一种Sr1-xSmxFe12-xZnxO19锶铁氧体磁性材料及其制备方法与流程

本发明属于磁性材料技术领域，涉及一种锶铁氧体磁性材料及其制备方法。

背景技术：

m型铁氧体是一种高性能永磁材料，具有较宽的磁滞回线、较高的矫顽力、单轴磁晶各向异性和优良的旋磁特性、高居里温度、高的化学稳定性和高剩余磁化强度等特点，同时具有较高的性价比，因此被广泛应用在永磁、高密度垂直磁记录、微波毫米波器件等领域中，在工业和日常生活中应用广泛。近年来，随着汽车、家电、音像、计算机等产量的提高，以及风能、水能等新能源的开发利用，使锶钡永磁铁氧体的需求量也越来越大。m型锶钡铁氧体制备研究最初主要集中在固相合成机理，动力学过程及工艺参数对产品性能的影响等方面，但随着研究的深入，该方向对产品性能的提高基本已挖掘殆尽，难以使磁性能得到大幅的提高。因此开发新的配方系列锶铁氧体永磁材料，进而改善和提高永磁铁氧体的磁性能已经成为该领域研究的热点。m型锶铁氧体具有磁铅石结构，一个晶胞中含有两个分子，其中24个fe³⁺分布在5种不同的氧离子空位当中，2a，12k，4f2为八面体间隙，2b为六面体间隙，4f1属于四面体间隙，且不同位置的fe³⁺的磁矩排列方向也不同，2a，12k，2b空位上的磁矩排列向上与4f1和4f2空位上的磁矩反向平行排列，两个方向上的磁矩未能完全抵消，剩余的磁矩使整个分子具有亚磁性，也是铁氧体磁性的来源。为提高磁性能可以掺杂适量的例子取代sr²⁺或fe³⁺减小排列方向向下的离子磁矩，从而提高净磁矩。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决现有的m型锶铁氧体材料磁学性能差的问题，而提出了一种m型锶铁氧体磁性材料及其制备方法。

本发明所述m型锶铁氧体磁性材料的分子式为：sr1-xsmxfe12-xznxo19，分子式中：0<x<0.2。

本发明制备分子式为sr1-xsmxfe12-xznxo19的m型锶铁氧体磁性材料的方法按以下步骤进行：

步骤一：按照分子式sr1-xsmxfe12-xznxo19中的化学计量比称取sm2o3、zno、srco3和fe2o3做为原料，分子式sr1-xsmxfe12-xznxo19中：0<x<0.2；

步骤二：将步骤一中称取的原料、磨球和无水乙醇置于行星球磨机的陶瓷球磨罐中，在转速为420r/min~500r/min下混料3h~5h得到混合粉体，将得到的混合粉体烘干后置于压片的模具中，在2mpa~6mpa的压力下压制得到片状样品；所述磨球为硬质合金磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为12:1:0.5；所述烘干的温度为60℃~130℃，烘干时间为5h~10h；

步骤三：把步骤二得到的片状样品放入高温箱式电阻炉中，以5℃/min~10℃的升温速率升温至900℃~1200℃，然后保温3h~8h后随炉冷却至室温，得到预烧料；

步骤四：将步骤三得到的预烧料用钢钵进行粗破碎并研磨，然后将研磨后的预烧料、磨球和无水乙醇置于行星球磨机的陶瓷球磨罐中，在转速为420r/min~500r/min下混料3h~8h，将混料烘干后置于压片的模具中，在2mpa~6mpa的压力下压制得到预烧料片状样品；所述磨球为硬质合金磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为12:1:0.5；所述烘干的温度为60℃~130℃，烘干时间为5h~10h；

步骤五：将步骤四得到的预烧料片状样品置于高温箱式电阻炉中，以5℃/min~10℃/min的升温速率升温至1100℃~1300℃，然后保温4h~6h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr1-xsmxfe12-xznxo19的m型锶铁氧体磁性材料。

本发明具备如下有益效果：

1、本发明所用原料srco3、zno和fe2o3价格低廉，sm2o3原料易得且用量较低，故综合成本较低，适合于工业化生产，并且本发明方法制备工艺简单、能耗较低；

2、本发明制备出的分子式为sr1-xsmxfe12-xznxo19的m型锶铁氧体磁性材料磁学性能优于相同工艺条件下制备的m型锶铁氧体磁性材料srfe12o19，剩余磁化强度br增加4.62%~49.35%，矫顽力hc增加7.63%~39.28%，饱和磁化强度ms增加4.06%~25.87%，即本发明配方体系和方法获得了性能优良的m型锶铁氧体磁性材料。

