專利名稱：微波誘導(dǎo)低溫燃燒合成納米鋇鐵氧體粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種六角晶型(M-型)納米鋇鐵氧體(BaFe12O19)粉末的合成方法，特別是一種用微波誘導(dǎo)低溫燃燒合成納米六角晶型BaFe12O19粉末的方法，屬于磁性材料制備領(lǐng)域。
低溫燃燒合成法保留了高溫自蔓延法(SHS)快速、簡便的優(yōu)點，它的出現(xiàn)是對SHS的重要拓展。由于該方法是采用液相配料，易于保證組分均勻性；在較低溫度(200-500℃)引燃后，利用反應(yīng)自身的燃燒放熱使反應(yīng)自發(fā)地進行下去，從而合成產(chǎn)物，燃燒合成速度快；反應(yīng)中產(chǎn)生的大量氣體使產(chǎn)物膨脹成泡沫狀，因而粉末不易團聚生長，最終能夠得到比表面積高的粉體。由于微波加熱法與傳統(tǒng)的加熱方式不同，熱量不是經(jīng)過傳導(dǎo)或?qū)α鱾鬟f，而是使物質(zhì)從里到外自身發(fā)熱，因而具有加熱速度快，加熱非常均勻，從而更有利于納米晶的形成。微波能量基本上用于加熱物質(zhì)，損耗非常小，能量利用率比傳統(tǒng)加熱高好幾倍。自二十世紀九十年代以來，采用外部電加熱引火的低溫燃燒法合成納米晶粉料已在很多領(lǐng)域得以開展，如用于Al2O3、ZrO2、Ni-Zn鐵氧體粉末等的合成。而微波燃燒合成開辟了燃燒合成的新領(lǐng)域，在材料合成中的基礎(chǔ)應(yīng)用性研究尚在進行之中，目前尚未檢索到有關(guān)微波誘導(dǎo)低溫燃燒法合成六角晶納米BaFe12O19粉末的報導(dǎo)。
由

圖1可見，本發(fā)明提取的工藝特征是首先，將含Ba2+、Fe2+的無機鹽與檸檬酸，分別溶于去離子水，制成溶液，然后按一定比例混合攪拌，用氨水調(diào)節(jié)PH值然后加入氯化物溶液，攪拌混合均勻后置于微波腔微波誘導(dǎo)低溫燃燒合成，所得泡沫狀前驅(qū)體粉料熱處理、水洗而得到50-300納米尺寸范圍的粉料。
本發(fā)明的主要過程詳細闡述如下(1)以Ba2+、Fe3+的無機鹽，如硝酸鹽或碳酸鹽、檸檬酸為起始原料，Ba2+/Fe3+/檸檬酸摩爾比為1∶(8～13)∶(5～60)；Ba2+/Fe3+最佳摩爾比為1∶11.5，Ba2+和Fe3+的硝酸鹽或碳酸鹽/檸檬酸的摩爾比1∶0.8-1∶3。
檸檬酸是一種多齒配體，它能在一定的堿性條件下與Ba2+、Fe3+絡(luò)合形成螯合物，實現(xiàn)各組份的精確控制。調(diào)整檸檬酸與Ba2+、Fe3+無機鹽的比例，可以控制燃燒過程，因而得到不同特征的產(chǎn)物。
(2)氯化物為氯化鉀或氯化鈉或二者的組合，組合比例(摩爾比)為NaCl/KCl＝1∶0.5～1.5，加入量以Ba2+/氯化物的摩爾比為1∶0.5～3計算。加入的氯化物在高溫時呈液相狀態(tài)，能夠促進傳質(zhì)過程的進行，有利于在較低溫度得到發(fā)育良好的六角晶；最佳Ba2+/氯化物之比為1∶1-1.5。
(3)將Ba2+、Fe3+的無機鹽、檸檬酸分別溶于去離子水中，制成溶液，混合后不斷攪拌，用氨水調(diào)整PH值為4～8，然后加入氯化物溶液，攪拌混合均勻后置于微波腔內(nèi)加熱。溶液先發(fā)生沸騰、冒泡，隨著水分的不斷蒸發(fā)，形成凝膠。當(dāng)水分蒸發(fā)完后，凝膠開始起火燃燒，得到疏松、泡沫狀前驅(qū)體粉料。誘導(dǎo)低溫燃燒合成時間2-10分鐘。
