专利名称：一种镍锌铁氧体粉末及其制备方法
技术领域：
本发明属于材料制备技术，涉及一种镍锌铁氧体粉末及其制备方法。
背景技术：
轻质宽带高效一直是国内外吸波材料研究的发展方向。在探索隐身新材料新机理新概念的同时，进一步提高与改进传统吸波材料(铁磁性吸收剂)的性能是研究工作重点。在这一研究工作中主要就是要解决三个问题降低吸收剂比重、提高低频磁性能、保持良好的介电频谱特性。国内吸收剂研究的对象大致有两类材料铁粉和铁氧体。铁粉比重大，磁损耗高，但一般低频磁性能的提高，必然带来工作频段介电性能的提高，很难做到高频(18GHz)与低频(I 2GHz)电磁性能的平衡。国内铁粉类吸收剂的研究工作之一就是通过各种改性技·术在确保吸收剂高磁损耗的同时，降低它的介电参数。目前这部分工作已取得一定进展，但离材料宽带设计要求还有不小的距离。与铁粉相比，铁氧体比重小，磁和介电损耗也较小。由于介电损耗小，铁氧体粉末可作为厚度比较大的吸波材料的主打吸收剂，但对于1_厚度以下的材料它将作为辅助吸收剂来调节材料的电磁频谱。国内在吸波材料用铁氧体研究方面开展了大量工作，合成方法和材料组成各异，但优秀铁氧体材料吸收波段大都集中在3公分(8GHz 12GHz)波段，目前这类铁氧体粉末已在吸波材料(8 18GHz工作频段)高低频兼顾设计中起到了很好的作用，但L、S波段低频性能不好。
发明内容
本发明的目的是提供一种在L、S波段低频性能好的镍锌铁氧体粉末及其制备方法。本发明的技术解决方案是，镍锌铁氧体粉末的表达式为NixZrvxFe2O4，其中，x=0. 5 O. 7。采用如下步骤进行制备I)按NixZrvxFe2O4，其中，x=0. 5 O. 7化学计量比取分析纯的硝酸铁、硝酸锌和硝酸镍，同时溶解在去离子水中，并加入柠檬酸，采用磁力搅拌等设备分散均匀，得到棕黄色的混合溶液；柠檬酸与金属盐的摩尔比为I 2 :12)将混合溶液在120 150°C条件下加热15 20小时，使溶剂蒸干形成棕色灰状物质；3)将棕色灰状物质置于马弗炉内，在1100 1300°C温度条件下烧结3 5小时，得到黑色烧结物；4)将黑色烧结物在球磨机或其他研磨设备中粉碎至25 40 μ m，得到棕红色粉末；5)将棕红色粉末置于马弗炉内，在900-1000°C温度条件下烧结3 5小时，得到黑色烧结物；
6)将黑色烧结物过600目筛，完成镍锌铁氧体粉末的制备。本发明具有的优点和有益效果本发明采用溶胶-凝胶结合高温烧结的工艺，并采用水溶性的无机金属盐，如硝酸盐、碳酸盐及盐酸盐等为原料，成本降低且来源丰富；通过化学计量比直接溶解所要掺杂的金属盐到溶液中，减少了杂质离子的增加；通过超声分散等方式以提高前驱体的均匀性，并提高反应温度，使溶胶一凝胶的均质化转变速度能够进行提高，缩短了转变周期；在热处理过程中，通过对烧结温度的控制，以及采用二次烧结工艺，来控制铁氧体的晶型及晶粒尺寸，并弥补因前驱体中化学计量的偏离带来的性能影响；通过调节高速球磨的时间及转速能够控制铁氧体粉末的颗粒度，从而对其电磁性能进行控制及改善。该铁氧体粉末是具有尖晶石结构的镍锌铁氧体，平均粒径为25μm，在2-4GHZ波段具有较高的磁导率和较低的介电常数。该镍锌铁氧体在2GHz频率点的介电常数实部为5. 0-5. 5，虚部为O ;磁导率实部为2. 0-2. 2，虚部为2. 0-2. 3 ;镍锌铁氧体的密度为5. 5-6. Og/cm3。
具体实施例方式下面将结合实施例对本发明做进一步的详细说明。镍锌铁氧体粉末的表达式为NixZrvxFe2O4，其中，x=0. 5 O. 7，采用溶胶-凝胶法结合高温烧结工艺制备镍锌铁氧体粉末有如下步骤第一步前驱体制备(A)前驱体溶液配置前驱体溶液由硝酸铁(Fe (NO3) 3 · 9H20)、硝酸镍(Ni (NO3)2 · 6H20)、硝酸锌(Zn(NO3) 2 · 6H20)、柠檬酸钠(NaC6H5O7)和蒸馏水组成；用量500ml的去离子水中加入34_40g硝酸铁(Fe (NO3) 3 · 9Η20)、6· 1-8. 