一种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，具体涉及一种锶铁氧体磁性材料及其制备方法。

背景技术：

m型六角铁氧体作为一种高性能永磁材料，具有较宽的磁滞回线、较高的矫顽力、磁能积、单轴磁晶各向异性和高剩余磁化强度等特点，同时具有较高的性价比，因此成为应用最广泛的永磁材料、微波吸收材料和高密度垂直磁记录器件等领域中，是电子、军事工业一种重要的基础功能材料。近年来，随着人们对电子产品的性能方面要求日益严格，工业发展水平日益提高，m型铁氧体的性能也在不断的被探索。研究者主要从制备方法、工艺参数、配方改进方面进行研究。

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-xgdxfe12-xmnxo19，分子式中：0<x<0.1。

本发明制备分子式为sr1-xgdxfe12-xmnxo19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-xgdxfe12-xmnxo19中的化学计量比称取gd2o3、mnco3、srco3和fe2o3做为原料，分子式sr1-xgdxfe12-xmnxo19中：0<x<0.1；

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300r/min~500r/min下混料1h~2h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3mpa~5mpa的压力下压制得到片状样品；所述磨球为氧化镐磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为10:1:0.5；所述烘干的温度为80~150℃，烘干时间为3h~6h；

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1200℃~1250℃，然后保温2h~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300r/min~500r/min下混料2h~3h，将混料烘干后置于压片的模具中，在3mpa~5mpa的压力下压制得到预烧料片状样品；所述磨球为氧化镐磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为10:1:0.5；所述烘干的温度为80℃~150℃，烘干时间为3h~6h；

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1150℃~1250℃，然后保温2h~4h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr1-xgdxfe12-xmnxo19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、mnco3和fe2o3价格低廉，gd2o3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-xgdxfe12-xmnxo19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8.52%~41.33%，矫顽力hc增加27.65%~65.49%，饱和磁化强度ms增加6.98%~10.56%，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-xgdxfe12-xmnxo19，分子式中：0<x<0.1。

本实施方式的sr1-xgdxfe12-xmnxo19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6.18%~36.11%，矫顽力hc增加25.35%~42.70%，饱和磁化强度ms增加8.03%~10.03%，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-xlnxfe12-xmnxo19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-xlnxfe12-xmnxo19中的化学计量比称取gd2o3、mnco3、srco3和fe2o3做为原料，分子式sr1-xgdxfe12-xmnxo19中：0<x<0.1；

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300r/min~500r/min下混料1h~2h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3mpa~5mpa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1200℃~1250℃，然后保温2h~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300r/min~500r/min下混料2h~3h，烘干后将混料置于压片的模具中，在3mpa~5mpa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1150℃~1250℃，然后保温2h~4h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr1-xgdxfe12-xmnxo19的m型锶铁氧体磁性材料。

1、本实施方式所用原料srco3、mnco3和fe2o3价格低廉，gd2o3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-xgdxfe12-xmnxo19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8.52%~41.33%，矫顽力hc增加27.65%~65.49%，饱和磁化强度ms增加6.98%~10.56%，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：步骤二所述磨球为氧化镐磨球。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10:1:0.5。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80℃~150℃，烘干时间为3h~6h。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：步骤四所述磨球为氧化镐磨球。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10:1:0.5。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80℃~150℃，烘干时间为3h~6h。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：sr0.95gd0.05fe11.95mn0.05o19；

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sr0.95gd0.05fe11.95mn0.05o19中的化学计量比称取gd2o3、mnco3、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400r/min下混料2h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3mpa的压力下压制得到片状样品；所述磨球为氧化镐磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为10:1:0.5；所述烘干的温度为120℃，烘干时间为6h；

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1250℃，然后保温6h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400r/min下混料3h，将混料烘干后置于压片的模具中，在3mpa的压力下压制得到预烧料片状样品；所述磨球为氧化镐磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为10:1:0.5；所述烘干的温度为120℃，烘干时间为6h；

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1250℃，然后保温4h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr0.95gd0.05fe11.95mn0.05o19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，且晶粒尺寸大小较均匀，分布也较为均匀，且界面清晰，呈六角片状结构，样品中存在一定的孔洞，说明样品的密度仍有提升的空间。

对本实施例制备的分子式为sr0.95gd0.05fe11.95mn0.05o19的m型锶铁氧体磁性材料进行vsm测试：剩余磁化强度br=32.75emu/g，饱和磁化强度ms=57.16emu/g，矫顽力hc=43.27ka/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=28.89emu/g，ms=53.36emu/g，hc=32.58ka/m，由此可知，本实施例制备的分子式为sr0.95gd0.05fe11.95mn0.05o19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13.36%，饱和磁化强度ms增加7.12%，矫顽力hc增加32.8%。

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：sr0.9gd0.1fe11.9mn0.1o19；

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sr0.9gd0.1fe11.9mn0.1o19中的化学计量比称取gd2o3、mnco3、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400r/min下混料2h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3mpa的压力下压制得到片状样品；所述磨球为氧化镐磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为10:1:0.5；所述烘干的温度为120℃，烘干时间为6h；

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1200℃，然后保温6h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400r/min下混料3h，将混料烘干后置于压片的模具中，在3mpa的压力下压制得到预烧料片状样品；所述磨球为氧化镐磨球；所述磨球、原料和无水乙醇的质量比为10:1:0.5；所述烘干的温度为120℃，烘干时间为6h；

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10℃/min的升温速率升温至1250℃，然后保温4h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr0.9gd0.1fe11.9mn0.1o19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2μm~4μm之间，且晶粒尺寸大小均匀，分布也较均匀，晶粒界面清晰，呈六角片状结构，样品中存在一定的孔洞，说明样品的密度仍有提升的空间。

对本实施例制备的分子式为sr0.9gd0.1fe11.9mn0.1o19的m型锶铁氧体磁性材料进行vsm测试：剩余磁化强度br=39.43emu/g，饱和磁化强度ms=57.87emu/g，矫顽力hc=52.72ka/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=28.89emu/g，饱和磁化强度ms=53.36emu/g，矫顽力hc=32.58ka/m，由此可知，本实施例制备的分子式为sr0.9gd0.1fe11.9mn0.1o19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36.48%，饱和磁化强度ms增加8.45%，矫顽力hc增加61.82%。