自蔓延高温合成NiFe₂O₄粉体的方法及烧结NiFe₂O₄的方法

专利名称：：自蔓延高温合成NiFe₂O₄粉体的方法及烧结NiFe₂O₄的方法
技术领域：
：本发明涉及合碌NiFe204粉体及NiFe204的方法。技术背景NiFe203是性能优良的软磁材料，用作磁头材料、矩磁材料和微波吸收材料，而且还是制备性能优良的磁电转换复合材料所选用的磁致伸縮材料，在电子工业上具有极广阔的应用前景。目前，制备NiFe204的主要方法是固相反应法，但此法能耗髙，污染环境，产物转化率相对较低。近几年，为提髙材料性能，湿化学法制备氧化物陶瓷有了长足发展，例如热液合成、共沉淀和溶胶凝胶法；但存在对pH值髙度敏感、干燥条件严格、需要复杂的反应装置以及昂贵的前驱体等缺陷。目前，采用自蔓延髙温合成技术(简称SHS，又叫燃烧合成)制备铁氧体通常采用湿法混合原料，虽然有利于原料的混合均匀，但在混合料的干燥及后处理过程中容易导致Fe粉被氧化，影响自莬延髙温合成反应的进行；有研究者对反应物进行压坯，然后进行自蔓延髙温合成，这样虽然有利于提高转化率，但一来增加了压坯的工序，二来增加了氧气进入坯体内部的难度，需要增加反应环境的氧气压力；此外，有研究者通过添加内部氧化剂来促进反应物内部氧气的不足，但内部氧化剂的加入容易引入新的杂质，增加自蔓延高温合成产物的后处理的难度，产生不必要的工序。
发明内容本发明是为了解决现有自堇延合成N^Fe204的方法中Fe粉易被氧化、需要加压引起氧化不充分以及添加内部氧化剂后引入杂质的问题，而提供自蓬延髙温合成NiFe204粉体及烧结NiFe204的方法。本发明自菱延高温合成NiFe204粉体的方法按如下步骤进行一、按照原子摩尔比Ni:Fe=l:2的比例取NiO、Fe和Fe203作为原料，其中Fe和FezOs的摩尔比为2k:(l-k),0.2<k<0.6;二、将原料在球磨机中干混710h,再将混合原料过70目筛，得到颗粒细小均匀的混合料，然后在4O^601C的条件下干燥2—h;三、将干燥好的松散混合料放入带有水冷系统反应釜中，密闭反应釜，再通入氧气使反应釜内压力为0.2~0.6MPa，再通电点火点燃反应物；燃烧结束后即得到自箋延髙温合成NiFe204粉体。将上述食成的NiFe204粉体研磨后过70目筛，向过筛后的NiFe204粉体添加粉体质量2%~5%的烧结助剂和粉体质量6%~12%的粘结剂，然后自然晾干，进行球磨造粒，之，在MMPa的压力下压制4~8min,在1100"1250"的条件下烧结，再保温4~711，即得到烧结的NiFe204。本发明采用的自蔓延高温合成过程是利用反应物内部的化学能来合成材料，反应物一经点燃即可自行维持反应，而且反应速度快，所以氧化物之间固溶铁氧体化程度髙。同时，由于燃烧过程中易于获得亚稳态物相，使产物具有较高的活性。本发明采用干混原料，虽然延长了混料时间，但省去了混合料的真空干燥，防止混合料中的Fe粉的氧化，简化了混料工艺，减少自菱延反应的影响因素；本发明采用反应物松散装料，可以使氧气更容易进入反应混合料的内部，使反应充分进行，降低了反应环境的氧气压力；同时，本发明不采用内部供氧剂，防止引入新的杂质，减少了反应产物的后处理难度。本发明能够获得髙活性的NiFe204粉料，简化制备工艺，传统工艺制备铁氧体，使用固相法制备铁氧体粉体，然后成型烧结获得铁氧体，固相法制备粉体需要髙温及长时间保温，能耗非常高，而自菱延法制备只需要少量氧气和一个电火花，就可以获得铁氧体粉体，然后进行成型烧结获得铁氧体，所以能耗和成本非常低。本发明合成的NiFe204粉体纯度为80°/^95%,烧结后NiFe204的纯度达到99.99%以上。表1列出了现有固相法工艺与自蔓延工艺生产铁氧体的比较，从表l中可以知道，自蓃延工艺具有工艺过程简单，生产周期短，能耗低，生产效率髙等优点。表l.传统固相法工艺与自蔓延工艺生产铁氧体的比较<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>图1为，自蔓延髙温合成NiFe204粉体的XRD分析结果图，图1中"■"代表NiFe2(i4，"▲"代表NiO,"*"代表Fe203;图2为烧结后NiFe204的XRD分析结果图，图2中"B"代表NiFe204;图3为烧结后NiF&C^的磁性曲线图。