6g硝酸镍(Ni (NO3)2 ·6Η20)、3.8-6. 2g 硝酸锌(Zn (NO3) 2 · 6H20)和 23_30g 柠檬酸钠(NaC6H5O7);采用超声分散或磁力搅拌等分散设备对上述溶液进行搅拌及分散，得到第一产物；分散条件温度为60_80°C，时间为60_120min ；本发明中，金属盐及络合物要完全溶解在蒸馏水中，溶液呈透明的棕红色，无杂质或未溶解的金属盐及络合物颗粒；(B)溶胶-凝胶的形成将第一产物放入烘箱中进行加热烘干；烘干条件温度为120_150°C，时间为15_20hr ；本发明中，第一产物随着不断的加热，溶剂不断挥发，溶液浓度及粘度不断增大，溶液逐渐变为湿溶胶；湿溶胶继续干燥，并伴有大量硝酸气体的不断放出，逐渐变为呈海绵状的棕红色半干溶胶；半干溶胶继续干燥，继续放出少量硝酸气体，最终变为灰烬状的灰色干溶胶，即为第二产物；第二步高温烧结处理将第二产物放入马弗炉等高温烧结设备中进行烧结处理，得到第三产物；烧结条件烧结温度为1100-1300°C，升温速率为5_10°C /min,保温时间为180-300min ；本发明中，采用高温烧结是使第二产物在一定的温度条件下进行相转变，并且伴有晶体的广生及长大；第三步研磨处理将第三产物放入行星式球磨机等研磨设备中粉碎至25 40 μ m,得到第四产物；分散条件转速为230-300r/min，时间为15_60min ；本发明中，采用行星式球磨机对第三产物进行分散的目的是将团聚的烧结体分散为一定粒径大小的粉末，使得内部没有进行热转变，还呈红棕色的部分暴露出来，为二次烧结准备；
第四步二次烧结将第四产物放入马弗炉等高温烧结设备中进行二次烧结处理，得到第五产物；烧结条件烧结温度为900-1000 °C，升温速率为5_10 V /min,保温时间为180-300min ；本发明中，采用二次烧结是使第四产物在热环境下，完全转变为铁氧体；第五步铁氧体的分散将第五产物进行研磨分散，采用600目的筛对第五产物进行分散，得到第六产物，即具有一定化学计量比的镍锌铁氧体粉末。实施例一本例的镍锌铁氧体的化学计量比为Nia6Zna4Fe2O4，粒径为25 40 μ m，密度为5. 5g/cm3。介电常数实部为5. 4，虚部为O. O ;磁导率实部为2. 2，虚部为2. 3。第一步前驱体制备(A)前驱体溶液配置前驱体溶液由硝酸铁(Fe (NO3) 3 · 9H20)、硝酸镍(Ni (NO3)2 · 6H20)、硝酸锌(Zn(NO3) 2 · 6H20)、柠檬酸钠(NaC6H5O7)和蒸馏水组成；用量500ml的去离子水中加入34g硝酸铁(Fe (NO3) 3 · 9H20)、7. 4g硝酸镍(Ni(NO3)2 · 6Η20)、5· Og 硝酸锌(Zn (NO3)2 · 6Η20)和 30g 柠檬酸钠(NaC6H5O7)；采用磁力搅拌设备对上述溶液进行搅拌及分散，得到第一产物；分散条件温度为80°C，时间为60min ；本发明中，金属盐及络合物完全溶解在蒸馏水中，溶液呈透明的棕红色，无杂质或未溶解的金属盐及络合物颗粒；(B)溶胶-凝胶的形成将第一产物放入烘箱中进行加热烘干；烘干条件温度为120°C，时间为20hr ；本发明中，第一产物随着不断的加热，溶剂不断挥发，溶液浓度及粘度不断增大，溶液逐渐变为湿溶胶；湿溶胶继续干燥，并伴有大量硝酸气体的不断放出，逐渐变为呈海绵状的棕红色半干溶胶；半干溶胶继续干燥，继续放出少量硝酸气体，最终变为灰烬状的灰色干溶胶，即为第二产物；第二步高温烧结处理将第二产物放入马弗炉等高温烧结设备中进行烧结处理，得到第三产物；
烧结条件烧结温度为1300°C，升温速率为10°C /min，保温时间为180min ；本发明中，采用高温烧结是使第二产物在一定的温度条件下进行相转变，并且伴有晶体的广生及长大；第三步研磨处理将第三产物放入行星式球磨机等研磨设备中粉碎至25 40 μ m,得到第四产物；分散条件转速为300r/min,时间为15min ；
