一种放电等离子烧结块状α-氧化铁合成方法
【专利摘要】一种放电等离子烧结块状α-氧化铁合成方法，包括如下步骤：将纳米α-氧化铁粉体置入模具中，然后将模具放入放电等离子烧结炉中，施加50～100MPa的轴向压力，采用真空度小于10Pa的真空条件或惰性气氛，在2000℃～2200℃的烧结温度下烧结，以100℃/min～500℃/min的升温速率升温，保温30-120min，以50-100℃/min的冷却速率冷却至1300℃以下，最后随炉冷却至室温，得高致密度的α-氧化铁块体材料。
【专利说明】一种放电等离子烧结块状α-氧化铁合成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种放电等离子烧结块状α-氧化铁合成方法。
【背景技术】
[0002]α -氧化铁(a -Fe203)为n_型半导体材料，纳米半导体粒子的高比表面积、高活性等性质使之成为应用于传感器方面最有前途的材料。另外，α-氧化铁也是在室温条件下最稳定的氧化铁。在室温下还具有弱铁磁性，属于半硬磁材料，可应用于继电器、开关、半固定储存、磁-光纳米器件等。无论在学术研宄还是在应用方面，均具有重要的意义。
[0003]目前主要的制备方法为:
[0004](I) “纳米氧化铁粉体的制造方法”( 申请人::暨南大学，发明人:李玲；申请号01130089)，该发明公开了不同形状纳米氧化铁粉体的制造方法，其特点是铁离子溶液与碱性溶液在引入表面活性剂的条件下反应，反应在常温常压下进行，调整高、低分子表面活性剂的配比，可得到不同形状的纳米氧化铁粉体。此方法制造的氧化铁粉体的粒径达10?30nm，粒度细小均匀；反应在常温常压下进行。
[0005](2) “氧化铁制备纳米颜料及纳米磁性材料”，( 申请人::石家智，发明人:石家智，申请号02145680)，该发明涉及一种钢铁热加工氧化铁制备纳米颜料及纳米磁性材料的技术与工艺方法是以氧化铁为主原料加入盐酸、氢氧化钠、氧化剂、添加剂进行氧化还原反应制备纳米氧化铁红、纳米氧化铁黄、纳米氧化铁黑及纳米磁性材料。
[0006](3)“用核/壳结构的氧化铁-有机复合颗粒制备氧化铁中空颗粒的方法”，( 申请人::中国科学院理化技术研宄所，发明人:唐芳琼黄忠兵，申请号03156712)，该发明属于用复合颗粒制备无机中空亚微米颗粒的【技术领域】，特别涉及用(壳/核)磁性氧化铁一有机复合微球制备磁性中空亚微米颗粒的方法。
[0007](4) “超微细氧化铁的制备”，( 申请人::重庆市化工研宄院，发明人:王里荣王德融，申请号87108286)，该发明是以某些工业生产过程中排放的含硫酸亚铁的废料，经处理得到硫酸亚铁晶体为原料，采用与碱金属或碱土金属的碳酸盐充分混合的固相反应，制取超微细氧化铁的方法。它包括混料、反应、水洗和脱水干燥四个工艺过程。产品的最大粒径为?lOOnm，最小粒径为?8nm，平均粒径为?36nm。
[0008](5) “一种氧化铁超细纳米粉体的制备方法”，( 申请人::无锡威孚吉大新材料应用开发有限公司，发明人:卢金山杭胜伟，申请号02112669.0)，该发明涉及氧化铁超细纳米粉体的制备方法，属于精细化工领域。利用廉价的铁盐化工原料批量制备氧化铁(a -Fe203，γ-Fe203, Fe304)超细纳米粉体，粉体的晶粒尺寸接近单分散，其平均粒径分别为 10-20 纳米(a -Fe203)，3-10 纳米(γ _Fe203)和 5-15 纳米(Fe304)。
[0009](6) “具有介孔结构的磁性氧化铁中空微球颗粒及其制法和用途”，( 申请人::中国科学院理化技术研宄所，发明人:唐芳琼黄忠兵，申请号200310122436.X)，该发明属于用复合颗粒制备无机中空微球颗粒的【技术领域】，特别涉及具有介孔结构的磁性氧化铁中空颗粒，及用核/壳结构的介孔磁性氧化铁-有机复合颗粒制备介孔结构的磁性氧化铁中空微球颗粒的方法和用途。该发明是使用二价铁盐溶液控制水解方法来制备介孔磁性氧化铁颗粒同时使其包覆在聚苯乙烯等有机微球上，从而得到核/壳结构的介孔磁性氧化铁复合微球。采用缓慢升温方法和无氧条件下将均匀的复合颗粒中有机核烧结掉，同时壳层的氧化铁颗粒中的有机物质也被烧结掉，从而得到完整的介孔磁性氧化铁中空微球颗粒。
[0010](7) “一种超细/纳米氧化铁/铁粉的制备方法”，( 申请人::中南大学，发明人:范景莲成会朝，申请号200410023302.7)，该发明涉及粉末冶金领域，特别是采用纳米技术制备超细/纳米氧化铁的方法，其特征在于:采用硝酸铁晶体(Fe (N03) 3.9H20)、硫酸亚铁晶体(FeS04 -7H20)、氯化铁晶体(FeC13 -6H20)为原料，配制成浓度为?30wt%的铁盐溶液；加入氨水调节pH为1.5?3 ;再加入0.1?1.0 %表面活性剂和0.01?0.1 %晶粒抑制剂，经超声波振荡10?60min，得到透明胶体；然后干燥，制得超细混合粉末前驱体；在350?700°C温度下煅烧，得到纳米/超细氧化铁粉末。本发明制备的粉末粒度细，小于lOOnm，纯度高，达99%?99.5%o
