：
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背景技术：
：磁铅石型六角铁氧体主要包括六大类：mfe12o19(m型)、a2m2fe12o22(y型)、am2fe16o27(w型)、a3m2fe24o41(z型)、a4m2fe36o60(u型)和a2m2fe28o46(x型)，其中a为ba2+或sr2+等碱土金属离子(由此引申将铁氧体分为ba系和sr系等系列)，m为fe2+、co2+、ni2+、cu2+、zn2+等过渡金属离子或它们的联合组合。这些铁氧体的结构可以描述为r、s、t、r*、s*、t*、r’、s’和t’共九种板块的堆积，其中r、s和t为独立的板块，r板块为afe6o11三层结构单元，s板块为m2fe4o8双层结构单元，t板块为a2fe8o14四层结构单元。符号*代表相应的板块绕c轴旋转180°，符号’代表相应的板块绕c轴旋转120°。其中x型(a2m2fe28o46)铁氧体板块的堆积方式为(rsr*s*2)3，它作为一种典型的软磁材料，具有较强的平面磁各向异性、磁饱和强度、高截止频率、良好的化学稳定性和吸波特性，在高频叠片式电感材料、吸波材料等电磁领域受到关注。f.leccabueetal.采用化学共沉淀法(f.leccabueetal.,j.appl.phys.,61:2600,1987；j.magn.magn.mater.,68:365,1987)制备了sr2zn2fe28o46铁氧体，沉淀剂为naoh/na2co3，在1400℃煅烧6–70小时，该法中na+在洗涤中难以完全去除，对产物的最终性能有很大的影响，而且反应温度过高，制备过程复杂难控，合成周期长，难以工业化生产。技术实现要素：针对已有技术的不足，本发明提供一种高纯度x型六角锶钴铁氧体材料的制备方法。为实现此目的，本发明所采取的技术方案是：一种高纯度x型六角锶钴铁氧体材料的制备方法，包括如下步骤：1)前驱体粉末及其制备：1.1)分别称取锶盐、钴盐和铁盐原料，在250–300℃空气中加热6–8小时，球磨，得到含锶粉末、含钴粉末和含铁粉末；1.2)按预定摩尔比称取步骤1)得到的含锶粉末、含钴粉末和含铁粉末，球磨混合，真空干燥，置于高温管式气氛炉中，在空气或氧气气氛下升温至700–750℃或1100–1150℃煅烧，保温时间为2–8小时，流量为0.4–0.6l/min，得到前驱体粉末；2)高纯度x型六角锶钴铁氧体陶瓷及其制备：2.1)称取适量的前驱体粉末，控制成型压力为245–285mpa，保压时间为30–50秒，将前驱体粉末模压成坯体；2.2)将坯体置于高温管式气氛炉中，在空气或氧气气氛下升温至1200–1250℃烧结，保温时间为8–16小时，流量为0.4–0.6l/min，得到高纯度x型六角锶钴铁氧体材料。上述方案中，步骤1)中：锶源为碳酸锶、氯化锶或硝酸锶中的一种。上述方案中，步骤1)中：钴源为六水硝酸钴或六水氯化钴的一种。上述方案中，步骤1)中：铁源为九水硝酸铁或六水三氯化铁中的一种。上述方案中，步骤1.2)中：反应物中各元素的摩尔比为sr：co：fe＝(2–3)：2：(24–28)。上述方案中，步骤1.2)和2.2)中：升温速率为：升温至≤1000℃时升温速率为4–6℃/min，升温至>1000℃时升温速率为2–4℃/min。上述方案中，步骤1.2)和2.2)中：降温速率为4–6℃/min。上述方案中，步骤2.1)中：升压速率为10–14mm/s。上述方案中，步骤2.1)中：降压速率为50–70mm/s。本发明的有益效果为：(1)制备的材料相纯度高、工艺简捷易控、生产周期短、成本低，适于大批量生产；(2)本发明可推广到其它系列和类型的铁氧体材料及其制备方法中。附图说明图1为实施例一所制得前驱体粉末的x射线衍射(xrd)谱图。