一种干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法与流程

公开日期:2021-06-11
位置:E科技>>无机化学及其化合物制造及其合成,应用技术

一种干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法与流程

本发明涉及磁性铁酸镍粉体技术领域,尤其涉及一种磁性铁酸镍粉体的制备方法。

背景技术

尖晶石型铁氧体铁酸镍具有高频区高磁导率、高电阻、低涡流损耗、适度饱和磁化强度等优异性能,广泛应用于天线、医药、催化、存储、电子元器件等领域,因而一直是研究热点。

铁酸镍的合成方法层出不穷,总体而言可分为自上而下和自下而上两大类。自上而下路线有固相反应、高能球磨、脉冲激光沉积、自蔓延燃烧合成等等。固相反应和自蔓延燃烧合成通常涉及高温,在复合第二相时存在互扩散而降低性能的问题;高能球磨在长时间的球磨过程中,介质和原料摩擦接触会带来杂质污染风险;脉冲激光沉积则对设备提出更高要求。自下而上路线有溶胶-凝胶、共沉积、水热(溶剂热)、微波、电化学、微乳液等等。这些方法都离不开液体为介质。溶胶-凝胶、共沉积制备的粉体要获得高结晶度,依然需要后续煅烧处理;水热(溶剂热)能够得到优良结晶的粉体,但利用此方法进行与第二相复合时,往往导致第二相的再次溶解或目标产物不可得;微乳液法产率较低,同样存在低结晶度的问题。

随着科技的发展,单一物相已经无法满足新应用需求,通过铁酸镍与第二相复合以获得新性能变得越来越重要。如前所述,传统方法由于难以满足复合需求,因此开发新的合成方法,以规避两相高温互扩散,同时获得良好结晶的铁酸镍粉体就具有十分重要的意义。

技术实现要素

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种工艺简单、原料来源广泛、反应过程稳定、操作简便的干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,以克服现有技术需要高温煅烧,或者液相条件下才能制备符合需求的高结晶度的铁酸镍粉体的缺陷,并解决铁酸镍与第二相复合时产生的性能下降的问题,从而简单、安全、高效率地制备出铁酸镍粉体。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现

本发明提供的一种干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,包括以下步骤

(1)按照质量比镍源∶铁源=0.25~0.65∶1,将镍源和铁源加入溶剂进行溶解,搅拌混合而得到均匀的溶液,经溶剂挥发,干燥后得到混合粉体;

(2)将所述混合粉体在100~190℃、碱蒸汽环境中进行热处理,即静置晶化反应6~72h,热处理后得到的反应产物经磁吸附分离、水洗、干燥,即得到晶化的铁酸镍粉体。

上述方案中,本发明所述镍源为六水氯化镍,铁源为六水氯化铁。所述步骤(1)的搅拌时间为10~30min,干燥温度为40~80℃。

上述方案中,本发明所述步骤(2)碱蒸汽采用的碱溶液为氨水溶液、尿素水溶液、乙二胺水溶液、三乙胺水溶液、四丙级氢氧化铵水溶液、四丁基氢氧化铵水溶液中的一种或其组合;所述碱溶液的浓度≤6mol/l。按照体积质量比所述碱溶液∶混合粉体=1ml∶0.1~1.5g。

进一步地,本发明所述步骤(2)的反应温度为120~180℃,静置晶化反应时间为6~28h。

本发明具有以下有益效果

(1)本发明将氯化铁和氯化镍混合粉体的制备与碱蒸汽处理合成铁酸镍晶体分开进行。在碱蒸汽处理过程中,碱溶液不以液态形式和混合粉体直接接触,而是通过高温蒸发形成的气相与干燥的混合粉体接触,使得铁酸镍晶化和产物纯度提高,并且在较低温度下进行,无需后续煅烧处理,从而在低温下获得了高度晶化的纯铁酸镍材料(饱和磁化强度>25emu/g、剩余磁化强度=0.5~6emu/g、矫顽力=30~80g)。

