永磁复合陶瓷材料及其制备方法
永磁复合陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料科学领域，涉及一种BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]同时随着计算机技术及电子信息技术的飞速发展，人们对电子元器件的要求越来越高，使得各种电子设备变得更加高度集成化、多功能化、小型化和快速响应化，电子设备的电子信息交换和存储系统都向着体积更小，存储速度更快的方向发展。所以，造成单一组分的材料往往难以胜任要求，急切需要一种新材料具有较高的性能或者同时具有两种或两种以上的性能，以减小电子元器件在电路板有限空间的消耗，进一步实现器件的小型化，复合材料作为一种整合单一组分材料中的各种优缺点，并且可以根据实际需要扬长避短设计出一种新型功能复合材料的方法，引起了众多材料科学家的兴趣。
[0003]上世界50年代以来，永磁材料作为磁性材料中的重要一部分，推动了电子信息技术的发展，占据了全球磁性材料市场中半壁江山。随着时代发展，人们对永磁材料的体积、重量、性能有着越来越高的要求，急需高剩磁(Br)、高矫顽力(H。)、高磁能积BH(max)的高性能的永磁材料，特别是磁能积BH(max)，它是衡量磁性材料储存能力大小的重要参数。但是由于材料自身的原因，无论是金属永磁材料Fe3O4还是铁氧体永磁材料M型钡铁氧体，都无法到达技术要求，严重制约了该材料在工业生产中的应用。直到1990年Kneller和Hawig率先提出了交换耦合机制理论后，人们才将其变为现实，解决了单相永磁材料相对较低的磁能积BH(max)改善了各个磁性参数。他们首次创新性的利用交换耦合理论通过过渡金属与永磁材料进行复合制备出高磁能积的纳米永磁复合材料。交换親合理论主要机制是硬、软磁性相间存在交换耦合作用，由于硬磁相的磁晶各向异性大于软磁相，当两相在外界磁场的作用下，软磁相磁畴率先发生偏转并进入硬磁相磁畴当中，当外界磁场达到最大值软磁相基本进入硬磁相。当加入反向磁场时，软磁相起到钉扎效应，阻碍硬磁相发生偏转，矫顽力增大，导致磁能积增加。影响交换耦合作用的因素包括:晶粒尺寸的大小(两相晶粒尺寸越小，交换耦合效应越强)，两相晶粒分布的均匀程度，硬、软磁两相的耦合程度。所以通过交换耦合效应可以提高永磁复合材料的磁能积，扩展其的应用。高磁能积永磁材料目前主要用在磁性存储、磁流体传导器、医疗器械如核磁共振仪等，具有广阔的应用前景。Y3Fe5O12是一种软磁性材料，具有高的饱和磁化强度。BaFe12O19是一种典型的硬磁性材料，具有高的居里温度和矫顽力。通常制备磁性复合陶瓷的方法是首先采用固相法分别制备出各单相粉体，然后进行机械混合，然后用传统的固相烧结方法烧结陶瓷。首先此方法，不仅所需要的煅烧温度高，而且制备出的复合粉体是在晶粒尺寸上进行混合导致均匀性比较差，最终直接影响到复合陶瓷材料的性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料及其制备方法，该方法中烧结温度低，并且制得的复合陶瓷材料由于交换耦合作用，随着￥$65012含量的增加，饱和磁化强度为41.53?50.54emu/g，剩余磁化强度为22.34?27.94emu/g，最大磁能积为 5.99 ?15.66kJ/m3。
[0005]为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案:
[0006]一种BaFe12O19A3Fe5O1^磁复合陶瓷材料，该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l-x)BaFe12019/xY3Fe5012，其中 X 为 Y3Fe5O12的质量百分数，且 10%彡 x 彡 40%。
[0007]该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12，其中x为Y3Fe5O12的质量百分数，且20%彡X ( 40%。
[0008]该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12，其中x为Y3Fe5O12的质量百分数，且30%彡X ( 40%。
[0009]该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12，其中x为Y3Fe5O12的质量百分数，且X = 40%。
[0010]一种BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0011]I)按化学通式(l-x)BaFe12019/XY3Fe5012，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液；向溶液中加入柠檬酸，在80?100°C下加热并搅拌均匀，得到溶胶，将溶胶干燥后，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶研磨后在900?1000°C下煅烧，得到(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12两相磁性复合粉体；其中，x为Y 3Fe5012的质量百分数，且X < 40% ;柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的2?4倍；
[0012]2)向(1-x) BaFe12O19AY3Fe5O1^相磁性复合粉体中加入作为两相助烧剂的BaCu(B2O5)粉体，再通过球磨混合均匀，然后过60目筛，得到混合粉体；BaCu (B2O5)粉体的加入量为(11)8&?%019八￥#65012复合粉体质量的4%?7% ；
[0013]3)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的8%?15% ；
[0014]4)将混合粉末压制成型后，排除PVA粘合剂，然后在1100°C?1150°C下微波烧结10?15分钟成瓷，得到BaFei2O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料。
[0015]所述步骤I)中加热为水浴加热，搅拌的时间为I?2小时。
[0016]所述步骤I)中干燥的温度为150?200°C，干燥的时间为2?4小时；步骤I)中煅烧时间为2?4小时。
[0017]所述步骤2)中BaCu (B2O5)粉体是通过以下方法制得的:按化学通式BaFe12O19,将分析纯的Ba(OH)2.8H20、CuO和!^03球磨后在800?850°C煅烧4?6小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu (B2O5)粉体。
[0018]所述步骤3)中PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液。
[0019]所述步骤4)中排出PVA粘合剂的条件为在550?600°C下保温4?5个小时。
[0020]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:本发明首先通过溶胶-凝胶法制备(1-X)BaFei2O19AY3Fe5O12两相磁性复合粉体，其中，x为Y丨65012的质量百分数，且10 %^ χ^Ξ 40% ;然后将BaCu(B2O5)粉体与(l_x) BaFe12019/XY3Fe5012两相磁性复合粉体混合，造粒后，压制，然后排出PVA粘合剂后再于1100 °C?1150 °C下微波烧结，得到BaFe12O19/Y3Fe5O12永磁复合陶瓷材料；本发明中由于采用溶胶-凝胶法制备的复合粉体，在有两相烧结剂的条件下，采用微波烧结方式，能够在很低的温度(1100°c?1150°C )下，制得磁性能优异和拥有较大磁能积的BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料。本发明中由于采用了溶胶-凝胶法制备出原料粉体，克服了传统固相烧结方法制备复合粉体的过程中，煅烧温度高导致复合粉体晶粒增大，粉体均匀性变差影响两相间交换耦合性变差的问题。
[0021]本发明在制备永磁复合陶瓷的过程中时，采用微波烧结法，依靠材料本身吸收微波能并转化为材料内部分子的动能和势能，使材料内外同时均匀加热，因此材料内部形成的热应力极小。此外，在微波电磁能的作用下，材料内部分子(或离子)的动能增加，使烧结活化能降低，扩散系数提高，因此可实现低温快速烧结，使微粉晶粒来不及长大就已完成烧结，从而制备出保持微细晶粒的烧结体。本发明与固相烧结相比，烧结时间短，节省了能源，降低了成本，并且烧结后晶粒细小，材料致密性好，并指制备方法简单。
[0022]本发明制得的复合陶瓷材料制得的复合粉体的均匀性较好，由于交换耦合作用，随着Y3Fe5O12含量的增加，饱和磁化强度为41.53?50.54emu/g，剩余磁化强度为 22.34?27.94emu/g，最大磁能积为 5.98 ?16.25kJ/m3。
【附图说明】
[0023]图1为当BaFe12Oli^质量百分比为90% ,Y3Fe5O12质量百分比为10%，BaCu (B 205)的添加量为7%时，1150°C微波烧结所得复合陶瓷材料的XRD图。
[0024]图2为当BaFe12O19的质量百分比为80 %，Y 3Fe5012质量百分比为20 %，BaCu (B 205)的添加量为6%时，1140°C微波烧结所得复合陶瓷材料的XRD图。