[0011](8)“改性纳米氧化物、制备方法及其用途”，( 申请人::上海工程技术大学，发明人:沈勇秦伟庭张惠芳王黎明丁颖，申请号200410067399)，该发明是一种改性纳米氧化物、制备方法和用于功能整理剂的用途。该改性纳米氧化物具有如下结构式:如式I其中，A为纳米氧化物，所述的纳米氧化物是纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化铁、纳米氧化硅及其它们的复合物；R = (CH2/n，η = O?4 ;Y是乙烯基、羟基、氨烷基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧烷基或巯基；如式II其中，m = O?20，R”= A、H和C1-4的烷基。系由纳米氧化物和改性剂反应、乳化后制得。
[0012](9) “纳米氧化铁的制备方法”，( 申请人::上海大学，发明人:李珍焦正吴明红钟海舰吕森林，申请号200510023582)，该发明涉及一种纳米氧化铁的制备方法，特别是一种采用电子束辐射法制备纳米氧化铁的方法。
[0013](10) “氧化铁敏化的片状氧化钛可见光催化剂及制备方法，”( 申请人::中国科学院上海硅酸盐研宄所，发明人:高濂刘红艳，申请号200510023961)，该发明提供了窄禁带半导体a -Fe203敏化的纳米氧化钛片状光催化剂及原位合成的制备方法。
[0014](11) “一种磁性氧化铁纳米粒子的制备方法”，( 申请人::华东师范大学，发明人:姜继森姜国华丁建芳，申请号200510111203.9)，该发明涉及一种磁性氧化铁纳米粒子的制备方法，属于无机非金属磁性纳米材料制备的【技术领域】。该发明利用特殊有机添加剂及无机盐在Y_Fe203晶体形成过程中的作用，以三价铁盐为原料，不须经过氧化还原过程，在较低温度下直接制备出长径比为6的棒状Y-Fe203纳米粒子及粒径为20nm的立方形Y-Fe203纳米粒子。本发明具有工艺过程简单、粒子形状易于控制的特点。
[0015](12) “一种橄榄球状的α -氧化铁纳米颗粒的合成方法， 申请人::曹化强，张磊，申请号:200610002148.4)，该发明涉及一种半导体纳米材料的制备工艺。
[0016](13) “纳米氧化铁的制备方法及设备”，( 申请人::江苏天一超细金属粉末有限公司，发明人:高为鑫张莉莉，申请号200610037674.4)，该发明涉及一种纳米氧化铁的制备工艺及其设备，将五羰基铁或其蒸汽用加压N2或惰性气体带载，使其在0.0lMpa以上的压力下从反应釜内的原料管道喷嘴雾化喷出，与从反应釜内气体管道喷嘴喷出的氧气或空气进行燃烧反应；燃烧反应的氧化铁粒子落入反应釜内的液体沉降介质中，以便生成的每个氧化铁粒子被沉降液隔离；将沉降后的燃烧反应生成物接收、烘干、冷却得到纳米氧化铁成品。其所用设备特征是反应釜包括燃烧室、沉降室、接收器、烟尘室，冷却室环绕在反应釜的外侧，该发明所得纳米氧化铁有很好的颜色和分散性，使得颜色深而且着色力高，应用范围广。
[0017]上述方法虽然能够获得纳米α -氧化铁粉体，但是所述的方法获得的颗粒较大，方法复杂，成本高。
[0018]纳米α -氧化铁粉体具有高熔点、高硬度、高稳定性、等特点。纳米α -氧化铁粉体制品的成形与烧结有多种方法，如粉末成形法、热致密成形法(热压、热等静压)、等离子喷射等成形方法；烧结也有普通烧结、热致密烧结、高温自蔓延烧结等。由于纳米α-氧化铁粉体具有很强的共价键，烧结时的扩散过程难以进行，因此纳米α -氧化铁粉体制品采用常压烧成时，通常是将纳米α -氧化铁粉体，烧结剂，有机结合剂混匀，经成型，干燥，在惰性气氛中于2100?2200°C烧成。目前制备块状α -氧化铁的最常用的是热压技术。为了改善热压性能，常常需要选择合适的烧结助剂(如CrB2，VB, Zr02、金属等)，但此法效率太低，成本较高，并且烧结助剂用量太大，对块状α -氧化铁的高温性能有不良的影响。
[0019]制备块状α -氧化铁，传统的无压烧结和热压烧结，需要很高的温度，并且很难得到致密的烧结体，从而影响了材料的性能，限制了块状α -氧化铁的应用范围。
【发明内容】
[0020]本发明的目的在于提出一种放电等离子烧结块状α -氧化铁合成方法。
