專利名稱：一種織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體的快速制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息功能材料領(lǐng)域，特別是一種采用放電等離子燒結(jié)(SPS)技術(shù)快速制備單相六角晶系鐵氧體的新方法，所制備的材料具有織構(gòu)化和高致密度的顯微結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體在信息存儲(chǔ)、電磁屏蔽和軍事目標(biāo)隱身等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。單相六角晶系鐵氧體陶瓷工藝的燒結(jié)溫度很高，對(duì)于BaFe12O19來(lái)說(shuō)，可高達(dá)1250～1350℃，化學(xué)共沉淀法、熔鹽法、水熱晶化法、溶膠-凝膠法、凝膠自燃燒法、氣溶膠高溫裂解法和超聲聲化裂解法等方法制備的前驅(qū)體超細(xì)粉的燒結(jié)溫度雖然已降至1000℃以下，但由于六角晶系鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，決定了其結(jié)晶過(guò)程異常緩慢。為了獲得單相六角晶系鐵氧體，增大煅燒溫度、延長(zhǎng)保溫時(shí)間一直是六角晶系鐵氧體各種前驅(qū)體超細(xì)粉普遍采用的熱處理工藝。傳統(tǒng)熱處理工藝所制備的材料存在微粒隨機(jī)取向和部分晶粒異常長(zhǎng)大問(wèn)題，其磁性能很難滿足高密度磁記錄和甚高頻微波吸收的要求。
本專利申請(qǐng)者及合作者曾研究了M型鋇鐵氧體共沉淀前驅(qū)體后800℃下保溫2～10min后的SPS燒結(jié)體，發(fā)現(xiàn)放電等離子燒結(jié)不僅可實(shí)現(xiàn)M型鋇鐵氧體的超快速結(jié)晶、完全避免α-Fe2O3中間相結(jié)晶，而且可大幅度降低M型鋇鐵氧體的結(jié)晶溫度。但由于選擇的煅燒溫度和保溫時(shí)間不理想，所制備的材料事實(shí)上是六角晶系M型鋇鐵氧體和BaFe0.24Fe0.76O2.88構(gòu)成的、具有多孔顯微結(jié)構(gòu)的復(fù)相鐵氧體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種易于推廣的織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體的快速制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題須采用下述技術(shù)方案本發(fā)明提供的織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體的快速制備方法，其包括M型鋇鐵氧體共沉淀前驅(qū)體的制備；還包括利用放電等離子對(duì)共沉淀前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，其步驟包括(1)將共沉淀前驅(qū)體裝入高強(qiáng)石墨模具內(nèi)，并置于放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)中；(2)確定測(cè)溫方式后，啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)，使共沉淀前驅(qū)體在5～20MPa下真空密實(shí)成型；(3)按升溫速率100～300℃/min、燒結(jié)溫度850～1000℃、壓力5～20MPa、保溫時(shí)間10～40min進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，即得到織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體。
本發(fā)明采用先進(jìn)的SPS燒結(jié)新技術(shù)，在放電等離子的脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱作用下，通過(guò)優(yōu)化煅燒溫度、保溫時(shí)間和壓力，實(shí)現(xiàn)化學(xué)計(jì)量比的M型鋇鐵氧體共沉淀前驅(qū)體超細(xì)粉轉(zhuǎn)變成單相M型鋇鐵氧體磁體的快速結(jié)晶和致密化過(guò)程。本方法所制備的單相六角晶系鐵氧體材料具有織構(gòu)化和高致密度的顯微結(jié)構(gòu)，其磁性能滿足微波鐵氧體的綜合性能要求。同時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)了超快速燒結(jié)，大大縮短了制備周期，節(jié)約了大量電能，從而易于規(guī)模低成本生產(chǎn)。


圖1為實(shí)施例2條件下所制備的SPS燒結(jié)體的XRD譜。由其可見(jiàn)，該燒結(jié)體由單相六角晶系M型鋇鐵氧體構(gòu)成。
圖2為實(shí)施例3條件下所制備的SPS燒結(jié)體的SEM像。由其可見(jiàn)，該燒結(jié)體具有織構(gòu)化的顯微結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的方法包括制備M型鋇鐵氧體共沉淀前驅(qū)體，以及將該前驅(qū)體利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制成具有織構(gòu)化和高致密度的單相六角晶系鐵氧體。其中，制備M型鋇鐵氧體共沉淀前驅(qū)體的步驟包括按化學(xué)計(jì)量比稱取分析純BaCl2·2H2O和FeCl3·6H2O，用蒸餾水溶解并混合成均勻溶液；以NaOH和NH4HCO3溶液作沉淀劑，使Ba2+和Fe3+分別以BaCO3和Fe(OH)3形式共沉淀，控制pH＝8～10；共沉淀物經(jīng)蒸餾水洗滌、離心、冷凍、干燥和研磨后，得到M型鋇鐵氧體共沉淀前驅(qū)體。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的放電等離子燒結(jié)技術(shù)制成產(chǎn)品的步驟進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施例1(1)稱量M型鋇鐵氧體共沉淀前驅(qū)體粉4.0g，置入內(nèi)徑15mm、外徑45mm、內(nèi)襯為碳紙的高強(qiáng)石墨模具內(nèi)，并置于SPS真空室內(nèi)；(2)采用熱電偶測(cè)溫；(3)啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)，當(dāng)真空度低于10Pa時(shí)緩慢加載，共沉淀前驅(qū)體實(shí)現(xiàn)真空密實(shí)成型；(4)設(shè)置SPS燒結(jié)的工藝參數(shù)升溫速率200℃/min，燒結(jié)溫度850℃，保溫時(shí)間10min；(5)當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后，啟動(dòng)SPS燒結(jié)程序；(6)程序運(yùn)行完畢后，關(guān)閉SPS燒結(jié)系統(tǒng)，得到織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體，阿基米德排水法測(cè)得的致密度為91.5％。