[0025]图3为当BaFe12Oli^质量百分比为70%，Y 3Fe5012质量百分比为30%，BaCu (B 205)的添加量为5%时，1130°C微波烧结所得复合陶瓷材料的XRD图。
[0026]图4为当BaFe12O19的质量百分比为60 %，Y 3Fe5012质量百分比为40 %，BaCu (B 205)的添加量为4%时，1100°C微波烧结所得复合陶瓷材料的XRD图。
[0027]图5为当BaFe12O19的质量百分比为90 %，Y 3Fe5012质量百分比为10 %，BaCu (B 205)的添加量为7%时，1150°C微波烧结所得复合陶瓷材料的SEM图。
[0028]图6为当BaFe12O19的质量百分比为80 %，Y 3Fe5012质量百分比为20 %，BaCu (B 205)的添加量为6%时，1140°C微波烧结所得复合陶瓷材料的SEM图。
[0029]图7为当BaFe12Oli^质量百分比为70%，Y 3Fe5012质量百分比为30%，BaCu (B 205)的添加量为5%时，1130°C微波烧结所得复合陶瓷材料的SEM图。
[0030]图8当BaFe12Oli^质量百分比为60%,Y3Fe5O12质量百分比为40%,BaCu(B2O5)的添加量为4%时，1100°C微波烧结所得复合陶瓷材料的SEM图。
[0031 ] 图9为当BaFe12O19的质量百分比为90 %，Y 3Fe5012质量百分比为10 %，BaCu (B 205)的添加量为7%时，1150°C微波烧结所得复合陶瓷材料的的磁滞回线.
[0032]图10为当BaFe12O19的质量百分比为80 %，Y 3Fe5012质量百分比为20 %，BaCu (B 205)的添加量为6%时，1140°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁滞回线。
[0033]图11为当BaFe12O19的质量百分比为70 %，Y 3Fe5012质量百分比为30 %，BaCu (B 205)的添加量为5%时，1130°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁滞回线。
[0034]图12 当 BaFe12Oli^质量百分比为 60%，Y 3Fe5012质量百分比为 40%，BaCu(B2O5)的添加量为4%时，1100°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁滞回线。
[0035]图13为当BaFe12O19的质量百分比为90 %，Y 3Fe5012质量百分比为10 %，BaCu (B 205)的添加量为7%时，1150°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁感应强度与磁场强度的关系回线。
[0036]图14为当BaFe12O19的质量百分比为80 %，Y 3Fe5012质量百分比为20 %，BaCu (B 205)的添加量为6%时，1140°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁感应强度与磁场强度的关系回线。
[0037]图15为当BaFe12O19的质量百分比为70 %，Y 3Fe5012质量百分比为30 %，BaCu (B 205)的添加量为5%时，1130°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁感应强度与磁场强度的关系回线。
[0038]图16为当BaFe12O19的质量百分比为60 %，Y 3Fe5012质量百分比为40 %，BaCu (B 205)的添加量为4%时，1100°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁感应强度与磁场强度的关系回线。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细说明。
[0040]本发明中压制成型具体是将混合粉末置于模具中，然后在粉末压片机中，4MPa下压制并保压一分钟。
[0041]实施例1
[0042]—种BaFe12O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 10%o
[0043]上述BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0044]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba (OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在800°C煅烧6小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0045]2)按化学通式(l-x)BaFe12019/XY3Fe5012，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液。向溶液中加入柠檬酸，在80°C水浴加热下，搅拌I小时，得到溶胶，将溶胶在150°C下干燥4小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶研磨后在1000°c下煅烧2小时，得到(1-x)BaFe12019/xY3Fe5012两相磁性复合粉体。其中，xSY3Fe5O12的质量百分数，且X = 10%;柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的2倍。
[0046]3)将作为两相助烧剂的BaCu (B2O5)粉体加入到步骤3)得到的90% BaFe12019/10%￥#%012两相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛，得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为90% BaFe12019/10% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体质量的7%;
[0047]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的8% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0048]5)将混合粉末压制成型后，在550°C下保温5个小时，排除PVA粘合剂，然后在1150°C下微波烧结10分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1VlC磁复合陶瓷材料。
[0049]由图1中可以看出BaFe12OdP Y3Fe5O1^相共存，无杂相生成。
[0050]从图5中可看出，在复合陶瓷材料致密性良好，两相晶粒尺寸均匀，均在I ym?2 y m左右。
[0051]由图9可以看出，复合陶瓷材料的饱和磁化强度为50.54emu/g，剩余磁化强度为27.94emu/g0
[0052]参见图13，根据最大磁能积的计算方法，即曲线的第二象限部分横轴数值与纵轴数值的乘积的最大值为最大磁能积，得到复合陶瓷材料的最大磁能积为16.25kJ/m3。
[0053]实施例2
[0054]—种BaFe12O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 20%。
[0055]上述BaFe12O19A3Fe5O1^磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0056]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba(OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在810°C煅烧5小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0057]2)按化学通式(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液。向溶液中加入柠檬酸，在80°C水浴加热下并搅拌2小时，得到溶胶，将溶胶在160°C下干燥3小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶研磨后在900°C下煅烧4小时，得到BaFe12019/Y3Fe5012两相磁性复合粉体。其中，x为Y3Fe5O12的质量百分数，且X = 20% ;柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的3倍。
[0058]3)将作为两相助 烧剂的BaCu (B2O5)粉体加入到步骤3)得到的80% BaFe12019/20%￥#%012两相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛，得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为80% BaFe12019/20% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体质量的6%;
