一种稀土基永磁单晶纳米材料及其制备方法

本发明属于磁性稀土合金纳米材料，特别涉及一种稀土基永磁单晶纳米材料及其制备方法。

背景技术：

1、稀土基永磁材料具有高的磁晶各向异性和饱和磁化轻度，作为实现电能和机械能转换的重要媒介，在航天发动机、磁悬浮列车轨道、风力发电以及无人机、智能机器人和光刻机等具有广阔的应用前景。

2、现有的永磁体主要包括烧结永磁体和粘结永磁体，其中，烧结永磁体具有脆性较大难以加工的问题，而粘结永磁体在加工时具有灵活性和可塑性的优点，如sm2fe17n3等粘结永磁体具有较高的磁性能。粘结永磁体通过控制单晶磁性颗粒的取向和粘结剂即可制备得到，且粘结永磁体的性能主要取决于单晶磁性颗粒的性能。

3、目前，制备磁性颗粒的较为经典的方法是化学法中的还原扩散法，主要采用氧化物或氢氧化物和金属ca进行混合，然后在高温下进行退火，将氧化物或氢氧化物还原成单质合金，然后继续经过水洗，将多余的ca和cao进行水洗清除，最终得到尺寸较小且为单晶体的稀土合金颗粒；然而，在还原扩散的过程中使用温度的比较高(>900℃)，在高温下会导致颗粒容易发生团聚进而发生尺寸不可控的影响；在还原过程中要使用ca进行还原，后续则需要水洗多余的ca和cao，在水洗的过程中，材料很容易被氧化或被产生氢化物中间体，导致对稀土合金颗粒的磁性能的影响很大；此外，采用还原扩散法成本较为高昂，程序比较复杂，对磁性纳米颗粒的产业化是较为不利的。

4、因此，急需提供一种可以大规模制备高磁性性能的纳米材料的制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种稀土基永磁单晶纳米材料及其制备方法，本发明的制备方法无需使用金属钙、退火温度低、产率高、可用于稀土基永磁单晶纳米材料的大规模制备。

2、本发明在第一方面提供了一种稀土基永磁单晶纳米材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

3、s1.采用ar/h2离子束轰击稀土金属，得到稀土氢化物纳米颗粒；

4、s2.将过渡金属盐、油酸和油胺进行混合并反应，得到过渡金属纳米颗粒；

5、s3.将所述稀土氢化物纳米颗粒与所述过渡金属纳米颗粒进行超声分散，得到稀土氢化物/过渡金属纳米复合粉末；

6、s4.将所述稀土氢化物/过渡金属纳米复合粉末进行真空退火处理，得到所述稀土基永磁单晶纳米材料；或，将所述稀土氢化物/过渡金属纳米复合粉末依次进行真空退火处理、氨气氛围退火处理，得到所述稀土基永磁单晶纳米材料；

7、优选地，将所述稀土金属置于正极，以钨电极作为负极，通入ar/h2混合气，在正负极之间施加电弧电压和电弧电流，得到稀土氢化物纳米颗粒；

8、优选的是，所述稀土金属为sm、pr、ce中的一种；优选的是，所述ar/h2混合气中ar占60～70vol.％；

9、优选的是，所述电弧电压为10～50v，电弧电流为50～150a。

10、优选地，所述过渡金属盐、油酸和油胺的用量比为(160～200)g:(90～140)ml:(3800～4500)ml。

11、优选的是，所述过渡金属盐为乙酰丙酮钴、乙酰丙酮铁中的一种；

12、优选的是，所述油酸的浓度为70％；

13、优选的是，所述油胺的浓度为90％。

14、优选地，所述混合为于100～140℃将过渡金属盐和油酸溶解在油胺中；和/或

15、所述反应为升温至230～260℃并保温1～2h；优选的是，所述升温的速率为2～8℃/min。

16、优选地，所述稀土氢化物纳米颗粒中稀土金属原子与所述过渡金属纳米颗粒中过渡金属原子的摩尔比为1:(4～12)，优选为1:(4.8～11.7)；

17、优选的是，所述超声分散采用的溶剂为正己烷；所述超声分散的时间为2～3h。

18、优选地，所述超声分散后还包括向混合体系吹气的步骤；优选的是，所述吹气为于50～80℃，搅拌条件下，向混合体系通入氩气。

19、优选地，所述真空退火处理为于真空条件下，升温至650～800℃并保温80～120min；优选的是，所述真空退火处理的真空度不小于3×10-4pa；所述升温的速率为2～8℃/min。