(2)本发明实现了低温固态合成铁酸镍粉体的制备,首次公开了一种低温干法制备铁酸镍粉体的制备手段,有效降低了高度晶化的铁酸镍粉体的合成温度,避免了高温合成复合第二相时成份互扩散问题;同时,使铁酸镍的制备在干态下合成,避免了采用液相合成导致的低结晶度或复合第二相可能引起的第二相再溶解问题,从而为制备铁酸镍基复合材料提供了新的制备途径。

(3)本发明操作控制简单,所需关注的变量少,有利于大规模合成使用。

附图说明

下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述

图1是本发明实施例一制备的铁酸镍粉体的raman图谱和ftir图谱(araman图谱;bftir图谱);

图2是本发明实施例二制备的铁酸镍粉体的raman图谱;

图3是本发明实施例三制备的铁酸镍粉体的raman图谱;

图4是本发明实施例四制备的铁酸镍粉体的raman图谱和xrd图谱(araman图谱;bxrd图谱)。

具体实施方式

实施例一

本实施例一种干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,其步骤如下

(1)在反应瓶中依次加入0.50g六水氯化镍、0.83g六水氯化铁、15ml乙醇进行溶解混合,室温下搅拌15min得到均匀的溶液,随后在室温下以低速搅拌自然挥发掉乙醇,在55℃温度下干燥后,得到混合粉体;

(2)将上述混合粉体在150℃、碱蒸汽环境中进行热处理,即静置晶化反应8h,碱蒸汽采用的碱溶液为浓度5mol/l的氨水溶液,按照体积质量比碱溶液∶混合粉体=1ml∶0.2g,热处理后得到的反应产物经磁吸附分离、水洗、干燥,即得到晶化的铁酸镍粉体。

本实施例制备得到的铁酸镍粉体,如图1a所示,波数分别在694、570、485、330cm-1中心附近位置有四个拉曼特征峰,与铁酸镍晶体吻合;如图1b所示,在420和570~525cm-1区域存在吸收振动峰,与铁酸镍晶体一致。结果表明所得粉体为铁酸镍粉体。

实施例二

本实施例一种干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,其步骤如下

(1)在反应瓶中依次加入0.37g六水氯化镍、0.79g六水氯化铁、10ml乙醇进行溶解混合,室温下搅拌15min得到均匀的溶液,随后在室温下以低速搅拌自然挥发掉乙醇,在40℃温度下干燥后[E科技www.ehome5.com],得到混合粉体;

(2)将上述混合粉体在140℃、碱蒸汽环境中进行热处理,即静置晶化反应16h,碱蒸汽采用的碱溶液为氨水、尿素和乙二胺的混合溶液(含氨1.5mol/l、尿素1mol/l、乙二胺0.6mol/l),按照体积质量比碱溶液∶混合粉体=1ml∶0.1g,热处理后得到的反应产物经磁吸附分离、水洗、干燥,即得到晶化的铁酸镍粉体。

本实施例制备得到的铁酸镍粉体,如图2所示,波数分别在685、560、471、326cm-1中心附近位置有四个拉曼特征峰,与铁酸镍晶体吻合,表明所得粉体为铁酸镍粉体。

实施例三

本实施例一种干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,其步骤如下

(1)在反应瓶中依次加入0.002g六水氯化镍、0.004g六水氯化铁、8ml乙醇进行溶解混合,室温下搅拌15min得到均匀的溶液,随后在室温下以低速搅拌自然挥发掉乙醇,在40℃温度下干燥后,得到混合粉体;

(2)将上述混合粉体在140℃、碱蒸汽环境中进行热处理,即静置晶化反应24h,碱蒸汽采用的碱溶液为氨水、乙二胺和四丁基氢氧化铵的混合溶液(含氨3mol/l、乙二胺0.2mol/l、四丁基氢氧化铵0.1mol/l),按照体积质量比碱溶液∶混合粉体=1ml∶0.1g,热处理后得到的反应产物经磁吸附分离、水洗、干燥,即得到晶化的铁酸镍粉体。