附图说明

图1为施实例一制备的m型锶铁氧体磁性材料的x射线衍射图谱；

图2为施实例一制备的m型锶铁氧体磁性材料的sem图；

图3为施实例二制备的m型锶铁氧体磁性材料的x射线衍射图谱；

图4为施实例二制备的m型锶铁氧体磁性材料的sem图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。

具体实施方式一：本实施方式一种m型锶铁氧体磁性材料，该m型锶铁氧体磁性材料的分子式为：sr1-xsmxfe12-xznxo19，分子式中：0<x<0.2。

本实施方式的sr1-xsmxfe12-xznxo19的m型锶铁氧体磁性材料磁学性能优于相同工艺条件下制备的m型锶铁氧体磁性材料srfe12o19，剩余磁化强度br增加4.62%~49.35%，矫顽力hc增加7.63%~39.28%，饱和磁化强度ms增加4.06%~25.87%，即本实施方式配方体系获得了性能优良的m型锶铁氧体磁性材料。

具体实施方式二：制备分子式为sr1-xsmxfe12-xznxo19的m型锶铁氧体磁性材料的方法按以下步骤进行：

步骤一：按照分子式sr1-xsmxfe12-xznoxo19中的化学计量比称取sm2o3、zno、srco3和fe2o3做为原料，分子式sr1-xsmxfe12-xznxo19中：0<x<0.2；

步骤二：将步骤一中称取的原料、磨球和无水乙醇置于行星球磨机的陶瓷球磨罐中，在转速为420r/min~500r/min下混料3h~5h得到混合粉体，将得到的混合粉体烘干后置于压片的模具中，在2mpa~6mpa的压力下压制得到片状样品；

步骤三：把步骤二得到的片状样品放入高温箱式电阻炉中，以5℃/min~10℃的升温速率升温至900℃~1200℃，然后保温3h~8h后随炉冷却至室温，得到预烧料；

步骤四：将步骤三得到的预烧料用钢钵进行粗破碎并研磨，然后将研磨后的预烧料、磨球和无水乙醇置于行星球磨机的陶瓷球磨罐中，在转速为420r/min~500r/min下混料3h~8h，烘干后将混料置于压片的模具中，在2mpa~6mpa的压力下压制得到预烧料片状样品；

步骤五：将步骤四得到的预烧料片状样品置于高温箱式电阻炉中，以5℃/min~10℃/min的升温速率升温至1100℃~1300℃，然后保温4h~6h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr1-xsmxfe12-xznxo19的m型锶铁氧体磁性材料。

1、本实施方式所用原料srco3、zno和fe2o3价格低廉，sm2o3原料易得且用量较低，故综合成本较低，适合于工业化生产，并且本实施方式方法制备工艺简单、能耗较低；

2、本实施方式制备出的分子式为sr1-xsmxfe12-xznxo19的m型锶铁氧体磁性材料磁学性能优于相同工艺条件下制备的m型锶铁氧体磁性材料srfe12o19，剩余磁化强度br增加4.62%~49.35%，矫顽力hc增加7.63%~39.28%，饱和磁化强度ms增加4.06%~25.87%，即本实施方式配方体系和方法获得了性能优良的m型锶铁氧体磁性材料。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤二所述磨球为硬质合金磨球。其他步骤和参数与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：步骤二所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为12:1:0.5。其他步骤和参数与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：步骤二所述烘干的温度为60℃~130℃，烘干时间为5h~10h。其他步骤和参数与具体实施方式二至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是：步骤四所述磨球为硬质合金磨球。其他步骤和参数与具体实施方式二至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤四所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为12:1:0.5。其他步骤和参数与具体实施方式二至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤四所述烘干的温度为60℃~130℃，烘干时间为5h~10h。其他步骤和参数与具体实施方式二至八之一相同。

用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例1：

本实施例所述m型锶铁氧体磁性材料的分子式为：sr0.95sm0.05fe11.95zn0.05o19；

本实施例所述m型锶铁氧体磁性材料的制备方法按以下步骤进行：

步骤一：按照分子式sr0.95sm0.05fe11.95zn0.05o19中的化学计量比称取sm2o3、zno、srco3和fe2o3做为原料；

步骤二：将步骤一中称取的原料、磨球和无水乙醇置于行星球磨机的陶瓷球磨罐中，在转速为450r/min下混料4h得到混合粉体，将得到的混合粉体烘干后置于压片的模具中，在6mpa的压力下压制得到片状样品；所述磨球为硬质合金磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为12:1:0.5；所述烘干的温度为80℃，烘干时间为10h；

步骤三：把步骤二得到的片状样品放入高温箱式电阻炉中，以5℃/min的升温速率升温至1000℃，然后保温5h后随炉冷却至室温，得到预烧料；

步骤四：将步骤三得到的预烧料用钢钵进行粗破碎并研磨，然后将研磨后的预烧料、磨球和无水乙醇置于行星球磨机的陶瓷球磨罐中，在转速为450r/min下混料6h，将混料烘干后置于压片的模具中，在6mpa的压力下压制得到预烧料片状样品；所述磨球为硬质合金磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为12:1:0.5；所述烘干的温度为80℃，烘干时间为10h；

步骤五：将步骤四得到的预烧料片状样品置于高温箱式电阻炉中，以5℃/min的升温速率升温至1100℃，然后保温6h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr0.95sm0.05fe11.95zn0.05o19的m型锶铁氧体磁性材料。