[0059]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的10% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0060]5)将混合粉末压制成型后，在560°C下保温4.5个小时，排除PVA粘合剂，然后在1140°C下微波烧结15分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1VlC磁复合陶瓷材料。
[0061]由图2中可以看出BaFe12OdP Y3Fe5O1^相共存，无杂相生成。
[0062]从图中6可看出，复合陶瓷材料致密性良好，两相晶粒尺寸均匀，均在I μ m?2 μ m左右。
[0063]由图10看出，复合陶瓷材料的饱和磁化强度为48.76emu/g，剩余磁化强度为26.85emu/g。
[0064]参见图14，根据最大磁能积的计算方法，即曲线的第二象限部分横轴数值与纵轴数值的乘积的最大值为最大磁能积，得到复合陶瓷材料的最大磁能积为13.75kJ/m3。
[0065]实施例3
[0066]—种BaFe12019/Y3Fe501;^磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 30%。
[0067]上述BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0068]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba(OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在850°C煅烧4小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0069]2)按化学通式(l-x)BaFe12019/XY3Fe5012，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液。向溶液中加入柠檬酸，在80°C水浴加热下并搅拌1.5小时，得到溶胶，将溶胶在180°C下干燥2小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶研磨后在950°C下煅烧3小时，得到(1-x)BaFe12019/xY3Fe5012两相磁性复合粉体。其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且X = 30% ;柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的4倍。
[0070]3)将 BaCu (B2O5)粉体加入到步骤 3)制得的 70% BaFe12019/30% Y3Fe5O1^相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛，得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为70% BaFe12019/30% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体质量的5% ；
[0071]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的15% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0072]5)将混合粉末压制成型后，在600°C下保温4个小时，排除PVA粘合剂，然后在1130°C下微波烧结12分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料。
[0073]由图3中可以看出BaFe12OdP Y3Fe5O1^相共存，无杂相生成。
[0074]从图7中可看出，复合陶瓷材料致密性良好，两相晶粒尺寸均匀，均在I μ m?2 μ m左右。
[0075]由图11可以看出，复合陶瓷材料的饱和磁化强度为46.51emu/g，剩余磁化强度为25.0Iemu/g0
[0076]结合图15，根据最大磁能积的计算方法，即曲线的第二象限部分横轴数值与纵轴数值的乘积的最大值为最大磁能积，得到复合陶瓷材料的最大磁能积为10.91kJ/m3。
[0077]实施例4
[0078]—种BaFe12O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 40%。
[0079]上述BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0080]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba(OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在820°C煅烧4.5小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0081]2)按化学通式(1-x)BaFe12019/XY3Fe5012，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液，其中，X为Y3Fe5O12的质量百分数，且X = 40%。向溶液中加入柠檬酸，在90°C水浴加热下并搅拌1.5小时，得到溶胶，将溶胶在200°C下干燥2小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶在920°C下煅烧4小时，得到60%BaFe12019/40% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体。其中，柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、?乙尚子总摩尔量的2.5倍。
[0082]3)将BaCu (B2O5)粉体加入到60% BaFe12019/40% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛，得到混合粉体；其中，BaCu(B2O5)粉体的加入量为60% BaFe12019/40% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体质量的4% ；
[0083]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的13% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0084]5)将混合粉末压制成型后，在570°C下保温4个小时，排除PVA粘合剂，然后在1100°C下微波烧结13分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1^Ic磁复合陶瓷材料。
[0085]由图4中可以看出BaFe12OdP Y3Fe5O1^相共存，无杂相生成。
[0086]从图8中可看出，复合陶瓷材料致密性良好，两相晶粒尺寸均匀，均在I μ m?2 μ m左右。
[0087]由图12可以看出，复合陶瓷材料的饱和磁化强度为41.53emu/g，剩余磁化强度为22.34emu/g0
[0088]参见图16，根据最大磁能积的计算方法，即曲线的第二象限部分横轴数值与纵轴数值的乘积的最大值为最大磁能积，得到复合陶瓷材料的最大磁能积为5.99kJ/m3。
[0089]实施例5
[0090]一种BaFe12O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 15%。
[0091]上述BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0092]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba(OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在840°C煅烧5小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0093]2)按化学通式(1-x)BaFe12O19AY3Fe5O12，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液，其中，X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 15%。向溶液中加入柠檬酸，在100°C水浴加热下并搅拌I小时，得到溶胶，将溶胶在180°C下干燥2.5小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；在980°C下煅烧2小时，得到85% BaFe12019/15% ￥#65012两相磁性复合粉体。其中，柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的3.5倍。
[0094]3)将BaCu (B2O5)粉体加入到85% BaFe12019/15% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛， 得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为BaFe12Oli^ Y3Fe5O12S质量的 5% ；
