本发明涉及一种铁氧体材料的制备方法及其铁氧体材料。
背景技术：
现有的铁氧体抗裂纹技术方案是采用聚合物与铁氧体复合共挤成型，将铁氧体与柔性的改性聚合物进行共混，利用聚合物的抗撕裂的特点来提高铁氧体材料的韧性。此方法存在聚合物与铁氧体结合性差，机械性能不强，磁导率低等缺点。更为突出的是，此种方法不能制备烧结型铁氧体磁片，因聚合物在烧结中会分解。正因为如此，要制备高磁导率的铁氧体材料就不能使用此种方法。另外，传统的铁硅铝合金与树脂复合柔性材料中，因铁硅铝合金颗粒需要有统一的固定形状，并且要求金属颗粒在树脂中的排列有一定的取向，否则初始磁导率会很低。即使是金属颗粒在树脂中的取向很好，由于含有一定量的树脂，材料的初始磁导率也不会很高，但由于含有金属，材料的电阻率却较高。材料的这些缺点会导致电磁感应式无线充电设备效率低，电池等充电设备热效应明显，充电不安全。
技术实现要素：
针对现有铁氧体抗裂纹技术方案中存在的机械性能差、磁导率低、电阻率高的问题，本发明提供了一种铁氧体材料的制备方法及其铁氧体材料，能够制备出具有层状结构的铁氧体材料，为该材料提供了额外的裂纹抗力，实现其刚度和弯曲强度的优化，阻止裂纹扩展并防止材料发生灾难性断裂。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
提供一种铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
s1：获取层状双氢氧化物溶液；
s2：获取铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液；
s3：进行混合反应：将所述层状双氢氧化物溶液与铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液混合，得到反应液；将反应液过滤、洗涤反应产物、干燥，得到铁氧体中间体；
s4：铁氧体中间体升温烧结，得到铁氧体材料。
进一步的，所述步骤s1和步骤s2中各重量比组分为：
层状双氢氧化物0.3～1.8份，铁氧体原料6～10份，层状二氧化钼0.3～1.8份。
进一步的，所述铁氧体原料的颗粒粒径为400～800nm，所述层状二硫化钼的颗粒粒径为100～200nm，所述层状双氢氧化物的颗粒粒径为50～150nm。
进一步的，所述铁氧体原料包括nizn铁氧体、nizncu铁氧体、niznco铁氧体及nizncuco铁氧体中的一种或多种。
进一步的，所述层状双氢氧化物包括co-al-ldh、ni-al-ldh及zn-al-ldh中的一种或多种。
进一步的，所述层状二硫化钼的分子层数为1-10层。
进一步的，所述步骤s1具体包括：
将0.5～0.8重量份的naoh加入到45～100重量份的水中，搅拌，待naoh充分溶解后，往溶液中滴加hcl水溶液，调节ph值为9～11，往溶液中加入0.3～1.8重量份的层状双氢氧化物，搅拌，待层状双氢氧化物充分溶解得到层状双氢氧化物溶液。
进一步的，所述步骤s2具体包括：
将6～10重量份的铁氧体原料和0.3～1.8重量份的层状二硫化钼加入到50～100重量份的水中，搅拌，使铁氧体原料和层状二硫化钼充分混匀，得到铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液。
进一步的，所述步骤s3中，所述混合反应包括：所述铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液放置于100℃的水浴中加热，将所述层状双氢氧化物溶液逐步滴加到铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液中，滴加过程持续1～2h，反应过程持续搅拌，反应过程持续8～10h。
进一步的，所述步骤s3中，所述混合反应后，将得到的反应液进行抽滤，得到反应产物，同时用洗涤液反复洗涤反应产物，直至洗涤液呈中性，将洗涤后的反应产物在60～80℃的真空环境下干燥6～10h，得到铁氧体中间体。
进一步的，所述步骤s4中，将步骤s3中得到的铁氧体中间体通过流延方式制成片状，等待静压后进行烧结成型，得到铁氧体材料。
进一步的，所述烧结成型的升温速度10℃/min，最高温度为950～1050℃，最高温度下保温1.5～2.5h，再冷却至室温。
还提供了一种铁氧体材料，由如上所述的一种铁氧体材料的制备方法制得。