图2为实施例一所制得陶瓷的x射线衍射(xrd)谱图。图3为实施例三所制得陶瓷sr2co2fe28o46的x射线衍射(xrd)谱图。图4为实施例五所制得前驱体粉末的x射线衍射(xrd)谱图。图5为实施例五所制得陶瓷sr2co2fe28o46的x射线衍射(xrd)谱图。图6为实施例六所制得前驱体粉末的x射线衍射(xrd)谱图。图7为实施例六所制得陶瓷sr2co2fe28o46的x射线衍射(xrd)谱图。具体实施方式下面结合实施例进一步阐明发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。实施例一：一种高纯度x型六角锶钴铁氧体材料(sr2co2fe28o46)的制备方法，包括如下步骤：s1.1分别称取一定量的硝酸锶、六水硝酸钴和九水硝酸铁，在300℃空气中加热8小时，球磨，得到含锶粉末、含钴粉末和含铁粉末，分别标定其锶含量、钴含量和铁含量；s1.2按sr：co：fe＝2：2：28摩尔比称取已标定的含锶粉末、含钴粉末和含铁粉末，球磨混合，真空干燥，置于高温管式气氛炉中，在1150℃氧气中煅烧8小时，氧气流量为0.5l/min，得到前驱体粉末，用x射线衍射测试其相组成(图1)。其中升温至≤1000℃时升温速率为5℃/min，升温至>1000℃时升温速率为3℃/min，降温速率为5℃/min；s1.3称取适量的前驱体粉末，控制成型压力为265mpa、保压40秒，将前驱体粉末模压成坯体。其中升降压速率为：12mm/s升压和60mm/s降压；s1.4将坯体置于高温管式气氛炉中，在1200℃氧气中烧结16小时，氧气流量为0.5l/min，得到陶瓷样品，用x射线衍射测试其相组成(图2)。其中升温至≤1000℃时升温速率为5℃/min，升温至>1000℃时升温速率为3℃/min，降温速率为5℃/min。图1为实施例一所制得前驱体粉末的x射线衍射(xrd)谱图，结果表明：前驱体粉末中的主相为sr2co2fe12o22，含微量cofe2o4和srfe12o19。图2为实施例一所制得陶瓷的x射线衍射(xrd)谱图，结果表明：所制陶瓷中x型六角锶钴铁氧体(sr2co2fe28o46)的纯度为99.2％。实施例二：实施例二中前驱体粉末的配比、煅烧工艺和坯体的成型工艺与实施例一中的相同，但s1.4中的烧结气氛不同，本实施例为空气。s1.4将坯体置于高温管式气氛炉中，在1200℃空气中烧结16小时，空气流量为0.5l/min，得到陶瓷样品。其中升温至≤1000℃时升温速率为5℃/min，升温至>1000℃时升温速率为3℃/min，降温速率为5℃/min。所制陶瓷中x型六角锶钴铁氧体(sr2co2fe28o46)的纯度为92.7％。实施例三：实施例三中前驱体粉末的配比、煅烧工艺和坯体的成型工艺与实施例一中的相同，但s1.4中的烧结温度和保温时间不同。s1.4将坯体置于高温管式气氛炉中，在1250℃氧气中烧结8小时，氧气流量为0.5l/min，得到陶瓷样品。其中升温至≤1000℃时升温速率为5℃/min，升温至>1000℃时升温速率为3℃/min，降温速率为5℃/min。图3为实施例三所制得陶瓷的x射线衍射(xrd)谱图，结果表明：所制陶瓷中x型六角锶钴铁氧体(sr2co2fe28o46)的纯度为86.8％。实施例四：实施例四中前驱体粉末的煅烧工艺、坯体的成型工艺和陶瓷的烧结工艺与实施例一中的相同，但s1.2中前驱体粉末的配比不同。s1.2按sr：co：fe＝2：2：26摩尔比称取已标定的含锶粉末、含钴粉末和含铁粉末，球磨混合，真空干燥，置于高温管式气氛炉中，在1150℃氧气中煅烧8小时，氧气流量为0.5l/min，得到前驱体粉末。其中升温至≤1000℃时升温速率为5℃/min，升温至>1000℃时升温速率为3℃/min，降温速率为5℃/min。