[0095]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的12% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0096]5)将混合粉末压制成型后，在580°C下保温5个小时，排除PVA粘合剂，然后在1120°C下微波烧结10分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料。
[0097]实施例6
[0098]—种BaFe12O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 25%。
[0099]上述BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0100]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba(OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在830°C煅烧5.5小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0101]2)按化学通式(l-x)BaFe12019/XY3Fe5012，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液，其中，X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 25%。向溶液中加入柠檬酸，在85°C水浴加热下并搅拌2小时，得到溶胶，将溶胶在170°C下干燥3小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；在970°C下煅烧3小时，得到75% BaFe12019/25% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体。其中，柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的4倍。
[0102]3)将BaCu(B2O5)粉体加入75% BaFe12019/25% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛，得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为75% BaFe12019/25% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体质量的7% ；
[0103]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的15% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0104]5)将混合粉末压制成型后，在590°C下保温4.5个小时，排除PVA粘合剂，然后在1125°C下微波烧结15分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1VlC磁复合陶瓷材料。
[0105]本发明中由于采用溶胶-凝胶法制备的复合粉体，并且加入了两相烧结剂，采用微波烧结方式，在很低的温度下，可制得磁性能优异和拥有较大磁能积的BaFe12O19A3Fe5O12永磁复合陶瓷材料。由于采用了溶胶-凝胶法制备出原料粉体，克服了传统固相烧结方法制备复合粉体的过程中，煅烧温度高导致复合粉体晶粒增大，粉体均匀性变差影响两相间交换耦合性并导致其耦合性能变差的问题。
[0106]本发明提供了一种能够低温、快速制备磁性能优异、并能大幅度提高磁能积的永磁复合陶瓷材料的方法。
【主权项】
1.一种BaFe 12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料，其特征在于，该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12019/xY3Fe5012，其中 X SY3Fe5O12的质量百分数，且 10%彡 x ( 40%。
2.根据权利要求1所述的一种BaFe12019八和5012永磁复合陶瓷材料，其特征在于，该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12O19AY3Fe5O12，其中1为￥和5012的质量百分数，且 20%彡 X ( 40%。
3.根据权利要求1所述的一种BaFe12019八和5012永磁复合陶瓷材料，其特征在于，该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12O19AY3Fe5O12，其中1为￥和5012的质量百分数，且 30%彡 X ( 40%。
4.根据权利要求1所述的一种BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料，其特征在于，该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12O19AY3Fe5O12，其中1为￥和5012的质量百分数，且 X = 40%。
5.—种如权利要求1所述的BaFe 12019八和5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)按化学通式(1-X)BaFe12O19ZxY3Fe5O12，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液；向溶液中加入柠檬酸，在80?100°C下加热并搅拌均匀，得到溶胶，将溶胶干燥后，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶研磨后在900?1000°C下煅烧，得到(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12两相磁性复合粉体；其中，x为Y 3Fe5012的质量百分数，且X < 40% ;柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的2?4倍； 2)向(Ι-x)8&?化019/#3?65012两相磁性复合粉体中加入作为两相助烧剂的BaCu(B2O5)粉体，再通过球磨混合均匀，然后过60目筛，得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为(Ι-x)83?612019八￥$65012复合粉体质量的4%?7% ； 3)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的8%?15% ; 4)将混合粉末压制成型后，排除PVA粘合剂，然后在1100°C?1150°C下微波烧结10?15分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1VlC磁复合陶瓷材料。
6.根据权利要求5所述的种BaFe12019/%?65012永磁复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤I)中加热为水浴加热，搅拌的时间为I?2小时。
7.根据权利要求5所述的种BaFe12019八和5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤I)中干燥的温度为150?200°C，干燥的时间为2?4小时；步骤I)中煅烧时间为2?4小时。
8.根据权利要求5所述的种BaFe12019/%?65012永磁复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中BaCu(B2O5)粉体是通过以下方法制得的:按化学通式BaFe12O19，将分析纯的Ba(OH)2.8Η20、αι0和驶03球磨后在800?850°C煅烧4?6小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体。
9.根据权利要求5所述的种BaFe12019/%?65012永磁复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液。
10.根据权利要求5或9所述的种BaFe12019八#65012永磁复合陶瓷材料制备方法，其特征在于，所述步骤4)中排出PVA粘合剂的条件为在550?600°C下保温4?5个小时。
【专利摘要】一种BaFe12O19/Y3Fe5O12永磁复合陶瓷材料及其制备方法，通过溶胶-凝胶法制备(1-x)BaFe12O19/xY3Fe5O12两相磁性复合粉体，其中，x为Y3Fe5O12的质量百分数，且10％≤x≤40％。然后将BaCu(B2O5)粉体与(1-x)BaFe12O19/xY3Fe5O12两相磁性复合粉体混合，造粒后，压制，然后排出PVA粘合剂后再1100℃～1150℃下微波烧结，本发明中由于采用溶胶-凝胶法制备的复合粉体、加入了两相烧结剂，并且采用微波烧结的方式，在很低的温度下，即可制得磁性能优异和拥有较大磁能积的BaFe12O19/Y3Fe5O12永磁复合陶瓷材料。
