永磁復(fù)合陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，涉及一種BaFe12019/CoFe204永磁復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移動通訊和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得各種電子設(shè)備變得更加高度集成化、多功能化、小型化和快速響應(yīng)化。磁性材料是功能材料的重要分支，利用磁性材料制成的磁性元器件具有轉(zhuǎn)換、傳遞、處理信息、存儲能量、節(jié)約能源等功能，廣泛地應(yīng)用于能源、電信、自動控φι」、通訊、家用電器、生物、醫(yī)療衛(wèi)生、輕工、選礦、物理探礦、軍工等領(lǐng)域，尤其在信息技術(shù)領(lǐng)域已成為不可缺少的組成部分。信息化發(fā)展的總趨勢是向小、輕、薄以及多功能、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，從而對磁性材料提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，要求磁性材料制造的元器件不僅大容量、小型化、高速度，而且具有可靠性、耐久性、抗振動和低成本的特點(diǎn)。并以應(yīng)用磁學(xué)為技術(shù)理論基礎(chǔ)，與其他科學(xué)技術(shù)相互滲透、交叉、相互聯(lián)系，成為現(xiàn)代高新技術(shù)群體中不可缺少?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中要求永磁體具有盡可能大的矯頑場和高的飽和磁化強(qiáng)度，但是硬磁材料的矯頑場雖然很大，可其飽和磁化強(qiáng)度比較小。為了得到具有高飽和磁化強(qiáng)度并且高的矯頑力的超級磁體，人們選擇用硬磁材料和軟磁材料復(fù)合通過交換彈簧作用得到復(fù)合粉體。硬磁/軟磁交換彈簧由硬磁相和軟磁相構(gòu)成，它們之間有很強(qiáng)的交換耦合作用。在反磁化過程中，受硬磁層磁矩的影響，軟磁層內(nèi)的磁矩偏轉(zhuǎn)方向的分布是連續(xù)的，反磁化場越大或離界面越遠(yuǎn)的地方磁矩越接近外場方向，而且在磁場小于交換耦合臨界場時磁矩能可逆地轉(zhuǎn)動。磁交換彈簧磁性復(fù)合粉體中硬磁相具備高的矯頑力，軟磁相具備高的飽和磁化強(qiáng)度，將它們結(jié)合在一起，可以得到性能良好的永磁材料，特別是當(dāng)軟磁相為非稀土相時，可節(jié)約稀土用量，降低合金價格。磁性交換彈簧具備垂直交換耦合、磁電阻、磁致伸縮、磁能積、交換偏置等諸多效應(yīng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前這一類磁性材料主要用于制造永磁材料、巨磁致伸縮材料、磁電阻材料等。CoFe2O4是一種軟磁性材料，在尖晶石類鐵氧體中具有最高的飽和磁化強(qiáng)度。BaFe12O19是一種典型的硬磁性材料，具有高的居里溫度和矯頑力。通常制備磁性復(fù)合陶瓷的方法是首先采用固相法分別制備出各單相粉體，然后進(jìn)行機(jī)械混合，然后用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)方法燒結(jié)陶瓷。首先此方法，不僅所需要的煅燒溫度高，而且制備出的復(fù)合粉體是在晶粒尺寸上進(jìn)行混合導(dǎo)致均勻性比較差，最終直接影響到復(fù)合陶瓷材料的性能。其次，由于兩相BaFe12Oli^P CoFe 204的燒結(jié)溫度差別比較大，分別為13500C和1100°C，所以用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)方法很難將兩者燒結(jié)在一起。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種BaFe12019/CoFe204永磁性復(fù)合陶瓷材料及其制備方法，該方法中燒結(jié)溫度低，并且制得的復(fù)合陶瓷材料由于交換耦合作用，隨著CoFe2O4含量的增加，飽和磁化強(qiáng)度為50.14?65.38emu/g，剩余磁化強(qiáng)度為17.2?22.16emu/g，最大磁能積為7.0l?13.65kJ/m3。
[0004]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0005]—種BaFe12019/CoFe204永磁復(fù)合陶瓷材料，該永磁復(fù)合材料的化學(xué)表達(dá)式為(l_x)BaFe12019/xCoFe204，其中χ為CoFe2O4的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，且10%彡χ彡40%。
[0006]該永磁復(fù)合材料的化學(xué)表達(dá)式為(l-χ) BaFe12019/xCoFe204，其中χ為CoFe2O4的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，且20%彡χ彡40%。
[0007]該永磁復(fù)合材料的化學(xué)表達(dá)式為(l-χ) BaFe12019/xCoFe204，其中χ為CoFe2O4的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，且30%彡χ彡40%。
[0008]該永磁復(fù)合材料的化學(xué)表達(dá)式為(l-χ) BaFe12019/xCoFe204，其中χ為CoFe2O4的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，且χ = 40%。
[0009]一種BaFe12019/COFe204永磁復(fù)合陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]I)按化學(xué)通式BaFe12O19將分析純的Ba (OH) 2.8Η20Χιι0和駛03球磨后在800°C?850°C煅燒4?6小時，得到塊狀固體，然后將塊狀固體粉碎后過120目篩得到BaCu(B2O5)粉體；
[0011]2)將BaFe12O19粉體、CoFe 204粉體混合后加入作為兩相助燒劑的BaCu (B 205)粉體，再通過球磨混合均勻，然后過60目篩，得到混合粉體；其中8&?化019與CoFe 204的質(zhì)量比為9:1、8:2、7:3 或 6:4，BaCu(B2O5)粉體的加入量為 BaFe12019i5 CoFe 204總質(zhì)量的 4%?7% ;
[0012]3)向混合粉體中加入PVA粘合劑造粒，再經(jīng)60目篩網(wǎng)過篩，得到混合粉末；其中，加入PVA粘合劑的質(zhì)量為混合粉體質(zhì)量的8%?15% ；
[0013]4)將混合粉末壓制成型后，排除PVA粘合劑，然后在1100°C?1150°C下微波燒結(jié)10?15分鐘成瓷，得到BaFe12O19Zt0Fe2O4永磁復(fù)合陶瓷材料。
[0014]所述BaFe12Oli^v體通過以下方法制得:按化學(xué)通式BaFe 12019將分析純的BaCO 3、Fe2O3配制后通過球磨混合均勾，然后過篩，壓塊，再經(jīng)1150°C?1200°C預(yù)燒4?6小時，得到塊狀固體，然后將塊狀固體粉碎后過120目篩得到BaFe12O19粉體。
