本發明屬于鐵氧體材料領域，具體是涉及一種高性能SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄復合鐵氧體材料及制備方法。

背景技術：

鐵氧體作為一種磁性材料，由于其具有低成本、環境穩定、高飽和磁化強度等優點一直以來備受關注。鐵氧體材料廣泛應用于永磁電機、磁選設備、磁紀錄、以及微波等領域。其中作為磁鉛石型的鐵氧體AFe₁₂O₁₉(在A位通常是Ba、Sr，或兩者都有)，國際上對其需求一直很大。六角型鐵氧體SrFe₁₂O₁₉作為硬磁材料，具有很高的矯頑力(Hc)，為改善此類硬磁材料的磁性能，其復合材料的交換耦合作用的研究成為一大熱點。比如在SrFe₁₂O₁₉/(Ni,Zn)Fe₂O₄復合鐵氧體材料的研究中，發現隨著(Ni,Zn)Fe₂O₄的添加，SrFe₁₂O₁₉材料的矯頑力不斷減小?？梢娧芯拷Y果并不理想，對于如何通過復合來提高單一鐵氧體材料的性能，還有待于科研人員的進一步研究。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供一種高性能SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄復合鐵氧體材料及制備方法。

為了實現本發明的目的，本發明采用了以下技術方案：

一種高性能SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄復合鐵氧體材料，該復合鐵氧體材料的化學結構式為xSrFe₁₂O₁₉/yCoFe₂O₄，其中0＜x＜1，0＜y＜1，x+y＝1。

進一步的，所述的復合鐵氧體材料的制備方法：包括以下步驟：

S1、混料：按所述化學結構式中的組成要求配置兩組混合料，其中第一組混合料由Fe₂O₃與Co₂O₃二者的原料粉末混合得到，第二組混合料由Fe₂O₃與SrCO₃二者的原料粉末混合得到；將上述兩組混合料分別進行濕磨后予以烘干處理；

S2、預燒：將上述步驟中烘干處理后所得的第一組混合料在950～1050℃保溫3.5～4.5h得到尖晶石型鐵氧體CoFe₂O₄粉體，將上述步驟中烘干處理后所得的第二組混合料在1050～1150℃保溫1.5～2.5h得到六角形鐵氧體SrFe₁₂O₁₉粉體；

S3、造粒：將所述CoFe₂O₄粉體、SrFe₁₂O₁₉粉體、粘結劑進行混合造粒得到粒料；

S4、壓片：將所述粒料進行壓片處理得到片型料；

S5、燒結：將所述片型料生坯在1170～1260℃下，保溫3.5～4.5h得到最終樣品。

進一步的，步驟S1中濕磨時所加的球磨介質為水和氧化鋯球；濕磨時轉速為180r/min，濕磨時間為5h；所述烘干處理是在100℃下烘干24h。

進一步的，步驟S2中第一組混合料在1000℃保溫4h，第二組混合料在1100℃保溫2h。

進一步的，步驟S3中粘結劑為質量濃度為8％的聚乙烯醇。

進一步的，步驟S4中壓片處理時壓力為20MPa，片型料直徑為12.98mm、厚度為2mm。

進一步的，步驟S5中保溫時間為4h。

本發明的有益效果在于：

(1)本發明SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄復合鐵氧體材料改善了單一鐵氧體磁性材料的缺陷，提高了其相應的飽和磁化強度與矯頑力，改善了鐵氧體材料的綜合磁性能。本發明利用六角型鐵氧體SrFe₁₂O₁₉和尖晶石型鐵氧體CoFe₂O₄自身的優越磁性能，使得鐵氧體SrFe₁₂O₁₉與鐵氧體CoFe₂O₄二者之間產生磁交換耦合作用，進而使得SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄復合鐵氧體材料具有高的飽和磁化強度(Ms)和矯頑力(Hc)，有效改善了復合鐵氧體材料的磁性能，拓展了其應用領域。

(2)本發明SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄復合鐵氧體材料采用傳統的固相反應法制備，成本低，工藝簡單，周期短，而且能在大量生產的情況下不對環境造成影響。本發明通過調整兩種鐵氧體的含量，即可方便得到任何配比的復合鐵氧體材料，另外本發明可以通過傳統燒結得到同一化學計量比不同燒結溫度，或者同一燒結溫度不同化學計量比的復合鐵氧體材料，從而確定最佳的燒結溫度、最佳的化學計量比，進而確定具有最佳磁性能的樣品，以滿足不同的應用需求。