【IPC分类】C04B35-40, C04B35-624, C04B35-64, C04B35-622
【公开号】CN104557010
【申请号】CN201510019063
【发明人】杨海波, 刘淼, 林营, 朱建锋, 王芬
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月14日
【技术领域】
[0001]本发明属于材料科学领域，涉及一种BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]同时随着计算机技术及电子信息技术的飞速发展，人们对电子元器件的要求越来越高，使得各种电子设备变得更加高度集成化、多功能化、小型化和快速响应化，电子设备的电子信息交换和存储系统都向着体积更小，存储速度更快的方向发展。所以，造成单一组分的材料往往难以胜任要求，急切需要一种新材料具有较高的性能或者同时具有两种或两种以上的性能，以减小电子元器件在电路板有限空间的消耗，进一步实现器件的小型化，复合材料作为一种整合单一组分材料中的各种优缺点，并且可以根据实际需要扬长避短设计出一种新型功能复合材料的方法，引起了众多材料科学家的兴趣。
[0003]上世界50年代以来，永磁材料作为磁性材料中的重要一部分，推动了电子信息技术的发展，占据了全球磁性材料市场中半壁江山。随着时代发展，人们对永磁材料的体积、重量、性能有着越来越高的要求，急需高剩磁(Br)、高矫顽力(H。)、高磁能积BH(max)的高性能的永磁材料，特别是磁能积BH(max)，它是衡量磁性材料储存能力大小的重要参数。但是由于材料自身的原因，无论是金属永磁材料Fe3O4还是铁氧体永磁材料M型钡铁氧体，都无法到达技术要求，严重制约了该材料在工业生产中的应用。直到1990年Kneller和Hawig率先提出了交换耦合机制理论后，人们才将其变为现实，解决了单相永磁材料相对较低的磁能积BH(max)改善了各个磁性参数。他们首次创新性的利用交换耦合理论通过过渡金属与永磁材料进行复合制备出高磁能积的纳米永磁复合材料。交换親合理论主要机制是硬、软磁性相间存在交换耦合作用，由于硬磁相的磁晶各向异性大于软磁相，当两相在外界磁场的作用下，软磁相磁畴率先发生偏转并进入硬磁相磁畴当中，当外界磁场达到最大值软磁相基本进入硬磁相。当加入反向磁场时，软磁相起到钉扎效应，阻碍硬磁相发生偏转，矫顽力增大，导致磁能积增加。影响交换耦合作用的因素包括:晶粒尺寸的大小(两相晶粒尺寸越小，交换耦合效应越强)，两相晶粒分布的均匀程度，硬、软磁两相的耦合程度。所以通过交换耦合效应可以提高永磁复合材料的磁能积，扩展其的应用。高磁能积永磁材料目前主要用在磁性存储、磁流体传导器、医疗器械如核磁共振仪等，具有广阔的应用前景。Y3Fe5O12是一种软磁性材料，具有高的饱和磁化强度。BaFe12O19是一种典型的硬磁性材料，具有高的居里温度和矫顽力。通常制备磁性复合陶瓷的方法是首先采用固相法分别制备出各单相粉体，然后进行机械混合，然后用传统的固相烧结方法烧结陶瓷。首先此方法，不仅所需要的煅烧温度高，而且制备出的复合粉体是在晶粒尺寸上进行混合导致均匀性比较差，最终直接影响到复合陶瓷材料的性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料及其制备方法，该方法中烧结温度低，并且制得的复合陶瓷材料由于交换耦合作用，随着￥$65012含量的增加，饱和磁化强度为41.53?50.54emu/g，剩余磁化强度为22.34?27.94emu/g，最大磁能积为 5.99 ?15.66kJ/m3。
[0005]为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案:
[0006]一种BaFe12O19A3Fe5O1^磁复合陶瓷材料，该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l-x)BaFe12019/xY3Fe5012，其中 X 为 Y3Fe5O12的质量百分数，且 10%彡 x 彡 40%。
[0007]该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12，其中x为Y3Fe5O12的质量百分数，且20%彡X ( 40%。
[0008]该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12，其中x为Y3Fe5O12的质量百分数，且30%彡X ( 40%。
[0009]该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12，其中x为Y3Fe5O12的质量百分数，且X = 40%。
[0010]一种BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0011]I)按化学通式(l-x)BaFe12019/XY3Fe5012，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液；向溶液中加入柠檬酸，在80?100°C下加热并搅拌均匀，得到溶胶，将溶胶干燥后，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶研磨后在900?1000°C下煅烧，得到(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12两相磁性复合粉体；其中，x为Y 3Fe5012的质量百分数，且X < 40% ;柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的2?4倍；
[0012]2)向(1-x) BaFe12O19AY3Fe5O1^相磁性复合粉体中加入作为两相助烧剂的BaCu(B2O5)粉体，再通过球磨混合均匀，然后过60目筛，得到混合粉体；BaCu (B2O5)粉体的加入量为(11)8&?%019八￥#65012复合粉体质量的4%?7% ；
[0013]3)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的8%?15% ；
[0014]4)将混合粉末压制成型后，排除PVA粘合剂，然后在1100°C?1150°C下微波烧结10?15分钟成瓷，得到BaFei2O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料。
[0015]所述步骤I)中加热为水浴加热，搅拌的时间为I?2小时。
[0016]所述步骤I)中干燥的温度为150?200°C，干燥的时间为2?4小时；步骤I)中煅烧时间为2?4小时。
[0017]所述步骤2)中BaCu (B2O5)粉体是通过以下方法制得的:按化学通式BaFe12O19,将分析纯的Ba(OH)2.8H20、CuO和!^03球磨后在800?850°C煅烧4?6小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu (B2O5)粉体。
[0018]所述步骤3)中PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液。
[0019]所述步骤4)中排出PVA粘合剂的条件为在550?600°C下保温4?5个小时。
[0020]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:本发明首先通过溶胶-凝胶法制备(1-X)BaFei2O19AY3Fe5O12两相磁性复合粉体，其中，x为Y丨65012的质量百分数，且10 %^ χ^Ξ 40% ;然后将BaCu(B2O5)粉体与(l_x) BaFe12019/XY3Fe5012两相磁性复合粉体混合，造粒后，压制，然后排出PVA粘合剂后再于1100 °C?1150 °C下微波烧结，得到BaFe12O19/Y3Fe5O12永磁复合陶瓷材料；本发明中由于采用溶胶-凝胶法制备的复合粉体，在有两相烧结剂的条件下，采用微波烧结方式，能够在很低的温度(1100°c?1150°C )下，制得磁性能优异和拥有较大磁能积的BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料。本发明中由于采用了溶胶-凝胶法制备出原料粉体，克服了传统固相烧结方法制备复合粉体的过程中，煅烧温度高导致复合粉体晶粒增大，粉体均匀性变差影响两相间交换耦合性变差的问题。
[0021]本发明在制备永磁复合陶瓷的过程中时，采用微波烧结法，依靠材料本身吸收微波能并转化为材料内部分子的动能和势能，使材料内外同时均匀加热，因此材料内部形成的热应力极小。此外，在微波电磁能的作用下，材料内部分子(或离子)的动能增加，使烧结活化能降低，扩散系数提高，因此可实现低温快速烧结，使微粉晶粒来不及长大就已完成烧结，从而制备出保持微细晶粒的烧结体。本发明与固相烧结相比，烧结时间短，节省了能源，降低了成本，并且烧结后晶粒细小，材料致密性好，并指制备方法简单。
[0022]本发明制得的复合陶瓷材料制得的复合粉体的均匀性较好，由于交换耦合作用，随着Y3Fe5O12含量的增加，饱和磁化强度为41.53?50.54emu/g，剩余磁化强度为 22.34?27.94emu/g，最大磁能积为 5.98 ?16.25kJ/m3。
【附图说明】
[0023]图1为当BaFe12Oli^质量百分比为90% ,Y3Fe5O12质量百分比为10%，BaCu (B 205)的添加量为7%时，1150°C微波烧结所得复合陶瓷材料的XRD图。