本制备方法采用了层层组装技术，利用层状二硫化钼和层状双氢氧化物的二维层状结构之间具有范德华力、静电力等，使得层状双氢氧化物形成的片层与层状二硫化钼形成的片层能够相互吸附堆叠，形成稳定的多层结构；另一方面，铁氧体原料中包括有氧原子，与所述层状双氢氧化物具有较强的氢键作用，以及静电作用，能够将铁氧体原料吸附于所述层状双氢氧化物形成的片层的表面，进而将层状二硫化钼、层状双氢氧化物、铁磁体原料相互堆积以形成具有有序层状结构的复合材料，由于其良好的微观设计结构，该种材料表现出了优异的抗裂纹力和力学性能，其裂纹抗力可达25mpam1/2，抗弯曲强度和维氏硬度分别可达180mpa和690mpa。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例公开了一种铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
s1：获取层状双氢氧化物溶液；
s2：获取铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液；
s3：进行混合反应：将所述层状双氢氧化物溶液与铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液混合，得到反应液；
将反应液过滤、洗涤反应产物、干燥，得到铁氧体中间体；
s4：铁氧体中间体升温烧结，得到铁氧体材料。
在本实施例中，以层状双氢氧化物、铁氧体和层状二硫化钼为主要原料，在通过溶剂的作用下分别制得层状双氢氧化物溶液和铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液，所述溶剂可采用去离子水；将层状双氢氧化物溶液和铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液混合后，由于层状双氢氧化物溶液中的层状双氢氧化物已呈层状分离，即层状双氢氧化物在极性溶剂中分离为层状结构；而层状二硫化钼属于板层结构易剥离的物质，利用层状双氢氧化物和层状二硫化钼的特殊层状结构之间的相互作用，以及铁氧体原料与层状双氢氧化物的氢键结合作用，将层状二硫化钼、层状双氢氧化物、铁磁体原料相互堆积以形成具有有序层状结构的复合材料。
本实施例中，所述步骤s1和步骤s2中各重量比组分优选为：
层状双氢氧化物0.3～1.8份，铁氧体原料6～10份，层状二氧化钼0.3～1.8份。该制备方法制得的铁氧体材料中，各种组分作用相互影响；铁氧体原料含量太高材料刚性好，但抗裂纹性差；二硫化钼含量太高，材料柔性好，裂纹抗性好，但材料硬度低抗性差。双氢氧化物是辅助用材料，需根据铁氧体材料和二硫化钼含量进行选择；发明人通过大量实验发现了，通过上述重量比组分的选择，有利于维持铁氧体材料的刚性和裂纹抗性的平衡，进而得到品质较佳的铁氧体材料。
所述铁氧体原料的颗粒粒径为400～800nm，所述层状二硫化钼的颗粒粒径为100～200nm，所述层状双氢氧化物的颗粒粒径为50～150nm。其中铁氧体来源可为自制或市售，层状二硫化钼和层状双氢氧化物的来源为自制或市售。
所述铁氧体原料包括nizn铁氧体、nizncu铁氧体、niznco铁氧体及nizncuco铁氧体中的一种或多种，需要说明的是，采用现有其他类型的铁氧体进行替换的技术方案，也应包括在本发明的保护范围之内。
本实施例中采用的层状二硫化钼也具有典型的层状结构，其层状结构由三层原子组成，分别为两侧的硫原子和中间的钼原子，不同原子之间通过共价键结合，从而形成稳定的层状结构，不同的层状结构之间通过较弱的范德华力结合，这就使得层状二硫化钼的层状结构之间易引入新的物质，同时进行层间剥离。
本实施例中采用的层状双氢氧化物为一类阴离子型层状功能材料，由二价金属离子、三价金属离子、氢氧根离子以及其他无机或有机阴离子构成，其中由金属离子和氢氧根离子形成相对稳定的板层结构，其中部分二价金属离子被三价金属离子取代，使得板层结构带有正电荷，无机或有机阴离子进入板层结构之间以中和电荷，同时层间的阴离子具有可交换性，其他物质可插层进入到板层结构之间，甚至能引起板层结构剥离分散于基体中。
所述层状双氢氧化物包括co-al-ldh、ni-al-ldh及zn-al-ldh中的一种或多种，需要说明的是，本发明中主要利用层状双氢氧化物的板层结构进行作用，故采用具有同样结构的其他层状双氢氧化物也应包括在本发明的保护范围之内。
所述层状二硫化钼的分子层数优选为1-10层。
所述步骤s1具体包括：
将0.5～0.8重量份的naoh加入到45～100重量份的水中，搅拌，待naoh充分溶解后，往溶液中滴加0.1nmol/l的hcl水溶液，调节ph值为9～11，往溶液中加入0.3～1.8重量份的层状双氢氧化物，磁力搅拌，待层状双氢氧化物充分溶解得到层状双氢氧化物溶液。
在具体实施过程中，所述naoh也可用其他碱类进行替代，如氢氧化钾、碳酸钠等；hcl水溶液也可采用其他酸类物质替代，如稀硫酸溶液等。
所述步骤s2具体包括：