20、优选地，所述氨气氛围退火处理为在氨气氛围中，升温至450～550℃并保温4～8h；优选的是，所述升温的速率为2～8℃/min。

21、优选地，所述稀土氢化物纳米颗粒的粒径为50～100nm；

22、所述过渡金属纳米颗粒的粒径为8～12nm；和/或

23、所述稀土基永磁单晶纳米材料的粒径为100～200nm，优选为150～170nm。

24、本发明在第二方面提供了一种稀土基永磁单晶纳米材料，采用上述第一方面所述的制备方法制备得到。

25、本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

26、本发明首先分别通过离子束轰击稀土金属块制备稀土氢化物纳米颗粒，采用溶剂热法制备过渡金属纳米颗粒，然后将稀土氢化物纳米颗粒和过渡金属纳米颗粒混合得到稀土氢化物/过渡金属纳米复合粉末；稀土氢化物/过渡金属纳米复合粉末经退火处理方式制备稀土基永磁单晶纳米材料；与现有技术采用氧化物或氢氧化物和金属ca进行混合，经高温高温退火，制备单质合金的方式相比，本发明(1)退火温度更低，可以有效避免颗粒过度团聚，得到尺寸可控的稀土基永磁单晶纳米材料，同时可以节约能源，降低成本；(2)可以有效避免了ca的使用和后续水洗过程，有效降低了稀土基永磁单晶纳米材料的氧化率，从而有效提高了材料的磁性能。

27、本发明的制备方法重现性好、产率高(可达97％以上)，可进行量化生产，实现稀土基永磁单晶纳米材料的大规模制备。

技术特征：

1.一种稀土基永磁单晶纳米材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述稀土金属置于正极，以钨电极作为负极，通入ar/h2混合气，在正负极之间施加电弧电压和电弧电流，得到稀土氢化物纳米颗粒；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐、油酸和油胺的用量比为(160～200)g:(90～140)ml:(3800～4500)ml；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合为于100～140℃将过渡金属盐和油酸溶解在油胺中；和/或

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土氢化物纳米颗粒中稀土金属原子与所述过渡金属纳米颗粒中过渡金属原子的摩尔比为1:(4～12)，优选为1:(4.8～11.7)；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声分散后还包括向混合体系吹气的步骤；优选的是，所述吹气为于50～80℃，搅拌条件下，向混合体系通入氩气。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空退火处理为于真空条件下，升温至650～800℃并保温80～120min；优选的是，所述真空退火处理的真空度不小于3×10-4pa；所述升温的速率为2～8℃/min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨气氛围退火处理为在氨气氛围中，升温至450～550℃并保温4～8h；优选的是，所述升温的速率为2～8℃/min。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，稀土氢化物纳米颗粒的粒径为50～100nm；

10.一种稀土基永磁单晶纳米材料，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。

技术总结
本发明提供了一种稀土基永磁单晶纳米材料及其制备方法，属于磁性稀土合金纳米材料技术领域，该制备方法包括：S1.采用Ar/H<subgt;2</subgt;离子束轰击稀土金属，得到稀土氢化物纳米颗粒；S2.将过渡金属盐、油酸和油胺进行混合并反应，得到过渡金属纳米颗粒；S3.将稀土氢化物纳米颗粒与过渡金属纳米颗粒进行超声分散，得到稀土氢化物/过渡金属纳米复合粉末；S4.将稀土氢化物/过渡金属纳米复合粉末进行真空退火处理，得到稀土基永磁单晶纳米材料；或，将稀土氢化物/过渡金属纳米复合粉末依次进行真空退火处理、氨气氛围退火处理，得到稀土基永磁单晶纳米材料。本发明的制备方法退火温度低、产率高、可用于大规模制备稀土基永磁单晶纳米材料。

技术研发人员：马振辉,刘虎,杨科,罗志昆
受保护的技术使用者：北京工商大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13