[0021]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0022]1、一种放电等离子烧结块状α -氧化铁合成方法，其特征在于包括如下步骤:将纳米α -氧化铁粉体置入模具中，然后将模具放入放电等离子烧结炉中，施加50?10MPa的轴向压力，采用真空度小于1Pa的真空条件或惰性气氛，在2000°C?2200°C的烧结温度下烧结，以100°C /min?500°C /min的升温速率升温，保温30_120min，以50-100°C /min的冷却速率冷却至1300°C以下，最后随炉冷却至室温，得高致密度的α -氧化铁块体材料；
[0023]所述的纳米α -氧化铁粉体按下述步骤制得:
[0024](I)在室温下，配制包括氯化亚铁水溶液、L-赖氨酸的水溶液、和过氧化氢水溶液，其中二氯化铁浓度范围为0.05-lmol/L，L-赖氨酸浓度范围为2_10mol/L，过氧化氢的浓度为0.lmol/L ；
[0025](2)在室温下，将过氧化氢水溶液在搅拌条件下缓慢滴入到氯化亚铁溶液中，反应结束后持续搅拌10-20小时，静置24小时，得到透明液体；将所述透明溶液放置于一个聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内，在150?180°C温度范围加热10?48小时；
[0026](3)将反应后得到的沉淀物依次经去离子水和乙醇洗涤，洗涤三个循环，然后放入干燥箱中80°C进行干燥2小时，即得到纳米α -氧化铁分体。
[0027]由于纳米材料的性质与其尺寸、形状以及反应体系有很大关系，本发明合成出的一种α -氧化铁纳米结构是利用生物分子一一L-赖氨酸为原料之一参与反应，因此，合成方法简单，材料性能优良，适宜于产业化应用。
【具体实施方式】
[0028]实施例1
[0029](I)、粉体制备:以二氯化铁(氯化亚铁)、L-赖氨酸和过氧化氢为原料，在室温下，配制二氯化铁(氯化亚铁)、L-赖氨酸和过氧化氢的水溶液，其中二氯化铁浓度范围为lmol/L，L-赖氨酸浓度范围为2mol/L，过氧化氢的浓度为0.lmol/L ；
[0030]在室温下，将过氧化氢水溶液在搅拌条件下缓慢滴入到氯化亚铁溶液中，反应结束后持续搅拌10-20小时，静置24小时，得到透明液体；将所述透明溶液放置于一个聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内，在150°C温度范围加热10小时；
[0031]将反应后得到的沉淀物依次经去离子水和乙醇洗涤，洗涤三个循环，然后放入干燥箱(80°C)中进行干燥2小时，即得到纳米α-氧化铁粉体。经X-射线衍射图，确定产物是α -氧化铁。
[0032](2)块状材料制备:将纳米α -氧化铁粉体置入模具中，然后将模具放入放电等离子烧结炉中，施加10MPa的轴向压力，采用真空度小于1Pa的真空条件或惰性气氛，在2000°C的烧结温度下烧结，以100°C /min的升温速率升温，保温120min，以50°C /min的冷却速率冷却至1300°C以下，最后随炉冷却至室温，得高致密度的α -氧化铁块体材料。
【权利要求】
1.一种通过放电等离子烧结块状专用α -氧化铁合成方法，其特征在于包括如下步骤:将纳米α -氧化铁粉体置入模具中，然后将模具放入放电等离子烧结炉中，施加50?10MPa的轴向压力，采用真空度小于1Pa的真空条件或惰性气氛，在2000°C?2200°C的烧结温度下烧结，以100°C /min?500°C /min的升温速率升温，保温30_120min，以50_100°C /min的冷却速率冷却至1300°C以下，最后随炉冷却至室温，得高致密度的α -氧化铁块体材料； 所述的纳米α-氧化铁粉体按下述步骤制得: (1)在室温下，配制包括氯化亚铁水溶液、L-赖氨酸的水溶液、和过氧化氢水溶液，其中二氯化铁浓度范围为0.05-lmol/L，L-赖氨酸浓度范围为2_10mol/L，过氧化氢的浓度为.0.lmol/L ； (2)在室温下，将过氧化氢水溶液在搅拌条件下缓慢滴入到氯化亚铁溶液中，反应结束后持续搅拌10-20小时，静置24小时，得到透明液体；将所述透明溶液放置于一个聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内，在150?180°C温度范围加热10?48小时； (3)将反应后得到的沉淀物依次经去离子水和乙醇洗涤，洗涤三个循环，然后放入干燥箱中80°C进行干燥2小时，即得到纳米α -氧化铁分体。
【文档编号】C01G49/06GK104445428SQ201410614188
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】华文蔚 申请人:华文蔚