具体实施方式具体实施方式一本实施方式自蔓延髙温合成NiFe204粉体的方法按如下步骤进行一、按照原子摩尔比Ni:Fe^:2的比例取NiO、Fe和Fe203作为原料，其中Fe和Fe2Cb的摩尔比为2k:(l-k),0.2<k<0.6;二、将原料在球磨机中干混710h，再将混合原料过70目筛，得到颗粒细小均匀的混合料，然后在40~6010的,件下干燥2~411;三、将干燥好的松散混合料放入带有水冷系统反应釜中，密'闭反应釜，再通入氧气使反应釜内压力为0.2~0.6MPa,再通电点火点燃反应物；燃烧结束后即得到自蓃延髙温合成NiFe204粉体。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤一中0.3<k<0.5。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤一中k=0.4。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤二中将原料在球磨机中干混8~9h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实，方式五本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤二中将原料在球磨k中干混8.5h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤二中在501C的条件下千燥3h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤三中通入氧气使反应釜内压力为0.3~0.5MPa。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式八本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤三中通入氧气使反应釜内压力为0.4MPa。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式九本实施方式自箋延高温合成NiFe204粉体的方法按如下步骤进行一、按照原子摩尔比Ni:Fe^l:2的比例取NiO、Fe和Fez03作为原料，其中Fe和Fe203的摩尔比为2k:(l-k),kH).5;二、将原料在球磨机中千混8,5h，再将混合原料过70目筛，得到颗粒细小均匀的混合料，然后在50"的条件下干燥3.511;三、将干燥好的松散混合料放入带有水冷系统反应釜中，密闭反应釜，再通入氧气使反应釜内压力为0.5MPa，再通电点火点燃反应物；燃烧结束后即得到自蔓延高温合成NiFe204粉体。将本实施方式合成的NiFe204粉体进行XRD分析，其结果如图1所示，说明本实施方式合成的NiFe204粉体纯度达到80%~95%。具体实施方式十本实施方式烧结的NiFe204按如下方法制备将具体实施方式一合成的NiFe204粉体研磨后过70目筛，向过筛后的NiFe204粉体添加粉体质量2y『5。/。的烧结助剂和粉体质量6°/^12%的粘结剂，然后自然晾干，进行球磨造粒，之后在6^MPa的压力下压制4^8min，在1100"C1250"C的条件下烧结，再保温—7h,即得到烧结的NiFe204。具体实施方式十一本实施方式与具体实施方式十的不同点是烧结助剂为Bi203和域CaO。其它参数与具体实施方式十相同。本实施方式中烧结助剂为Bi2ps和CaO组成时按任意比混合。具体实施方式十二本实施方式与具体实施方式十.的不同点是球磨造粒的粒径为8rl2nm。其它参数与具体实施方式十相同。具体实施方式十三本实施方式与具体实施方式十的不同点是粘结剂为质量浓度为7%~13%的PVA溶液。其它参数与具体实施方式十相同。具体实施方式十四本实施方式与具体实施方式十的不同点是添加粉体质量3°/^4%的烧结助剂和粉体质量8。/^10%的粘结剂。其它参数与具体实施方式十相同。具体实施方式十五本实施方式与具体实施方式十的不同点是添加粉体质量3.5%的烧结助剂和粉体质量9%的粘结剂。其它参数与具体实施方式十相同。具体实施方式十六:本实施方式与具体实施方式十的不同点是:在7~8MPa的压力下压制57min。