實(shí)施例2步驟(1)、(2)和(3)同實(shí)施例1。其它步驟如下(4)設(shè)置SPS燒結(jié)的工藝參數(shù)升溫速率200℃/min，燒結(jié)溫度850℃，保溫時(shí)間15min；(5)當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后，啟動(dòng)SPS燒結(jié)系統(tǒng)；(6)程序運(yùn)行完畢后，關(guān)閉SPS燒結(jié)系統(tǒng)，得到織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體，阿基米德排水法測(cè)得的致密度為93.4％。
實(shí)施例3步驟(1)、(2)和(3)同實(shí)施例1。其它步驟如下(4)設(shè)置SPS燒結(jié)的工藝參數(shù)升溫速率200℃/min，燒結(jié)溫度850℃，保溫時(shí)間25min；(5)當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后，啟動(dòng)SPS燒結(jié)系統(tǒng)；(6)程序運(yùn)行完畢后，關(guān)閉SPS燒結(jié)系統(tǒng)，得到織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體，阿基米德排水法測(cè)得的致密度為95.0％。
實(shí)施例4步驟(1)、(2)和(3)同實(shí)施例1。其它步驟如下(4)設(shè)置SPS燒結(jié)的工藝參數(shù)升溫速率200℃/min，燒結(jié)溫度900℃，保溫時(shí)間30min；(5)當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后，啟動(dòng)SPS燒結(jié)系統(tǒng)；(6)程序運(yùn)行完畢后，關(guān)閉SPS燒結(jié)系統(tǒng)，得到織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體，阿基米德排水法測(cè)得的致密度為98.5％。
實(shí)施例5步驟(1)、(2)和(3)同實(shí)施例1。其它步驟如下(4)設(shè)置SPS燒結(jié)的工藝參數(shù)升溫速率100℃/min，燒結(jié)溫度950℃，保溫時(shí)間20min；(5)當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后，啟動(dòng)SPS燒結(jié)系統(tǒng)；(6)程序運(yùn)行完畢后，關(guān)閉SPS燒結(jié)系統(tǒng)，得到織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體，阿基米德排水法測(cè)得的致密度為99.5％。
實(shí)施例6步驟(1)、(2)和(3)同實(shí)施例1。其它步驟如下(4)設(shè)置SPS燒結(jié)的工藝參數(shù)升溫速率300℃/min，燒結(jié)溫度1000℃，保溫時(shí)間10min；(5)當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后，啟動(dòng)SPS燒結(jié)系統(tǒng)；(6)程序運(yùn)行完畢后，關(guān)閉SPS燒結(jié)系統(tǒng)，得到織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體，阿基米德排水法測(cè)得的致密度為98.3％。
上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體的快速制備方法，其包括M型鋇鐵氧體共沉淀前驅(qū)體的制備，其特征在于還包括利用放電等離子對(duì)共沉淀前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，其步驟包括(1)將共沉淀前驅(qū)體裝入高強(qiáng)石墨模具內(nèi)，并置于放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)中；(2)確定測(cè)溫方式后，啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)，使共沉淀前驅(qū)體在5～20MPa下真空密實(shí)成型；(3)按升溫速率100～300℃/min、燒結(jié)溫度850～1000℃、壓力5～20MPa、保溫時(shí)間10～40min進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，即得到織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體的快速制備方法，其特征在于按升溫速率200℃/min、燒結(jié)溫度850～900℃、壓力10～20MPa、保溫時(shí)間15～30min進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，得到織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體的快速制備方法，其特征是在啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)后，當(dāng)真空度低于10Pa時(shí)須緩慢加載。
全文摘要
本發(fā)明一種織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體的快速制備方法，其包括M型鋇鐵氧體共沉淀前驅(qū)體的制備；還包括利用放電等離子對(duì)共沉淀前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)，其步驟包括(1)將共沉淀前驅(qū)體裝入高強(qiáng)石墨模具內(nèi)，并置于放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)中；(2)確定測(cè)溫方式后，啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)，使共沉淀前驅(qū)體在5～20MPa下真空密實(shí)成型；(3)按升溫速率100～300℃/min、燒結(jié)溫度850～1000℃、壓力5～20MPa、保溫時(shí)間10～40min進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，即制得本發(fā)明的產(chǎn)品。本發(fā)明不僅可用于批量快速制備織構(gòu)化單相六角晶系鐵氧體，而且可同時(shí)完成織構(gòu)化和致密化過(guò)程。
文檔編號(hào)C30B29/22GK1900015SQ20061001960
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日
發(fā)明者趙文俞, 魏平, 程海斌, 張清杰, 唐新峰 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)