对本实施例制备的m型锶铁氧体磁性材料进行xrd衍射测试，测试结果如图1所示，由图可见：当取代量x=0.05时，粉体在衍射角2θ=30.4°，31.0°，32.36°，34.2°等处出现强烈的衍射峰，对应六方晶相（110）晶面、（008）晶面、（107）晶面（114）晶面，跟纯m型锶铁氧体srfe12o19标准卡片及按实施例一制备方法制得的纯m型锶铁氧体srfe12o19的xrd衍射图比对基本吻合，没有发现其他杂峰，表明此时的粉体为单一的m型锶铁氧体相。

对本实施例制备的m型锶铁氧体磁性材料进行sem扫描，结果如图2所示，由图可见，样品中的晶粒尺寸在1μm~3μm之间，且晶粒分布均匀，尺寸均匀，晶粒界面清晰，为六角片状结构。

对本实施例制备的分子式为sr0.95sm0.05fe11.95zn0.05o19的m型锶铁氧体磁性材料进行vsm测试：剩余磁化强度br=30.15emu/g，饱和磁化强度ms=68.47emu/g，矫顽力hc=27.73ka/m；按照本实施例的方法和工艺参数制备分子式为srfe12o19的m型锶铁氧体磁性材料并通过vsm测试得到剩余磁化强度br=28.64emu/g，ms=65.35emu/g，hc=25.11ka/m，由此可知，本实施例制备的分子式为sr0.95sm0.05fe11.95zn0.05o19的m型锶铁氧体磁性材料与现有的分子式为srfe12o19的m型锶铁氧体磁性材料相比，剩余磁化强度br增加5.27%，饱和磁化强度ms增加4.77%，矫顽力hc增加10.43%。

实施例2：

本实施例所述m型锶铁氧体磁性材料的分子式为：sr0.85sm0.15fe11.85zn0.15o19；

本实施例所述m型锶铁氧体磁性材料的制备方法按以下步骤进行：

步骤一：按照分子式sr0.85sm0.15fe11.85zn0.15o19中的化学计量比称取sm2o3、zno、srco3和fe2o3做为原料；

步骤二：将步骤一中称取的原料、磨球和无水乙醇置于行星球磨机的陶瓷球磨罐中，在转速为450r/min下混料4h得到混合粉体，将得到的混合粉体烘干后置于压片的模具中，在6mpa的压力下压制得到片状样品；所述磨球为硬质合金磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为12:1:0.5；所述烘干的温度为80℃，烘干时间为10h；

步骤三：把步骤二得到的片状样品放入高温箱式电阻炉中，以5℃/min的升温速率升温至1000℃，然后保温5h后随炉冷却至室温，得到预烧料；

步骤四：将步骤三得到的预烧料用钢钵进行粗破碎并研磨，然后将研磨后的预烧料、磨球和无水乙醇置于行星球磨机的陶瓷球磨罐中，在转速为450r/min下混料6h，将混料烘干后置于压片的模具中，在6mpa的压力下压制得到预烧料片状样品；所述磨球为硬质合金磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为12:1:0.5；所述烘干的温度为80℃，烘干时间为10h；

步骤五：将步骤四得到的预烧料片状样品置于高温箱式电阻炉中，以5℃/min的升温速率升温至1100℃，然后保温6h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr0.85sm0.15fe11.85zn0.15o19的m型锶铁氧体磁性材料。

对本实施例制备的m型锶铁氧体磁性材料进行xrd衍射测试，测试结果如图3所示，由图可见：粉体在衍射角2θ=30.4°，31.0°，32.36°，34.2°等处出现强烈的衍射峰，对应六方晶相（110）晶面、（008）晶面、（107）晶面（114）晶面，跟纯m型锶铁氧体srfe12o19标准卡片及按实施例一制备方法制得的纯m型锶铁氧体srfe12o19的xrd衍射图比对基本吻合，没有发现其他杂峰，表明此时的粉体为单一的m型锶铁氧体相。

对本实施例制备的m型锶铁氧体磁性材料进行sem扫描，结果如图4所示，由图可见，样品中的晶粒尺寸在1μm~3μm之间，且晶粒分布均匀，尺寸也较为均匀，晶粒界面清晰，为六角片状结构。

对本实施例制备的分子式为sr0.85sm0.15fe11.85zn0.15o19的m型锶铁氧体磁性材料进行vsm测试：剩余磁化强度br=31.52emu/g，饱和磁化强度ms=71.19emu/g，矫顽力hc=27.26ka/m；按照本实施例的方法和工艺参数制备分子式为srfe12o19的m型锶铁氧体磁性材料并通过vsm测试得到剩余磁化强度br=28.64emu/g，饱和磁化强度ms=65.35emu/g，矫顽力hc=25.11ka/m，由此可知，本实施例制备的分子式为sr0.85sm0.15fe11.85zn0.15o19的m型锶铁氧体磁性材料与现有的分子式为srfe12o19的m型锶铁氧体磁性材料相比，剩余磁化强度br增加10.06%，饱和磁化强度ms增加4.16%，矫顽力hc增加16.53%。