其它参数与具体实施方式十相同。具体实施方式十七:本实施方式与具体实施方式十的不同点是:在7.5MPa的压力下压制6min。其它参数与具体实施方式十相同。具体实施方式十八本实施方式与具体实施方式十的不同点是在11501C12001C的条件下烧结。其它参数与具体实施方式十相同。具体实施方式十九本实施方式与具体实施方式十的不同点是在1180x:的条件下烧结。其它参数与具体实施方式十相同。具体实，施方式二十本实施方式与具体实施方式十的不同点是保温5~6h。其它参数与具体实施方式十相同。与具体实施方式二十一的不同点是保温5.511。其它参数与具体实施方式十相同。具体实施方式二十二本实施方式烧结的NiFe204按如下方法制备将具体实施方式九合成的NiFe204粉体研磨后过70目筛，向过筛后的NiFe204粉体添加粉体质量4°/。的CaO和粉体质量10%、质量浓度为10%的PVA溶液，然后自然晾干，进行球磨造粒，之后在8.5MPa的压力下压制6min,在11701C的条件下烧结，再保温5h，即得到烧结的NiFe204。将本实摊方式得到的烧结的NiFe204进行XRD分析和磁性分析，其结果如图2和图3所示，图2和图3说明本实施方式得到的烧结NiFe204纯度髙，达到99.99%以上。权利要求1、自蔓延高温合成NiFe2O4粉体的方法，其特征在于自蔓延高温合成NiFe2O4粉体的方法按如下步骤进行一、按照原子摩尔比Ni∶Fe＝1∶2的比例取NiO、Fe和Fe2O3作为原料，其中Fe和Fe2O3的摩尔比为2k∶(1-k)，0.2＜k＜0.6；二、将原料在球磨机中干混7～10h，再将混合原料过70目筛，得到颗粒细小均匀的混合料，然后在40～60℃的条件下干燥2～4h；三、将干燥好的松散混合料放入带有水冷系统反应釜中，密闭反应釜，再通入氧气使反应釜内压力为0.2～0.6MPa，再通电点火点燃反应物；燃烧结束后即得到自蔓延高温合成NiFe2O4粉体。2、根据权利要求l所述的自蔓延高温合成NiFe204粉体的方法，其特征在于步骤一中k=0.4。3、根据权利要求1所述的自蔓延高温合成NiFe204粉体的方法，其特征在于步骤二中将原料在球磨机中干混8~^i。4、根据权利要求l所述的自菓延髙温合成NiFe204粉体的方法，其特征在于步骤二中在501C的条件下干燥3h。5、根据权利要求l所述的自蔓延髙温合成NiFe204粉体的方法，其特征在于步骤三中通入氧气使反应釜内压力为0.3~0.5MPa。6、烧结NiFe204的方法，其特征在于烧结的NiF^04按如下方法制备将权利要求1合成的NiFe204粉体研磨后过70目筛，向过筛后的NiFe204粉体添加粉体质量2%~5%的烧结助剂和粉体质量6%~12。/。的粘结剂，将含有粘接剂的混合料自然晾干，进行球磨造粒，然后在MMPa的压力下压制4~8min，在11001C12501C的条件下烧结，再保温4^7h,即得到烧结的NiFe204。7、根据权利要求6所述的烧结NiFe204的方法，其特征在于在7.5MPa的压力下压制6min。8、根据权利要求6所述的烧结NiFe204的方法，其特征在于烧结助剂为Bi203和/或CaO。9、根据权利要求6所述的烧结NiFe204的方法,其特征在于在1150XN1200t的条件下烧结。10、根据权利要求6所述的烧结NiFe204的方法，其特征在于粘结剂为质量浓度为7%~13%的PVA溶液。全文摘要自蔓延高温合成NiFe₂O₄粉体的方法及烧结NiFe₂O₄的方法，它涉及合成NiFe₂O₄粉体及NiFe₂O₄的方法。本发明解决了现有自蔓延合成NiFe₂O₄的方法中Fe粉易被氧化、需要加压引起氧化不充分以及添加内部氧化剂后引入杂质的问题。合成NiFe₂O₄粉体的方法一、物料配比；二、干混，过筛，干燥；三、通入氧气，点火；燃烧结束即得到NiFe₂O₄粉体。烧结的NiFe₂O₄方法粉体研磨后过筛，晾干，然后压制，烧结，再保温，即得到烧结的NiFe₂O₄。本发明制得的NiFe₂O₄粉体具有成本低，能耗低，杂质少；制备的烧结NiFe₂O₄纯度高。文档编号C01G53/00GK101215010SQ20071014494公开日2008年7月9日申请日期2007年12月27日优先权日2007年12月27日发明者跃孙,王克强,赫晓东申请人:哈尔滨工业大学