将6～10重量份的铁氧体原料和0.3～1.8重量份的层状二硫化钼加入到50～100重量份的水中，搅拌，使铁氧体原料和层状二硫化钼充分混匀，得到铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液。
制备层状双氢氧化物溶液和铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液也均可采用本领域技术人员熟知的方法。
所述步骤s3中，所述混合反应包括：所述铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液放置于100℃的水浴中加热，将所述层状双氢氧化物溶液逐步滴加到铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液中，滴加过程持续1～2h，反应过程持续搅拌，保持铁氧体原料和层状二硫化钼处于悬浮状态，加快与层状双氢氧化物的反应速度，反应过程持续8～10h。
在所述混合反应后，将得到的反应液进行抽滤，得到反应产物，同时用洗涤液反复洗涤反应产物，直至洗涤液呈中性，将洗涤后的反应产物在60～80℃的真空环境下干燥6～10h，得到铁氧体中间体。
所述步骤s4中，将步骤s3中得到的铁氧体中间体通过流延方式制成片状，等待静压后进行烧结成型，得到铁氧体材料。所述烧结成型的升温速度10℃/min，最高温度为950～1050℃，最高温度下保温1.5～2.5h，再冷却至室温。
在本实施例中，所述洗涤液或作为溶剂的水优选为去离子水，避免引入其他的离子杂质。
本发明还提供了一种铁氧体材料，由如上所述的一种铁氧体材料的制备方法制得。
所述铁氧体材料由铁氧体中间体烧结制得，所述铁氧体中间体不具备固定的化学组成，为通过层状双氢氧化物、层状二硫化钼和铁氧体原料经层层组装堆叠形成具有序层状结构的复合材料，其中可通过调节铁氧体原料和层状二硫化钼两种材料的比例和层厚来改变所述铁氧体材料的刚度、强度和断裂韧性。
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明公开的一种铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
s1：将0.5g的naoh加入到95g的去离子水中，所述naoh的纯度为分析纯，室温下磁力搅拌15min，待naoh充分溶解后，往溶液中滴加0.1nmol/l的hcl水溶液，调节ph值为9～11，往溶液中加入0.5g的co-al-ldh，室温下磁力搅拌0.5～1h，待层状双氢氧化物充分溶解得到层状双氢氧化物溶液；
s2：将6g的nizncu铁氧体和0.5g的层状二硫化钼加入到50g的去离子水中，室温下磁力搅拌15～25min，使nizncu铁氧体和层状二硫化钼充分混匀，得到铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液；
s3：进行混合反应：所述铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液放置于100℃的水浴中加热，将所述层状双氢氧化物溶液逐步滴加到铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液中，滴加过程持续1～2h，反应过程持续搅拌，反应过程持续10h，得到反应液；
将得到的反应液进行抽滤，得到反应产物，同时用去离子水反复洗涤反应产物，直至去离子水呈中性，将洗涤后的反应产物在80℃的真空环境下干燥8h，得到铁氧体中间体；
s4：将步骤s3中得到的铁氧体中间体通过流延方式制成厚度为1.5mm和5mm的片状，等待静压后在n2保护下放入电阻炉中烧结成型，烧结成型的升温速度10℃/min，最高温度为950～1050℃，最高温度下保温2h，再冷却至室温，得到铁氧体材料a1。
实施例2
本实施例用于说明本发明公开的一种铁氧体材料的制备方法，本实施例的大部分操作步骤与实施例1相同，其不同之处在于：
s1：将0.5g的naoh加入到95g的去离子水中，所述naoh的纯度为分析纯，室温下磁力搅拌15min，待naoh充分溶解后，往溶液中滴加0.1nmol/l的hcl水溶液，调节ph值为9～11，往溶液中加入0.3g的co-al-ldh，室温下磁力搅拌0.5～1h，待层状双氢氧化物充分溶解得到层状双氢氧化物溶液；
s2：将6g的nizncu铁氧体和0.3g的层状二硫化钼加入到50g的去离子水中，室温下磁力搅拌15～25min，使nizncu铁氧体和层状二硫化钼充分混匀，得到铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液；
得到铁氧体材料a2。
实施例3