(3)本發明提供了最佳混料條件與預燒條件，其中水、氧化鋯在濕磨時可以進一步提高原料粉末的混合均勻性，以便于預燒后得到純度更高的鐵氧體SrFe₁₂O₁₉與鐵氧體CoFe₂O₄，所述預燒過程中第一組混合物發生的化學反應式為:6Fe₂O₃+SrCO₃→+SrFe₁₂O₁₉+CO₂,所述預燒過程中第二組混合物發生的化學反應式為：4Fe₂O₃+2Co₂O₃→4CoFe₂O₄+O₂。在造粒過程中，為了方便造粒，在CoFe₂O₄粉體、SrFe₁₂O₁₉粉體混合物中加入了質量濃度為8％的聚乙烯醇作為粘結劑，該粘結劑在燒結后不存留于復合鐵氧體材料中，且無有毒物質產生，其在為復合鐵氧體材料制備提供便利的同時也非常環保。壓片可以使得片型料在燒結過程中自身受熱更均勻，利于得到磁性能更好的復合鐵氧體材料。

附圖說明

圖1為SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄復合鐵氧體材料的衍射峰隨X射線掃描范圍變化的XRD圖譜。

圖2為SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄復合鐵氧體材料的TEM照片。

圖3為SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄復合鐵氧體材料的外加磁場與磁化強度關系的磁滯回線。

具體實施方式

本發明通過Archimedes方法測定樣品的燒結性能。采用島津X-射線衍射儀分析樣品物相，測試條件：CuK_α靶，掃描范圍20～90°。采用美振動樣品磁強計(VSM)測量樣品的磁滯回線，采用永磁B-H測量儀測量永磁特征參量。

下面結合實施例對本發明技術方案做出更為具體的說明：

實施例1

分別按SrFe₁₂O₁₉與CoFe₂O₄的化學計量比稱量分析純氧化鐵(Fe₂O₃)、三氧化二鈷(Co₂O₃)、碳酸鍶(SrCO₃)。分別置于聚四氟乙烯球磨罐中以轉速180r/min球磨5h，然后將球磨混合漿料置于干燥箱中干燥24h。置于高溫箱式燒結爐中至1000℃下保溫4h得到CoFe₂O₄粉體；置于高溫箱式燒結爐中至1100℃下保溫2h得到SrFe₁₂O₁₉粉體。

分別稱取SrFe₁₂O₁₉粉體5.481g，CoFe₂O₄粉體0.519g，于研缽內混合均勻，然后加入適量的混合料質量濃度為8％的聚乙烯醇(PVA)作為粘結劑，混合造粒得到粒料，在20MPa下壓成片型料(直徑Φ＝12.98mm、厚度d≈2mm)。

片型料置于高溫箱式燒結爐中至1170℃后保溫4h，冷卻后即得到最終的樣品。

本實施例制備的SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄的鐵氧體復合材料飽和磁化強度為47.63A·m²·g^-1，矯頑力為1217Oe，剩磁為2067Gs。

實施例2

分別按SrFe₁₂O₁₉與CoFe₂O₄的化學計量比稱量分析純氧化鐵(Fe₂O₃)、三氧化二鈷(Co₂O₃)、碳酸鍶(SrCO₃)。分別置于聚四氟乙烯球磨罐中以轉速180r/min球磨5h，然后將球磨混合漿料置于干燥箱中干燥24h。置于高溫箱式燒結爐中至1000℃下保溫4h得到CoFe₂O₄粉體；置于高溫箱式燒結爐中至1100℃下保溫2h得到SrFe₁₂O₁₉粉體。

分別稱取SrFe₁₂O₁₉粉體5.481g，CoFe₂O₄粉體0.519g，于研缽內混合均勻，然后加入適量的混合料質量濃度為8％的聚乙烯醇(PVA)作為粘結劑，混合造粒得到粒料，在20MPa下壓成片型料(直徑Φ＝12.98mm、厚度d≈2mm)。

片型料置于高溫箱式燒結爐中至1230℃后保溫4h，冷卻后即得到最終的樣品。

本實施例制備的SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄的鐵氧體復合材料飽和磁化強度為51.13A·m²·g^-1，矯頑力為774Oe，剩磁為1907Gs。

