一种稀土掺杂的M型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m型锶铁氧体磁性材料及其制备方法。

背景技术：

m型铁氧体是一种高性能永磁材料，具有较宽的磁滞回线、较高的矫顽力、单轴磁晶各向异性和优良的旋磁特性、高居里温度、高的化学稳定性和高剩余磁化强度等特点，同时具有较高的性价比，因此被广泛应用在永磁、高密度垂直磁记录、微波毫米波器件等领域中，在工业和日常生活中应用广泛。近年来，随着汽车、家电、音像、计算机等产量的提高，以及风能、水能等新能源的开发利用，使锶钡永磁铁氧体的需求量也越来越大。m型锶钡铁氧体制备研究最初主要集中在固相合成机理，动力学过程及工艺参数对产品性能的影响等方面，但随着研究的深入，该方向对产品性能的提高基本已挖掘殆尽，难以使磁性能得到大幅的提高。因此开发新的配方系列锶铁氧体永磁材料，进而改善和提高永磁铁氧体的磁性能已经成为该领域研究的热点。近年来利用稀土离子掺杂取代方法改善锶铁氧体的性能已经成为该领域研究的热点，但大量研究主要集中在la–zn、la–co体系。

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-xsmxfe12-xcuxo19，分子式中：0<x<0.2。

本发明制备分子式为sr1-xsmxfe12-xcuxo19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-xsmxfe12-xcuxo19中的化学计量比称取sm2o3、cuco3·cu(oh)2·h2o、srco3和fe2o3做为原料，分子式sr1-xsmxfe12-xcuxo19中：0<x<0.2；

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~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2mpa~4mpa的压力下压制得到片状样品；所述磨球为硬质合金磨球；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℃~200℃，烘干时间为4h~8h；

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1100℃~1200℃，然后保温3h~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400r/min~500r/min下混料4h~6h，将混料烘干后置于压片的模具中，在2mpa~4mpa的压力下压制得到预烧料片状样品；所述磨球为硬质合金磨球；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℃~200℃，烘干时间为4h~8h；

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1100℃~1200℃，然后保温2h~5h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr1-xsmxfe12-xcuxo19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、cuco3·cu(oh)2·h2o和fe2o3价格低廉，sm2o3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-xsmxfe12-xcuxo19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35.28%~72.76%，矫顽力hc增加37.86%~79.33%，饱和磁化强度ms增加3.5%~16.27%，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-xsmxfe12-xcuxo19，分子式中：0<x<0.2。

本实施方式的sr1-xsmxfe12-xcuxo19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35.28~72.76%，矫顽力hc增加37.86%~79.33%，饱和磁化强度ms增加3.5%~16.27%，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-xsmxfe12-xcuxo19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-xsmxfe12-xcuxo19中的化学计量比称取sm2o3、cuco3·cu(oh)2·h2o、srco3和fe2o3做为原料，分子式sr1-xsmxfe12-xcuxo19中：0<x<0.2；

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~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2mpa~4mpa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1100℃~1200℃，然后保温3h~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400r/min~500r/min下混料4h~6h，烘干后将混料置于压片的模具中，在2mpa~4mpa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1100℃~1200℃，然后保温2h~5h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr1-xsmxfe12-xcuxo19的m型锶铁氧体磁性材料。

1、本实施方式所用原料srco3、cuco3·cu(oh)2·h2o和fe2o3价格低廉，sm2o3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-xsmxfe12-xcuxo19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35.28%~72.76%，矫顽力hc增加37.86%~79.33%，饱和磁化强度ms增加3.5%~16.27%，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：步骤二所述磨球为硬质合金磨球。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℃~200℃，烘干时间为4h~8h。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：步骤四所述磨球为硬质合金磨球。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℃~200℃，烘干时间为4h~8h。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：sr0.85sm0.15fe11.85cu0.15o19；

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sr0.85sm0.15fe11.85cu0.15o19中的化学计量比称取sm2o3、cuco3·cu(oh)2·h2o、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500r/min下混料1.5h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；所述磨球为硬质合金磨球；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1100℃，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500r/min下混料5h，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；所述磨球为硬质合金磨球；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1100℃，然后保温5h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr0.85sm0.15fe11.85cu0.15o19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=0.15时，粉体在衍射角2θ=30.14°，32.36°，34.32°，37.08°。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，且晶粒分布比较均匀晶粒界面较为清晰，晶粒尺寸均匀，为六角片状结构，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sr0.85sm0.15fe11.85cu0.15o19的m型锶铁氧体磁性材料进行vsm测试：剩余磁化强度br=29.98emu/g，饱和磁化强度ms=50.07emu/g，矫顽力hc=36.9ka/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=17.87emu/g，ms=48.17emu/g，hc=22.91ka/m，由此可知，本实施例制备的分子式为sr0.85sm0.15fe11.85cu0.15o19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66.77%，饱和磁化强度ms增加3.94%，矫顽力hc增加61.07%。

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：sr0.95sm0.05fe11.95cu0.05o19；

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sr0.95sm0.05fe11.95cu0.05o19中的化学计量比称取sm2o3、cuco3·cu(oh)2·h2o、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500r/min下混料1.5h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；所述磨球为硬质合金磨球；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1100℃，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500r/min下混料5h，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；所述磨球为硬质合金磨球；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1100℃，然后保温5h后随炉冷却至室温，最终得到分子式为sr0.95sm0.05fe11.95cu0.05o19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3所示，由图可见：粉体在衍射角2θ=30.14°，32.36°，34.32°，37.08°。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1μm~2μm之间，且晶粒分布比较均匀晶粒界面较为清晰，晶粒尺寸均匀，为六角片状结构，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sr0.95sm0.05fe11.95cu0.05o19的m型锶铁氧体磁性材料进行vsm测试：剩余磁化强度br=30.65emu/g，饱和磁化强度ms=52.044emu/g，矫顽力hc=39.78ka/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=17.87emu/g，饱和磁化强度ms=48.17emu/g，矫顽力hc=22.91ka/m，由此可知，本实施例制备的分子式为sr0.95sm0.05fe11.95cu0.05o19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71.52%，饱和磁化强度ms增加8.03%，矫顽力hc增加73.64%。