[0015]所述CoFe2O4粉體通過以下方法制得:按化學(xué)通式CoFe 204將分析純的Co 304,Fe2O3配制后通過球磨混合均勻，然后過篩，壓塊，再經(jīng)1050°C?1000°C預(yù)燒4?6小時，得到塊狀固體，然后將所得塊狀固體粉碎后過120目篩得到CoFe2O4粉體。
[0016]所述PVA粘合計為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的聚乙烯醇水溶液。
[0017]所述排出PVA粘合劑的條件為在550?600°C下保溫4?5個小時。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:本發(fā)明通過以Ba(OH)2.8H20、CuO和H3BO3S原料，制得作為兩相助燒劑的BaCu (B 205)粉體，然后將BaCu (B2O5)粉體與BaFe12019、CoFe2O4混合，造粒后，壓制，然后排出PVA粘合劑后再1100°C?1150°C下微波燒結(jié)，得到BaFe12019/CoFe204永磁復(fù)合陶瓷材料，本發(fā)明中由于加入了兩相燒結(jié)劑，并且采用微波，在很低的溫度下，即可制得BaFe12019/CoFe204永磁復(fù)合陶瓷材料，克服了傳統(tǒng)固相燒結(jié)方法燒結(jié)溫度高，并且制得的復(fù)合粉體性能較差的問題。
[0019]本發(fā)明中采用的微波燒結(jié)是依靠材料本身吸收微波能并轉(zhuǎn)化為材料內(nèi)部分子的動能和勢能，使材料內(nèi)外同時均勻加熱，因此材料內(nèi)部形成的熱應(yīng)力極小。此外，在微波電磁能的作用下，材料內(nèi)部分子(或離子)的動能增加，使燒結(jié)活化能降低，擴(kuò)散系數(shù)提高，因此可實現(xiàn)低溫快速燒結(jié)，使微粉晶粒來不及長大就已完成燒結(jié)，從而制備出保持微細(xì)晶粒的燒結(jié)體。本發(fā)明與固相燒結(jié)相比，燒結(jié)時間短，節(jié)省了能源，降低了成本，并且燒結(jié)后晶粒細(xì)小，材料致密性好。
[0020]本發(fā)明制得的復(fù)合陶瓷材料由于交換耦合作用，隨著CoFe2O4含量的增加，飽和磁化強(qiáng)度為50.14?65.38emu/g，剩余磁化強(qiáng)度為17.2?22.16emu/g，最大磁能積為7.01?13.65kJ/m3。
【附圖說明】
[0021]圖1為當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為90% ,CoFe2O4質(zhì)量百分比為10%，BaCu (B 205)的添加量為7%時，1150°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的XRD圖。
[0022]圖2為當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為80%，CoFe 204質(zhì)量百分比為20%，BaCu (B 205)的添加量為6%時，1140°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的XRD圖。
[0023]圖3為當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為70%，CoFe 204質(zhì)量百分比為30%，BaCu (B 205)的添加量為5%時，1130°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的XRD圖。
[0024]圖4為當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為60%，CoFe 204質(zhì)量百分比為40%，BaCu (B 205)的添加量為4%時，1100°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的XRD圖。
[0025]圖5為當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為90%，CoFe 204質(zhì)量百分比為10%，BaCu (B 205)的添加量為7%時，1150°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的SEM圖。
[0026]圖6為當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為80%，CoFe 204質(zhì)量百分比為20%，BaCu (B 205)的添加量為6%時，1140°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的SEM圖。
[0027]圖7為當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為70%，CoFe 204質(zhì)量百分比為30%，BaCu (B 205)的添加量為5%時，1130°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的SEM圖。
[0028]圖8當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為60% ,CoFe2O4質(zhì)量百分比為40% ,BaCu(B2O5)的添加量為4%時，1100°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的SEM圖。
[0029]圖9為當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為90%，CoFe 204質(zhì)量百分比為10%，BaCu (B 205)的添加量為7%時，1150°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的的磁滯回線.
[0030]圖10為當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為80 %，CoFe 204質(zhì)量百分比為20 %，BaCu (B 205)的添加量為6%時，1140°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的磁滯回線。
[0031 ] 圖11為當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為70 %，CoFe 204質(zhì)量百分比為30 %，BaCu (B 205)的添加量為5%時，1130°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的磁滯回線。
[0032]圖12 當(dāng) BaFe12Oli^質(zhì)量百分比為 60%，CoFe 204質(zhì)量百分比為 40%，BaCu(B2O5)的添加量為4%時，1100°C微波燒結(jié)所得復(fù)合陶瓷材料的磁滯回線。
[0033]圖13為當(dāng)BaFe12Oli^質(zhì)