[0024]图2为当BaFe12O19的质量百分比为80 %，Y 3Fe5012质量百分比为20 %，BaCu (B 205)的添加量为6%时，1140°C微波烧结所得复合陶瓷材料的XRD图。
[0025]图3为当BaFe12Oli^质量百分比为70%，Y 3Fe5012质量百分比为30%，BaCu (B 205)的添加量为5%时，1130°C微波烧结所得复合陶瓷材料的XRD图。
[0026]图4为当BaFe12O19的质量百分比为60 %，Y 3Fe5012质量百分比为40 %，BaCu (B 205)的添加量为4%时，1100°C微波烧结所得复合陶瓷材料的XRD图。
[0027]图5为当BaFe12O19的质量百分比为90 %，Y 3Fe5012质量百分比为10 %，BaCu (B 205)的添加量为7%时，1150°C微波烧结所得复合陶瓷材料的SEM图。
[0028]图6为当BaFe12O19的质量百分比为80 %，Y 3Fe5012质量百分比为20 %，BaCu (B 205)的添加量为6%时，1140°C微波烧结所得复合陶瓷材料的SEM图。
[0029]图7为当BaFe12Oli^质量百分比为70%，Y 3Fe5012质量百分比为30%，BaCu (B 205)的添加量为5%时，1130°C微波烧结所得复合陶瓷材料的SEM图。
[0030]图8当BaFe12Oli^质量百分比为60%,Y3Fe5O12质量百分比为40%,BaCu(B2O5)的添加量为4%时，1100°C微波烧结所得复合陶瓷材料的SEM图。
[0031 ] 图9为当BaFe12O19的质量百分比为90 %，Y 3Fe5012质量百分比为10 %，BaCu (B 205)的添加量为7%时，1150°C微波烧结所得复合陶瓷材料的的磁滞回线.
[0032]图10为当BaFe12O19的质量百分比为80 %，Y 3Fe5012质量百分比为20 %，BaCu (B 205)的添加量为6%时，1140°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁滞回线。
[0033]图11为当BaFe12O19的质量百分比为70 %，Y 3Fe5012质量百分比为30 %，BaCu (B 205)的添加量为5%时，1130°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁滞回线。
[0034]图12 当 BaFe12Oli^质量百分比为 60%，Y 3Fe5012质量百分比为 40%，BaCu(B2O5)的添加量为4%时，1100°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁滞回线。
[0035]图13为当BaFe12O19的质量百分比为90 %，Y 3Fe5012质量百分比为10 %，BaCu (B 205)的添加量为7%时，1150°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁感应强度与磁场强度的关系回线。
[0036]图14为当BaFe12O19的质量百分比为80 %，Y 3Fe5012质量百分比为20 %，BaCu (B 205)的添加量为6%时，1140°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁感应强度与磁场强度的关系回线。
[0037]图15为当BaFe12O19的质量百分比为70 %，Y 3Fe5012质量百分比为30 %，BaCu (B 205)的添加量为5%时，1130°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁感应强度与磁场强度的关系回线。
[0038]图16为当BaFe12O19的质量百分比为60 %，Y 3Fe5012质量百分比为40 %，BaCu (B 205)的添加量为4%时，1100°C微波烧结所得复合陶瓷材料的磁感应强度与磁场强度的关系回线。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细说明。
[0040]本发明中压制成型具体是将混合粉末置于模具中，然后在粉末压片机中，4MPa下压制并保压一分钟。
[0041]实施例1
[0042]—种BaFe12O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 10%o
[0043]上述BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0044]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba (OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在800°C煅烧6小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0045]2)按化学通式(l-x)BaFe12019/XY3Fe5012，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液。向溶液中加入柠檬酸，在80°C水浴加热下，搅拌I小时，得到溶胶，将溶胶在150°C下干燥4小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶研磨后在1000°c下煅烧2小时，得到(1-x)BaFe12019/xY3Fe5012两相磁性复合粉体。其中，xSY3Fe5O12的质量百分数，且X = 10%;柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的2倍。
[0046]3)将作为两相助烧剂的BaCu (B2O5)粉体加入到步骤3)得到的90% BaFe12019/10%￥#%012两相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛，得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为90% BaFe12019/10% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体质量的7%;
[0047]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的8% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0048]5)将混合粉末压制成型后，在550°C下保温5个小时，排除PVA粘合剂，然后在1150°C下微波烧结10分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1VlC磁复合陶瓷材料。
[0049]由图1中可以看出BaFe12OdP Y3Fe5O1^相共存，无杂相生成。
[0050]从图5中可看出，在复合陶瓷材料致密性良好，两相晶粒尺寸均匀，均在I ym?2 y m左右。
[0051]由图9可以看出，复合陶瓷材料的饱和磁化强度为50.54emu/g，剩余磁化强度为27.94emu/g0
[0052]参见图13，根据最大磁能积的计算方法，即曲线的第二象限部分横轴数值与纵轴数值的乘积的最大值为最大磁能积，得到复合陶瓷材料的最大磁能积为16.25kJ/m3。
[0053]实施例2
[0054]—种BaFe12O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 20%。
[0055]上述BaFe12O19A3Fe5O1^磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0056]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba(OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在810°C煅烧5小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0057]2)按化学通式(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液。向溶液中加入柠檬酸，在80°C水浴加热下并搅拌2小时，得到溶胶，将溶胶在160°C下干燥3小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶研磨后在900°C下煅烧4小时，得到BaFe12019/Y3Fe5012两相磁性复合粉体。其中，x为Y3Fe5O12的质量百分数，且X = 20% ;柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的3倍。
[0058]3)将作为两相助 烧剂的BaCu (B2O5)粉体加入到步骤3)得到的80% BaFe12019/20%￥#%012两相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛，得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为80% BaFe12019/20% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体质量的6%;