本实施例用于说明本发明公开的一种铁氧体材料的制备方法，本实施例的大部分操作步骤与实施例1相同，其不同之处在于：
s1：将0.5g的naoh加入到95g的去离子水中，所述naoh的纯度为分析纯，室温下磁力搅拌15min，待naoh充分溶解后，往溶液中滴加0.1nmol/l的hcl水溶液，调节ph值为9～11，往溶液中加入1.8g的co-al-ldh，室温下磁力搅拌0.5～1h，待层状双氢氧化物充分溶解得到层状双氢氧化物溶液；
s2：将6g的nizncu铁氧体和1.8g的层状二硫化钼加入到50g的去离子水中，室温下磁力搅拌15～25min，使nizncu铁氧体和层状二硫化钼充分混匀，得到铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液；
得到铁氧体材料a3。
对比例1
本对比例用于对比说明本发明公开的一种铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
s1：将0.5g的naoh加入到95g的去离子水中，所述naoh的纯度为分析纯，室温下磁力搅拌15min，待naoh充分溶解后，往溶液中滴加0.1nmol/l的hcl水溶液，调节ph值为9～11，得到第一对比溶液；
s2：将6g的nizncu铁氧体和0.5g的层状二硫化钼加入到50g的去离子水中，室温下磁力搅拌15～25min，使nizncu铁氧体和层状二硫化钼充分混匀，得到铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液；
s3：进行混合反应：所述铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液放置于100℃的水浴中加热，将所述第一对比溶液逐步滴加到铁氧体原料/层状二硫化钼悬浮液中，滴加过程持续1～2h，反应过程持续搅拌，反应过程持续10h，得到反应液；
将得到的反应液进行抽滤，得到反应产物，同时用去离子水反复洗涤反应产物，直至去离子水呈中性，将洗涤后的反应产物在80℃的真空环境下干燥8h，得到铁氧体中间体；
s4：将步骤s3中得到的铁氧体中间体通过流延方式制成厚度为1.5mm和5mm的片状，等待静压后在n2保护下放入电阻炉中烧结成型，烧结成型的升温速度10℃/min，最高温度为950～1050℃，最高温度下保温2h，再冷却至室温，得到对照材料d1。
对比例2
本对比例用于对比说明本发明公开的一种铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
s1：将0.5g的naoh加入到95g的去离子水中，所述naoh的纯度为分析纯，室温下磁力搅拌15min，待naoh充分溶解后，往溶液中滴加0.1nmol/l的hcl水溶液，调节ph值为9～11，往溶液中加入0.5g的co-al-ldh，室温下磁力搅拌0.5～1h，待层状双氢氧化物充分溶解得到层状双氢氧化物溶液；
s2：将6g的nizncu铁氧体加入到50g的去离子水中，室温下磁力搅拌15～25min，使nizncu铁氧体充分混匀，得到第二对比液；
s3：进行混合反应：所述第二对比液放置于100℃的水浴中加热，将所述层状双氢氧化物溶液逐步滴加到第二对比液中，滴加过程持续1～2h，反应过程持续搅拌，反应过程持续10h，得到反应液；
将得到的反应液进行抽滤，得到反应产物，同时用去离子水反复洗涤反应产物，直至去离子水呈中性，将洗涤后的反应产物在80℃的真空环境下干燥8h，得到铁氧体中间体；
s4：将步骤s3中得到的铁氧体中间体通过流延方式制成厚度为1.5mm和5mm的片状，等待静压后在n2保护下放入电阻炉中烧结成型，烧结成型的升温速度10℃/min，最高温度为950～1050℃，最高温度下保温2h，再冷却至室温，得到对照材料d2。
对比例3
本对比例用于对比说明本发明公开的一种铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
s1：将0.5g的naoh加入到95g的去离子水中，所述naoh的纯度为分析纯，室温下磁力搅拌15min，待naoh充分溶解后，往溶液中滴加0.1nmol/l的hcl水溶液，调节ph值为9～11，往溶液中加入0.5g的co-al-ldh，室温下磁力搅拌0.5～1h，待层状双氢氧化物充分溶解得到层状双氢氧化物溶液；
s2：将0.5g的层状二硫化钼加入到50g的去离子水中，室温下磁力搅拌15～25min，使层状二硫化钼充分混匀，得到第三对比液；
s3：进行混合反应：所述第三对比液放置于100℃的水浴中加热，将所述层状双氢氧化物溶液逐步滴加到第三对比液中，滴加过程持续1～2h，反应过程持续搅拌，反应过程持续10h，得到反应液；