實施例3

分別按SrFe₁₂O₁₉與CoFe₂O₄的化學計量比稱量分析純氧化鐵(Fe₂O₃)、三氧化二鈷(Co₂O₃)、碳酸鍶(SrCO₃)。分別置于聚四氟乙烯球磨罐中以轉速180r/min球磨5h，然后將球磨混合漿料置于干燥箱中干燥24h。置于高溫箱式燒結爐中至1000℃下保溫4h得到CoFe₂O₄粉體；置于高溫箱式燒結爐中至1100℃下保溫2h得到SrFe₁₂O₁₉粉體。

分別稱取SrFe₁₂O₁₉粉體2.007g，CoFe₂O₄粉體3.993g，于研缽內混合均勻，然后加入適量的混合料質量濃度為8％的聚乙烯醇(PVA)作為粘結劑，混合造粒得到粒料，在20MPa下壓成片型料(直徑Φ＝12.98mm、厚度d≈2mm)。

片型料置于高溫箱式燒結爐中至1230℃后保溫4h，冷卻后即得到最終的樣品。

本實施例制備的SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄的鐵氧體復合材料飽和磁化強度為64.84A·m²·g^-1，矯頑力為932Oe，剩磁為1927Gs。

實施例4

分別按SrFe₁₂O₁₉與CoFe₂O₄的化學計量比稱量分析純氧化鐵(Fe₂O₃)、三氧化二鈷(Co₂O₃)、碳酸鍶(SrCO₃)。分別置于聚四氟乙烯球磨罐中以轉速180r/min球磨5h，然后將球磨混合漿料置于干燥箱中干燥24h。置于高溫箱式燒結爐中至950℃下保溫4.5h得到CoFe₂O₄粉體；置于高溫箱式燒結爐中至1050℃下保溫2.5h得到SrFe₁₂O₁₉粉體。

分別稱取SrFe₁₂O₁₉粉體2.007g，CoFe₂O₄粉體3.993g，于研缽內混合均勻，然后加入適量的混合料質量濃度為8％的聚乙烯醇(PVA)作為粘結劑，混合造粒得到粒料，在20MPa下壓成片型料(直徑Φ＝12.98mm、厚度d≈2mm)。

片型料置于高溫箱式燒結爐中至1230℃后保溫3.5h，冷卻后即得到最終的樣品。

本實施例制備的SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄的鐵氧體復合材料飽和磁化強度為63.84A·m²·g^-1，矯頑力為920Oe，剩磁為1900Gs。

實施例5

分別按SrFe₁₂O₁₉與CoFe₂O₄的化學計量比稱量分析純氧化鐵(Fe₂O₃)、三氧化二鈷(Co₂O₃)、碳酸鍶(SrCO₃)。分別置于聚四氟乙烯球磨罐中以轉速180r/min球磨5h，然后將球磨混合漿料置于干燥箱中干燥24h。置于高溫箱式燒結爐中至1050℃下保溫3.5h得到CoFe₂O₄粉體；置于高溫箱式燒結爐中至1150℃下保溫1.5h得到SrFe₁₂O₁₉粉體。

分別稱取SrFe₁₂O₁₉粉體2.007g，CoFe₂O₄粉體3.993g，于研缽內混合均勻，然后加入適量的混合料質量濃度為8％的聚乙烯醇(PVA)作為粘結劑，混合造粒得到粒料，在20MPa下壓成片型料(直徑Φ＝12.98mm、厚度d≈2mm)。

片型料置于高溫箱式燒結爐中至1200℃后保溫4.5h，冷卻后即得到最終的樣品。

本實施例制備的SrFe₁₂O₁₉/CoFe₂O₄的鐵氧體復合材料飽和磁化強度為66.32A·m²·g^-1，矯頑力為950Oe，剩磁為1985Gs。

不同x與y值條件下所得樣品的剩磁化、矯頑力、飽和磁化強度、磁能積參數值，如下表1所示：

如圖，隨著CoFe₂O₄含量的增加，SrFe₁₂O₁₉與鐵氧體CoFe₂O₄二者之間產生磁交換耦合作用，從而使得復合材料的飽和磁化強度(Ms)與磁感應矯頑力均增大。其中鐵氧體CoFe₂O₄與SrFe₁₂O₁₉兩相的結合，使混亂取向的磁矩處于平行排列，從而導致磁矩沿外磁場方向的分量增加，產生剩磁增強效應，磁能積隨之增加，從而使復合材料具有更好的磁性能。