[0059]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的10% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0060]5)将混合粉末压制成型后，在560°C下保温4.5个小时，排除PVA粘合剂，然后在1140°C下微波烧结15分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1VlC磁复合陶瓷材料。
[0061]由图2中可以看出BaFe12OdP Y3Fe5O1^相共存，无杂相生成。
[0062]从图中6可看出，复合陶瓷材料致密性良好，两相晶粒尺寸均匀，均在I μ m?2 μ m左右。
[0063]由图10看出，复合陶瓷材料的饱和磁化强度为48.76emu/g，剩余磁化强度为26.85emu/g。
[0064]参见图14，根据最大磁能积的计算方法，即曲线的第二象限部分横轴数值与纵轴数值的乘积的最大值为最大磁能积，得到复合陶瓷材料的最大磁能积为13.75kJ/m3。
[0065]实施例3
[0066]—种BaFe12019/Y3Fe501;^磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 30%。
[0067]上述BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0068]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba(OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在850°C煅烧4小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0069]2)按化学通式(l-x)BaFe12019/XY3Fe5012，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液。向溶液中加入柠檬酸，在80°C水浴加热下并搅拌1.5小时，得到溶胶，将溶胶在180°C下干燥2小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶研磨后在950°C下煅烧3小时，得到(1-x)BaFe12019/xY3Fe5012两相磁性复合粉体。其中，x为BaFe12O19的质量百分数，且X = 30% ;柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的4倍。
[0070]3)将 BaCu (B2O5)粉体加入到步骤 3)制得的 70% BaFe12019/30% Y3Fe5O1^相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛，得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为70% BaFe12019/30% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体质量的5% ；
[0071]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的15% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0072]5)将混合粉末压制成型后，在600°C下保温4个小时，排除PVA粘合剂，然后在1130°C下微波烧结12分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料。
[0073]由图3中可以看出BaFe12OdP Y3Fe5O1^相共存，无杂相生成。
[0074]从图7中可看出，复合陶瓷材料致密性良好，两相晶粒尺寸均匀，均在I μ m?2 μ m左右。
[0075]由图11可以看出，复合陶瓷材料的饱和磁化强度为46.51emu/g，剩余磁化强度为25.0Iemu/g0
[0076]结合图15，根据最大磁能积的计算方法，即曲线的第二象限部分横轴数值与纵轴数值的乘积的最大值为最大磁能积，得到复合陶瓷材料的最大磁能积为10.91kJ/m3。
[0077]实施例4
[0078]—种BaFe12O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 40%。
[0079]上述BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0080]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba(OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在820°C煅烧4.5小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0081]2)按化学通式(1-x)BaFe12019/XY3Fe5012，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液，其中，X为Y3Fe5O12的质量百分数，且X = 40%。向溶液中加入柠檬酸，在90°C水浴加热下并搅拌1.5小时，得到溶胶，将溶胶在200°C下干燥2小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶在920°C下煅烧4小时，得到60%BaFe12019/40% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体。其中，柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、?乙尚子总摩尔量的2.5倍。
[0082]3)将BaCu (B2O5)粉体加入到60% BaFe12019/40% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛，得到混合粉体；其中，BaCu(B2O5)粉体的加入量为60% BaFe12019/40% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体质量的4% ；
[0083]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的13% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0084]5)将混合粉末压制成型后，在570°C下保温4个小时，排除PVA粘合剂，然后在1100°C下微波烧结13分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1^Ic磁复合陶瓷材料。
[0085]由图4中可以看出BaFe12OdP Y3Fe5O1^相共存，无杂相生成。
[0086]从图8中可看出，复合陶瓷材料致密性良好，两相晶粒尺寸均匀，均在I μ m?2 μ m左右。
[0087]由图12可以看出，复合陶瓷材料的饱和磁化强度为41.53emu/g，剩余磁化强度为22.34emu/g0
[0088]参见图16，根据最大磁能积的计算方法，即曲线的第二象限部分横轴数值与纵轴数值的乘积的最大值为最大磁能积，得到复合陶瓷材料的最大磁能积为5.99kJ/m3。
[0089]实施例5
[0090]一种BaFe12O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 15%。
[0091]上述BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0092]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba(OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在840°C煅烧5小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0093]2)按化学通式(1-x)BaFe12O19AY3Fe5O12，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液，其中，X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 15%。向溶液中加入柠檬酸，在100°C水浴加热下并搅拌I小时，得到溶胶，将溶胶在180°C下干燥2.5小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；在980°C下煅烧2小时，得到85% BaFe12019/15% ￥#65012两相磁性复合粉体。其中，柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的3.5倍。
[0094]3)将BaCu (B2O5)粉体加入到85% BaFe12019/15% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛， 得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为BaFe12Oli^ Y3Fe5O12S质量的 5% ；