将得到的反应液进行抽滤，得到反应产物，同时用去离子水反复洗涤反应产物，直至去离子水呈中性，将洗涤后的反应产物在80℃的真空环境下干燥8h，得到铁氧体中间体；
s4：将步骤s3中得到的铁氧体中间体通过流延方式制成厚度为1.5mm和5mm的片状，等待静压后在n2保护下放入电阻炉中烧结成型，烧结成型的升温速度10℃/min，最高温度为950～1050℃，最高温度下保温2h，再冷却至室温，得到对照材料d3。
对比例4
本对比例用于对比说明本发明公开的一种铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
s1：将0.5g的naoh加入到95g的去离子水中，所述naoh的纯度为分析纯，室温下磁力搅拌15min，待naoh充分溶解后，往溶液中滴加0.1nmol/l的hcl水溶液，调节ph值为9～11，得到第一对比溶液；
s2：将6g的nizncu铁氧体加入到50g的去离子水中，室温下磁力搅拌15～25min，使nizncu铁氧体充分混匀，得到第二对比液；
s3：进行混合反应：所述第二对比液放置于100℃的水浴中加热，将所述第一对比溶液逐步滴加到第二对比液中，滴加过程持续1～2h，反应过程持续搅拌，反应过程持续10h，得到反应液；
将得到的反应液进行抽滤，得到反应产物，同时用去离子水反复洗涤反应产物，直至去离子水呈中性，将洗涤后的反应产物在80℃的真空环境下干燥8h，得到中间体；
s4：将步骤s3中得到的中间体通过流延方式制成厚度为1.5mm和5mm的片状，等待静压后在n2保护下放入电阻炉中烧结成型，烧结成型的升温速度10℃/min，最高温度为950～1050℃，最高温度下保温2h，再冷却至室温，得到对照材料d4。
性能测试
对上述制备得到的a1、a2、a3以及d1、d2、d3、d4进行如下性能测试：
磁导率测试
样品制作：将所得厚度为1.5mm的产品覆膜，用模具切为内径5mm，外径为19mm的圆环，测试复数磁导率；
测试设备：采用美国aglient公司生产e4991a射频阻抗分析仪，测试材料的复数介电常数和复数磁导率，仪器内置等效电路分析能对被测件的多元件模型进行计算，在扫描频率范围1mhz-3ghz内方便的获取测试数据，彩色lcd/crt可以同时显示多组测量曲线；先进的校正和补偿方法降低了测量误差。测量频率范围：1mhz～3ghz，分辨率：1mhz；震荡器水平：40dbm～1dbm，分辨率：0.1dbm；输出阻抗：50ω；直流偏压：0～±40v，分辨率：1mv；直流偏流：100μa～50ma,–100μa～–50ma，分辨率：0.01ma。测试使用的夹具为16453a夹具、16454a夹具，实验测试频率1.25mhz。
机械性能测试
样品制作：流延制得5mm厚的薄片，用模具制作为长12cm，宽3cm的长方形，四层叠压，烧结成型，即为所得测试样品。
1.采用zhvst-10f压痕硬度测试分析系统，测试材料的裂纹抗力。
2.采用wdw-5微机控制电子万能试验机，测试材料的抗弯曲强度。
3.采用hvs-5f数显维氏硬度计，测试材料的维氏硬度。
得到的测试结果填入表1。
表1
从表1的测试结果可以看出，本发明公开的一种铁氧体材料的制备方法得到的铁氧体材料具有较高的裂纹抗力、抗弯曲强度和维氏硬度，最高达到了25mpam1/2、180mpa和690mpa，其机械性能得到了较大的提升，同时层状双氢氧化物和层状双硫化钼的加入并不会对其复数磁导率产生明显的影响，有利于制备机械性能好的高磁导率铁氧体材料。
对比实施例1～3的测试结果可知，co-al-ldh和层状二硫化钼的含量过低会导致铁氧体材料的裂纹抗力和抗弯曲强度的下降，影响材料的力学性能，而co-al-ldh和层状二硫化钼的含量过高则会影响铁氧体的磁导率。
对比例1的技术方案中不添加co-al-ldh，对比实施例1和对比例1的测试结果可知，co-al-ldh，即层状双氢氧化物的含量直接影响到铁氧体材料的裂纹抗力，其含量对铁氧体材料的裂纹抗力的提高产生积极的作用。
对比例2的技术方案中不添加层状二硫化钼，对比实施例1和对比例2的测试结果可知，层状二硫化钼主要对于铁氧体材料的裂纹抗力和抗弯曲强度产生影响，其中，对于抗弯曲强度的提高较为显著。
对比例3的技术方案中不添加nizncu铁氧体，由测试结果可知，nizncu铁氧体为主要起磁导作用的功能材料。
对比例4的技术方案中不添加co-al-ldh和层状二硫化钼，对比实施例1和对比例4的测试结果可知，添加了co-al-ldh和层状二硫化钼的铁氧体材料其裂纹抗力相当于其铁氧体原料的4倍，抗弯曲强度也得到了加强。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。