本发明中，采用行星式球磨机对第三产物进行分散的目的是将团聚的烧结体分散为一定粒径大小的粉末，使得内部没有进行热转变，还呈红棕色的部分暴露出来，为二次烧结准备；第四步二次烧结将第四产物放入马弗炉等高温烧结设备中进行二次烧结处理，得到第五产物；烧结条件烧结温度为1000°C，升温速率为10°C /min，保温时间为180min ；本发明中，采用二次烧结是使第四产物在热环境下，完全转变为铁氧体；第五步铁氧体的分散将第五产物进行研磨分散，采用600目的筛对第五产物进行分散，得到第六产物，即具有Nia6Zna4Fe2O4化学计量比的镍锌铁氧体粉末。实施例二本例的镍锌铁氧体的化学计量比为Nia5Zna5Fe2O4，粒径为25 40 μ m，密度为5. 8g/cm3。介电常数实部为5. 0，虚部为O. O ;磁导率实部为2. 0，虚部为2. O。第一步前驱体制备(A)前驱体溶液配置前驱体溶液由硝酸铁(Fe (NO3) 3 · 9H20)、硝酸镍(Ni (NO3)2 · 6H20)、硝酸锌(Zn(NO3) 2 · 6H20)、柠檬酸钠(NaC6H5O7)和蒸馏水组成；用量500ml的去离子水中加入40g硝酸铁(Fe (NO3) 3 · 9H20)、6. Ig硝酸镍(Ni(NO3)2 · 6Η20)、6· 2g 硝酸锌(Zn (NO3)2 · 6H20)和 28g 柠檬酸钠(NaC6H5O7)；采用磁力搅拌设备对上述溶液进行搅拌及分散，得到第一产物；分散条件温度为60°C，时间为120min ；本发明中，金属盐及络合物完全溶解在蒸馏水中，溶液呈透明的棕红色，无杂质或未溶解的金属盐及络合物颗粒；(B)溶胶-凝胶的形成将第一产物放入烘箱中进行加热烘干；烘干条件温度为150°C，时间为15hr ；本发明中，第一产物随着不断的加热，溶剂不断挥发，溶液浓度及粘度不断增大，溶液逐渐变为湿溶胶；湿溶胶继续干燥，并伴有大量硝酸气体的不断放出，逐渐变为呈海绵状的棕红色半干溶胶；半干溶胶继续干燥，继续放出少量硝酸气体，最终变为灰烬状的灰色干溶胶，即为第二产物；第二步高温烧结处理将第二产物放入马弗炉等高温烧结设备中进行烧结处理，得到第三产物；烧结条件烧结温度为1100°C，升温速率为5°C /min，保温时间为300min ；
本发明中，采用高温烧结是使第二产物在一定的温度条件下进行相转变，并且伴有晶体的广生及长大；第三步研磨处理将第三产物放入行星式球磨机等研磨设备中粉碎至25 40 μ m,得到第四产物；分散条件转速为230r/min,时间为60min ；本发明中，采用行星式球磨机对第三产物进行分散的目的是将团聚的烧结体分散为一定粒径大小的粉末，使得内部没有进行热转变，还呈红棕色的部分暴露出来，为二次烧结准备；第四步二次烧结将第四产物放入马弗炉等高温烧结设备中进行二次烧结处理，得到第五产物； 烧结条件烧结温度为900°C，升温速率为5°C /min,保温时间为300min ；本发明中，采用二次烧结是使第四产物在热环境下，完全转变为铁氧体；第五步铁氧体的分散将第五产物进行研磨分散，采用600目的筛对第五产物进行分散，得到第六产物，即具有Nia5Zna5Fe2O4化学计量比的镍锌铁氧体粉末。实施例三本例的镍锌铁氧体的化学计量比为Nia7Zna3Fe2O4，粒径为25 40 μ m，密度为5. 5g/cm3。介电常数实部为5. 5，虚部为O. O ;磁导率实部为2. 1，虚部为2. I。第一步前驱体制备(A)前驱体溶液配置前驱体溶液由硝酸铁(Fe (NO3) 3 · 9H20)、硝酸镍(Ni (NO3)2 · 6H20)、硝酸锌(Zn(NO3) 2 · 6H20)、柠檬酸钠(NaC6H5O7)和蒸馏水组成；用量500ml的去离子水中加入38g硝酸铁(Fe (NO3) 3 · 9H20)、8. 