[0095]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的12% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0096]5)将混合粉末压制成型后，在580°C下保温5个小时，排除PVA粘合剂，然后在1120°C下微波烧结10分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料。
[0097]实施例6
[0098]—种BaFe12O19A3Fe5O1Vli磁复合陶瓷材料的化学表达式为(l_x) BaFe 12019/XY3Fe5O12，其中X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 25%。
[0099]上述BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0100]I)按化学通式BaFe12O19将分析纯的Ba(OH) 2.8H20、CuO和H3BO3球磨后在830°C煅烧5.5小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
[0101]2)按化学通式(l-x)BaFe12019/XY3Fe5012，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液，其中，X SY3Fe5O12的质量百分数，且X = 25%。向溶液中加入柠檬酸，在85°C水浴加热下并搅拌2小时，得到溶胶，将溶胶在170°C下干燥3小时，得到黑褐色疏松状干凝胶；在970°C下煅烧3小时，得到75% BaFe12019/25% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体。其中，柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的4倍。
[0102]3)将BaCu(B2O5)粉体加入75% BaFe12019/25% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体中，再通过湿法球磨混合均匀，然后烘干，过60目筛，得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为75% BaFe12019/25% Y3Fe5O12两相磁性复合粉体质量的7% ；
[0103]4)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的15% ；PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液；
[0104]5)将混合粉末压制成型后，在590°C下保温4.5个小时，排除PVA粘合剂，然后在1125°C下微波烧结15分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1VlC磁复合陶瓷材料。
[0105]本发明中由于采用溶胶-凝胶法制备的复合粉体，并且加入了两相烧结剂，采用微波烧结方式，在很低的温度下，可制得磁性能优异和拥有较大磁能积的BaFe12O19A3Fe5O12永磁复合陶瓷材料。由于采用了溶胶-凝胶法制备出原料粉体，克服了传统固相烧结方法制备复合粉体的过程中，煅烧温度高导致复合粉体晶粒增大，粉体均匀性变差影响两相间交换耦合性并导致其耦合性能变差的问题。
[0106]本发明提供了一种能够低温、快速制备磁性能优异、并能大幅度提高磁能积的永磁复合陶瓷材料的方法。
【主权项】
1.一种BaFe 12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料，其特征在于，该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12019/xY3Fe5012，其中 X SY3Fe5O12的质量百分数，且 10%彡 x ( 40%。
2.根据权利要求1所述的一种BaFe12019八和5012永磁复合陶瓷材料，其特征在于，该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12O19AY3Fe5O12，其中1为￥和5012的质量百分数，且 20%彡 X ( 40%。
3.根据权利要求1所述的一种BaFe12019八和5012永磁复合陶瓷材料，其特征在于，该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12O19AY3Fe5O12，其中1为￥和5012的质量百分数，且 30%彡 X ( 40%。
4.根据权利要求1所述的一种BaFe12019/Y3Fe5012永磁复合陶瓷材料，其特征在于，该永磁复合陶瓷材料的化学表达式为(1-x)BaFe12O19AY3Fe5O12，其中1为￥和5012的质量百分数，且 X = 40%。
5.—种如权利要求1所述的BaFe 12019八和5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)按化学通式(1-X)BaFe12O19ZxY3Fe5O12，将硝酸钡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钇加入到蒸馏水中配制溶液；向溶液中加入柠檬酸，在80?100°C下加热并搅拌均匀，得到溶胶，将溶胶干燥后，得到黑褐色疏松状干凝胶；然后将黑褐色疏松状干凝胶研磨后在900?1000°C下煅烧，得到(1-x)BaFe12OliAY3Fe5O12两相磁性复合粉体；其中，x为Y 3Fe5012的质量百分数，且X < 40% ;柠檬酸的加入量为溶液中钡离子、铁离子、钇离子总摩尔量的2?4倍； 2)向(Ι-x)8&?化019/#3?65012两相磁性复合粉体中加入作为两相助烧剂的BaCu(B2O5)粉体，再通过球磨混合均匀，然后过60目筛，得到混合粉体；BaCu(B2O5)粉体的加入量为(Ι-x)83?612019八￥$65012复合粉体质量的4%?7% ； 3)向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，再经60目筛网过筛，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合剂的质量为混合粉体质量的8%?15% ; 4)将混合粉末压制成型后，排除PVA粘合剂，然后在1100°C?1150°C下微波烧结10?15分钟成瓷，得到BaFe12O19ZY3Fe5O1VlC磁复合陶瓷材料。
6.根据权利要求5所述的种BaFe12019/%?65012永磁复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤I)中加热为水浴加热，搅拌的时间为I?2小时。
7.根据权利要求5所述的种BaFe12019八和5012永磁复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤I)中干燥的温度为150?200°C，干燥的时间为2?4小时；步骤I)中煅烧时间为2?4小时。
8.根据权利要求5所述的种BaFe12019/%?65012永磁复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中BaCu(B2O5)粉体是通过以下方法制得的:按化学通式BaFe12O19，将分析纯的Ba(OH)2.8Η20、αι0和驶03球磨后在800?850°C煅烧4?6小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体。
9.根据权利要求5所述的种BaFe12019/%?65012永磁复合陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液。
10.根据权利要求5或9所述的种BaFe12019八#65012永磁复合陶瓷材料制备方法，其特征在于，所述步骤4)中排出PVA粘合剂的条件为在550?600°C下保温4?5个小时。
【专利摘要】一种BaFe12O19/Y3Fe5O12永磁复合陶瓷材料及其制备方法，通过溶胶-凝胶法制备(1-x)BaFe12O19/xY3Fe5O12两相磁性复合粉体，其中，x为Y3Fe5O12的质量百分数，且10％≤x≤40％。然后将BaCu(B2O5)粉体与(1-x)BaFe12O19/xY3Fe5O12两相磁性复合粉体混合，造粒后，压制，然后排出PVA粘合剂后再1100℃～1150℃下微波烧结，本发明中由于采用溶胶-凝胶法制备的复合粉体、加入了两相烧结剂，并且采用微波烧结的方式，在很低的温度下，即可制得磁性能优异和拥有较大磁能积的BaFe12O19/Y3Fe5O12永磁复合陶瓷材料。
【IPC分类】C04B35-40, C04B35-624, C04B35-64, C04B35-622
【公开号】CN104557010
【申请号】CN201510019063
【发明人】杨海波, 刘淼, 林营, 朱建锋, 王芬
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月14日
最新回复(0)