(4)將所得到的前驅(qū)體粉料在600～900℃、空氣中熱處理0.5～5小時，水洗除去氯化物，得到最終產(chǎn)品。粒徑在50-300nm范圍，呈完整的六角片狀。
本發(fā)明與現(xiàn)有的納米BaFe12O19制備方法相比具有以下優(yōu)點(1)過程簡便，能耗低，反應(yīng)快，燃燒反應(yīng)在10分鐘內(nèi)可以完成，后續(xù)熱處理溫度低于900℃，熱處理時間小于5小時。
(2)對設(shè)備要求低，只需普通功率微波加熱裝置及后續(xù)熱處理熱備即可，無需其它高壓設(shè)備。
(3)氯化物在燃燒前以液相狀態(tài)與其它原料一起引入，有利于分子水平的均勻混合，促進合成反應(yīng)中傳質(zhì)過程的進行。
(4)通過控制檸檬酸和氯化物的加入量，調(diào)節(jié)后續(xù)熱處理溫度和時間，得到具有不同磁性能的粉末。
(5)制備的BaFe12O19粉末結(jié)晶完整，呈六角片狀，分散性好，粒度分布窄，有利于磁性能的提高。
圖2為實施例1制備的BaFe12O19XRD圖譜。
圖3為實施例2制備的BaFe12O19XRD圖譜。
圖4為實施例3制備的BaFe12O19XRD圖譜圖5為實施例1制備的BaFe12O19TEM照片。
圖6為實施例2制備的BaFe12O19TEM照片。
圖7為實施例3制備的BaFe12O19TEM照片實施例1用硝酸鋇、硝酸鐵、檸檬酸、氯化物為原料，按Ba2+∶Fe3+∶檸檬酸∶氯化物摩爾比＝1∶11.5∶30∶1(氯化物為NaCl/KCl摩爾比＝1∶1的混合物)配料，方法如下分別將硝酸鹽、檸檬酸、溶于去離子水中，制成溶液，混合后不斷攪拌，用氨水調(diào)整PH等于7，然后加入氯化物溶液，充分攪拌后，置于微波腔內(nèi)加熱。微波頻率為2450MHz，輸入功率500W。溶液先發(fā)生沸騰、冒泡，隨著水分的不斷蒸發(fā)，形成凝膠。當(dāng)?shù)竭_一定溫度時，凝膠開始起火燃燒，得到疏松、泡沫狀粉料。將上述粉料700℃、空氣中熱處理4小時，水洗除去氯化物，得到最終產(chǎn)品。其磁性能為∶比飽和磁化強度σs＝55.79emu/g，內(nèi)稟矯頑力jHc＝4.89KOe。XRD圖譜如圖2，TEM照片如圖5。粒徑平均尺寸為95nm，呈完整的六角片狀，所有衍射峰均為BaFe12O19相的峰。
實施例2用硝酸鋇、硝酸鐵、檸檬酸、氯化鈉為原料，按Ba2+∶Fe3+∶檸檬酸∶氯化鈉＝1∶11.5∶26∶3(摩爾比)配料，方法如下分別將硝酸鹽、檸檬酸、溶于去離子水中，制成溶液，混合后不斷攪拌，用氨水調(diào)整PH等于5，然后加入氯化鈉溶液，充分攪拌后，置于微波腔內(nèi)加熱。微波頻率為2450MHz，輸入功率500W。溶液先發(fā)生沸騰、冒泡，隨著水分的不斷蒸發(fā)，形成凝膠。當(dāng)?shù)竭_一定溫度時，凝膠開始起火燃燒，得到疏松、泡沫狀粉料。將上述粉料快速加熱到800℃，保持50分鐘，水洗除去氯化物，得到最終產(chǎn)品。磁性能為比飽和磁化強度σs＝66.79emu/g，內(nèi)稟矯頑力jHc＝5.08KOe。其XRD圖譜如圖3，TEM照片如圖6。粒徑平均尺寸為120nm，其余同實施例1。