本实施例制备得到的铁酸镍粉体,如图3所示,波数分别在680、540、472、300、197cm-1中心附近位置有5个拉曼特征峰,与铁酸镍晶体吻合,表明所得粉体为铁酸镍粉体。

实施例四

本实施例一种干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,其步骤如下

(1)在反应瓶中依次加入0.003g六水氯化镍、0.0062g六水氯化铁、12ml乙醇进行溶解混合,室温下搅拌15min得到均匀的溶液,随后在室温下以低速搅拌自然挥发掉乙醇,在40℃温度下干燥后,得到混合粉体;

(2)将上述混合粉体在140℃、碱蒸汽环境中进行热处理48h,即静置晶化反应碱蒸汽采用的碱溶液为氨水和乙二胺的混合溶液(含氨3mol/l、乙二胺0.4mol/l),按照体积质量比碱溶液∶混合粉体=1ml∶0.3g,热处理后得到的反应产物经磁吸附分离、水洗、干燥,即得到晶化的铁酸镍粉体。

本实施例制备得到的铁酸镍粉体,如图4a所示,波数分别在698、560~590、488、330cm-1中心附近位置有4个拉曼特征峰,与铁酸镍晶体吻合,表明所得粉体为铁酸镍粉体。如图4b所示,2θ分别在35.6°、30.2°、43.3°、57.4°、62.8°与nife2o4(pdf#54-0964)相一致,表明所得粉体为铁酸镍粉体。

本发明实施例制得到的铁酸镍粉体,其vsm结果如表1所示。

表1本发明实施例制得到的铁酸镍粉体的vsm结果

技术特征

1.一种干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,其特征在于包括以下步骤

(1)按照质量比镍源∶铁源=0.25~0.65∶1,将镍源和铁源加入溶剂进行溶解,搅拌混合而得到均匀的溶液,经溶剂挥发,干燥后得到混合粉体;

(2)将所述混合粉体在100~190℃、碱蒸汽环境中进行热处理,即静置晶化反应6~72h,热处理后得到的反应产物经磁吸附分离、水洗、干燥,即得到晶化的铁酸镍粉体。

2.根据权利要求1所述的干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,其特征在于所述镍源为六水氯化镍,铁源为六水氯化铁。

3.根据权利要求1所述的干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,其特征在于所述步骤(1)的搅拌混合时间为10~30min,干燥温度为40~80℃。

4.根据权利要求1所述的干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,其特征在于所述步骤(2)碱蒸汽采用的碱溶液为氨水溶液、尿素水溶液、乙二胺水溶液、三乙胺水溶液、四丙级氢氧化铵水溶液、四丁基氢氧化铵水溶液中的一种或其组合;所述碱溶液的浓度≤6mol/l。

5.根据权利要求4所述的干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,其特征在于按照体积质量比所述碱溶液∶混合粉体=1ml∶0.1~1.5g。

6.根据权利要求1所述的干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,其特征在于所述步骤(2)的反应温度为120~180℃,静置晶化反应时间为6~28h。

技术总结

本发明公开了一种干态低温制备磁性铁酸镍粉体的工艺方法,将镍源和铁源加入溶剂进行溶解,搅拌混合而得到均匀的溶液,经溶剂挥发,干燥后得到混合粉体;然后将所述混合粉体在100~190℃、碱蒸汽环境中进行热处理,即静置晶化反应,得到的反应产物经磁吸附分离、水洗、干燥,即得到晶化的铁酸镍粉体。本发明实现了低温固态合成铁酸镍粉体的制备,有效降低了高度晶化的铁酸镍粉体的合成温度,避免了高温合成复合第二相时成份互扩散问题;同时也避免了采用液相合成导致的低结晶度或复合第二相可能引起的第二相再溶解问题,从而为制备铁酸镍基复合材料提供了新的制备途径。本发明操作控制简单,所需关注的变量少,有利于大规模合成使用。

技术研发人员李华;梁健;江伟辉

受保护的技术使用者景德镇陶瓷大学

技术研发日2021.03.31

技术公布日2021.06.11

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