所制陶瓷中x型六角锶钴铁氧体(sr2co2fe28o46)的纯度为95.2％。实施例五：实施例五中前驱体粉末的煅烧工艺、坯体的成型工艺和陶瓷的烧结工艺与实施例一中的相同，但s1.2中前驱体粉末的配比不同。s1.2中按sr：co：fe＝3：2：24摩尔比称取已标定的含锶粉末、含钴粉末和含铁粉末，球磨混合，真空干燥，置于高温管式气氛炉中，在1150℃氧气中煅烧8小时，氧气流量为0.5l/min，得到前驱体粉末，用x射线衍射测试其相组成(图4)。其中升温至≤1000℃时升温速率为5℃/min，升温至>1000℃时升温速率为3℃/min，降温速率为5℃/min。图4为实施例五所制得前驱体粉末的x射线衍射(xrd)谱图，结果表明：前驱体粉末的相成分为cofe2o4和srfe12o19。图5为实施例五所制得陶瓷的x射线衍射(xrd)谱图，结果表明：所制陶瓷中x型六角锶钴铁氧体(sr2co2fe28o46)的纯度为87.7％。实施例六：实施例六中前驱体粉末的配比和坯体的成型工艺与实施例一相同，但s1.2前驱体粉末的煅烧工艺和s1.4陶瓷的烧结工艺不同。s1.2按sr：co：fe＝2：2：28摩尔比称取已标定的含锶粉末、含钴粉末和含铁粉末，球磨混合，真空干燥，置于高温管式气氛炉中，在700℃空气中煅烧2小时，空气流量为0.5l/min，得到前驱体粉末，用x射线衍射测试其相组成(图6)。其中升温速率为5℃/min，降温速率为5℃/min。s1.4将坯体置于高温管式气氛炉中，在1250℃氧气中烧结8小时，氧气流量为0.5l/min，得到陶瓷样品，用x射线衍射测试其相组成(图7)。其中升温至≤1000℃时升温速率为5℃/min，升温至>1000℃时升温速率为3℃/min，降温速率为5℃/min。图6为实施例六所制得前驱体粉末的x射线衍射(xrd)谱图，结果表明：前驱体粉末的相成分为fe2o3、cofe2o4和srfeo3-x。图7为实施例六所制得陶瓷的x射线衍射(xrd)谱图，结果表明：所制陶瓷的晶相为纯度96.4％的x型六角锶钴铁氧体(sr2co2fe28o46)。实施例七：实施例七中前驱体粉末的配比、煅烧工艺和坯体的成型工艺与实施例一中的相同，但s1.4中的烧结工艺不同。s1.4将坯体置于高温管式气氛炉中，在1230℃氧气中烧结16小时，氧气流量为0.5l/min，得到陶瓷样品。其中升温至≤1000℃时升温速率为5℃/min，升温至>1000℃时升温速率为3℃/min，降温速率为5℃/min。所制陶瓷中x型六角锶钴铁氧体(sr2co2fe28o46)的纯度为89.7％。下面结合对比例进一步阐明发明的内容。对比例1：对比例1中前驱体粉末的配比、煅烧工艺、坯体的成型工艺和陶瓷的烧结工艺与实施例一中的相同，但s1.1所用原料不同。s1.1按sr：co：fe＝2：2：28摩尔比称取市售的氧化锶、氧化钴和氧化铁，进行后续实验。所制陶瓷中x型六角锶钴铁氧体(sr2co2fe28o46)的纯度为83.7％。对比例2：对比例2中前驱体粉末的配比、煅烧工艺、陶瓷的烧结工艺与实施例一中的相同，但坯体的成型工艺不同。s2.1称取适量的前驱体粉末，加入少量酒精为粘结剂，成型压力40mpa，保压40秒，将前驱体粉末模压成坯体，其中升降压速率为：12mm/s升压和60mm/s降压。所制陶瓷中x型六角锶钴铁氧体(sr2co2fe28o46)的纯度为77.6％。对比例3对比例3中前驱体粉末的配比和坯体的成型工艺与实施例一中的相同，但粉末的煅烧工艺和陶瓷的烧结工艺中氧气流量不同。粉末的煅烧工艺和陶瓷的烧成工艺中分别采用不同氧气流量。所制陶瓷中x型六角锶钴铁氧体(sr2co2fe28o46)的纯度如下表所示。氧气流量(l/min)0.10.20.70.8相纯度(％)78.482.883.377.1当前第1页12