實施例3用碳酸鋇、硝酸鐵、檸檬酸、氯化鈉為原料，按Ba2+∶Fe3+∶檸檬酸∶氯化鈉＝1∶12∶15∶2(摩爾比)配料，方法如下分別將硝酸鹽、檸檬酸、溶于去離子水中，制成溶液，混合后不斷攪拌，用氨水調(diào)整PH等于6，然后加入氯化鈉溶液，充分攪拌后，置于微波腔內(nèi)加熱。微波頻率為2450MHz，輸入功率500W。溶液先發(fā)生沸騰、冒泡，隨著水分的不斷蒸發(fā)，形成凝膠。當(dāng)?shù)竭_一定溫度時，凝膠開始起火燃燒，得到疏松、泡沫狀粉料。將上述粉料800℃、空氣中熱處理2小時冷卻后水洗除去氯化物，得到最終產(chǎn)品。磁性能為比飽和磁化強度σs＝64.79emu/g，內(nèi)稟矯頑力jHc＝4.587KOe。其XRD圖譜如圖4，TEM照片如圖7。粒徑平均尺寸為250nm，其余同實施例1。
權(quán)利要求
1.一種微波誘導(dǎo)低溫燃燒合成納米六角晶型BaFe12O19粉末的方法，包括配料、混合工藝過程，其特征在于(1)以Ba2+、Fe3+的硝酸鹽或碳酸鹽、檸檬酸分別先溶于去離子水中，制成溶液然后Ba2+/Fe3+/檸檬酸摩爾比為1∶8～13∶5～60；(2)用氨水調(diào)節(jié)PH值4-8，再加入氯化物溶液攪拌，混勻；氯化物加入量為Ba2+/氯化物的摩爾比等于1∶0.5～3；(3)然后置于微波腔內(nèi)加熱，誘導(dǎo)低溫燃燒合成時間2-10分鐘，得到輸送、泡沫狀前驅(qū)體材料；(4)600-900℃空氣中熱處理前驅(qū)體粉料，時間0.5-5小時，水洗去除氯化物，制成納米尺寸BaFe12O19粉料。
2.按權(quán)利要求1所述的微波誘導(dǎo)低溫燃燒合成納米鋇鐵氧粉末的方法，其特征在于所述的Ba2+/Fe3+的最佳摩爾比為1∶11.5。
3.按權(quán)利要求1所述的微波誘導(dǎo)低溫燃燒合成納米鋇鐵氧粉末的方法，其特征在于所述的檸檬酸優(yōu)選加入量為Ba2+和Fe3+硝酸鹽或碳酸鹽/檸檬酸的摩爾比為1∶0.8～1∶3。
4.按權(quán)利要求1所述的微波誘導(dǎo)低溫燃燒合成納米鋇鐵氧粉末的方法，其特征在于所述的氯化物為氯化鈉或氯化鉀或優(yōu)選加入量二者的組合；為Ba2+/氯化物的摩爾比為1∶1～1.5。
5.按權(quán)利要求1所述的微波誘導(dǎo)低溫燃燒合成納米鋇鐵氧粉末的方法，其特征在于所述的組合氯化物為NaCl/KCl＝1∶0.5-1.5(摩爾)。
6.按權(quán)利要求1所述的微波誘導(dǎo)低溫燃燒合成納米鋇鐵氧粉末的方法，其特征在于所述的微波腔誘導(dǎo)加熱，微波功率為2450MHZ，輸入功率500W。
7.按權(quán)利要求1所述的微波誘導(dǎo)低溫燃燒合成納米鋇鐵氧粉末的方法，其特征在于BaFe12O19相的粒徑范圍為50～300nm，BaFe12O19相晶型呈完整的六角片狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微波誘導(dǎo)低溫燃燒合成納米BaFe
文檔編號H01F1/032GK1378996SQ0211174
公開日2002年11月13日 申請日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者黃建國, 莊漢銳, 李文蘭 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所