[发明专利]高饱和磁化强度、低矫顽力六角铁氧体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及六角铁氧体磁性材料，特别是涉及高饱和磁化强度、低矫顽力的铁过量M型钡铁氧体材料及其制备方法。

背景技术

M型铁氧体具有高饱和磁化强度、高磁晶各向异性场以及良好的化学稳定性和耐磨损性，广泛用于信息存储、电磁屏蔽和军事目标隐身等领域。为满足不同应用要求，离子取代长期以来一直是优化这类磁记录和微波吸收与发射用M型铁氧体材料的静磁性能和微波电磁参数的重要方法，已取得了大量高水平的研究成果，如Sr(Zn_0.7Nb_0.3)_xFe_12-xO₁₉矫顽力显著降低、饱和磁化强度增大是Zn²⁺择优取代4f₁、Nb⁴⁺择优取代4f₂和12k磁晶位Fe的结果，BaCo_xTi_xFe_12-2xO₁₉矫顽力大幅度降低、饱和磁化强度缓慢降低与Co²⁺、Ti⁴⁺择优取代4f₁、4f₂、12k和2b磁晶位Fe有关，Zn²⁺择优取代自旋向下磁晶位Fe可导致W、X、Y、Z和U型铁氧体矫顽力显著降低和饱和磁化强度小幅度降低。但近年来离子取代机理研究表明该方法面临了新的挑战，原因是当取代量较大时，取代离子并不是只取代自旋向下磁晶位Fe而是同时取代多种磁晶位Fe，且被取代的磁晶位类型随取代量增大而变化，当自旋向上磁晶位Fe被原子磁矩较低的磁性离子(或非磁性离子)取代时，饱和磁化强度将因为自旋向上磁矩与自旋向下磁矩之差减小而降低。另外，大量非磁性离子如Zn²⁺、Ti⁴⁺(或原子磁矩太低的磁性离子如Co²⁺、Ni²⁺)即使按预期方式取代了对降低矫顽力有利、且是自旋向下磁晶位Fe，而根据六角铁氧体的磁相互作用机制，亦会因为四面体和八面体之间的Fe-O-Fe超交换作用严重减弱而导致饱和磁化强度降低。可见，离子取代尤其是取代量较大时，该方法并不是磁记录和微波吸收用M型铁氧体材料降低矫顽力并保持具有较高饱和磁化强度的理想选择。因此，如何降低M型铁氧体材料的矫顽力并保持具有较高饱和磁化强度仍是制约其应用的瓶颈问题，还必须采用新的合成技术和材料设计理论继续探索这类功能材料工程应用中目前面临的困难。

目前除传统陶瓷法外，化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、凝胶燃烧法、气溶胶高温裂解法、冷冻法、微乳液法、超临界流体干燥法、超声声化分解法等均已用于制备M型铁氧体前驱体，但其结晶生长的热处理技术仍停留于升高煅烧温度和(或)延长保温时间，由于传统热处理过程中晶粒异常长大不可避免，结果形成对降低矫顽力不利的显微结构。放电等离子体烧结(Spark Plasma Sintering，简称SPS)技术是最近几年主要由日本开发、兴起的粉末烧结新技术，其热处理特点是通过瞬时脉冲大电流产生的放电等离子体使被烧结体内每个颗粒均匀地自身发热并使颗粒表面活化，具有非常高的热效率，样品内的传热过程可在瞬间完成，所产生的脉冲能、放电脉冲压力以及焦耳热产生的瞬时高温能够实现快速、低温、高效烧结，可以有效抑制晶粒长大。目前，该技术已成功用于制备金属和合金、结构陶瓷、氧化物陶瓷、复合材料及高分子材料、梯度功能材料、超导材料、纳米材料、多孔材料、磁性及热电材料等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为克服现有技术存在的不足，提供一种易于推广的高饱和磁化强度、低矫顽力六角铁氧体材料的制备方法。

本发明解决其技术问题需采用的技术方案是：以铁盐和钡盐为原料配制成混合盐溶液，以碱溶液为沉淀剂，采用并加共沉淀工艺制备出共沉淀前驱体超细粉；通过瞬时脉冲大电流使前驱体颗粒均匀自身发热和等离子体表面活化，实现超快速结晶和致密化烧结，获得高饱和磁化强度、低矫顽力六角铁氧体材料，该材料的化学组成为BaFe_12+xO_19+1.5x，0≤x≤1.0。