6g硝酸镍(Ni(NO3)2 · 6Η20)、3· 8g 硝酸锌(Zn (NO3)2 · 6H20)和 23g 柠檬酸钠(NaC6H5O7)；采用磁力搅拌设备对上述溶液进行搅拌及分散，得到第一产物；分散条件温度为70°C，时间为IOOmin ；本发明中，金属盐及络合物完全溶解在蒸馏水中，溶液呈透明的棕红色，无杂质或未溶解的金属盐及络合物颗粒；(B)溶胶-凝胶的形成将第一产物放入烘箱中进行加热烘干；烘干条件温度为130°C，时间为18hr ；本发明中，第一产物随着不断的加热，溶剂不断挥发，溶液浓度及粘度不断增大，溶液逐渐变为湿溶胶；湿溶胶继续干燥，并伴有大量硝酸气体的不断放出，逐渐变为呈海绵状的棕红色半干溶胶；半干溶胶继续干燥，继续放出少量硝酸气体，最终变为灰烬状的灰色干溶胶，即为第二产物；第二步高温烧结处理将第二产物放入马弗炉等高温烧结设备中进行烧结处理，得到第三产物；烧结条件烧结温度为1200°c，升温速率为8°C /min，保温时间为240min ；本发明中，采用高温烧结是使第二产物在一定的温度条件下进行相转变，并且伴有晶体的广生及长大；第三步研磨处理将第三产物放入行星式球磨机等研磨设备中粉碎至25 40 μ m，得到第四产物；分散条件转速为280r/min,时间为30min ；本发明中，采用行星式球磨机对第三产物进行分散的目的是将团聚的烧结体分散为一定粒径大小的粉末，使得内部没有进行热转变，还呈红棕色的部分暴露出来，为二次烧结准备；第四步二次烧结·
将第四产物放入马弗炉等高温烧结设备中进行二次烧结处理，得到第五产物；烧结条件烧结温度为950°C，升温速率为8°C /min，保温时间为240min ；本发明中，采用二次烧结是使第四产物在热环境下，完全转变为铁氧体；第五步铁氧体的分散将第五产物进行研磨分散，采用600目的筛对第五产物进行分散，得到第六产物，即具有Nia7Zna3Fe2O4化学计量比的镍锌铁氧体粉末。
权利要求
1.一种镍锌铁氧体粉末，其特征在于，粉末的表达式为NixZrvxFe2O4，其中，x=0. 5 O.7。
2.一种制备权利要求I所述的镍锌铁氧体粉末的方法，其特征在于，步骤如下 1)按NixZrvxFe2O4，其中，x=0.5 O. 7化学计量比取分析纯的硝酸铁、硝酸锌和硝酸镍，同时溶解在去离子水中，并加入柠檬酸，采用磁力搅拌等设备分散均匀，得到棕黄色的混合溶液；柠檬酸与金属盐的摩尔比为I 2 :1 2)将混合溶液在120 150°C条件下加热15 20小时，使溶剂蒸干形成棕色灰状物质； 3)将棕色灰状物质置于马弗炉内，在1100 1300°C温度条件下烧结5小时，得到黑色烧结物； 4)将黑色烧结物在球磨机或其他研磨设备中粉碎至25 40μ m，得到棕红色粉末；5)将棕红色粉末置于马弗炉内，在900-100(TC温度条件下烧结3 5小时，得到黑色烧结物； 6)将黑色烧结物过600目筛，完成镍锌铁氧体粉末的制备。
3.根据权利要求I所述的一种镍锌铁氧体粉末，其特征在于，粉末的表达式为NixZrvxFe2O4,其中,x=0. 5 O. 7。
全文摘要
本发明属于材料制备技术，涉及一种镍锌铁氧体粉末及其制备方法。镍锌铁氧体粉末的表达式为NixZn1-xFe2O4，其中，x=0.5～0.7。制备步骤如下，按照NixZn1-xFe2O4化学计量比取分析纯的硝酸铁，硝酸锌，硝酸镍，同时溶解在去离子水中，并加入一定量的柠檬酸，采用磁力搅拌等设备分散均匀，得到棕黄色的混合溶液；将混合溶液在一定温度条件下加热，直至溶剂蒸干形成棕色灰状物质；将棕色灰状物质置于马弗炉内，在一定温度条件下烧结，得到黑色烧结物；最后将黑色烧结物在球磨机或其他研磨设备中粉碎至一定的粒径，过筛，即可。本发明制备工艺简单，易达成，所制备出的镍锌铁氧体粉末在2GHz-4GHz频段具有较好的磁导率和较低的介电常数，并具有较低的密度。
文档编号C04B35/626GK102875140SQ20121038790
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者王智勇, 张桐, 刘鹏瑞 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院