專利名稱：超聲輔助共沉淀法合成近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲輔助共沉淀法合成近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體的方法，屬于先進(jìn)的功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
六角鋇鐵氧體因具有較高的磁晶各向異性場(chǎng)、矯頑場(chǎng)和飽和磁化強(qiáng)度以及良好的化學(xué)抗腐蝕性等特點(diǎn)而廣泛地應(yīng)用于永磁鐵氧體，微波、毫米波旋磁材料以及垂直記錄材料等領(lǐng)域，尤其近幾年來(lái)，由于人們對(duì)電磁波污染的關(guān)注，作為優(yōu)異微波吸收體的六角鋇鐵氧體備受關(guān)注。然而，由于受晶體生長(zhǎng)習(xí)性的限制，一般所得到鋇鐵氧體粉體中顆粒多以六角片狀形式存在，這種顆粒形貌上的各向異性在一定程度上使得其作為吸波介質(zhì)使用過(guò)程中吸收性能的提高與材料吸收性能的均勻性質(zhì)受到影響，故而合成具有各向同性形貌(如球形形態(tài))的鋇鐵氧體超細(xì)粉體變得尤為重要。
合成鋇鐵氧體的方法主要由固相反應(yīng)法，反相微乳液法，共沉淀法，水熱合成法以及溶膠-凝膠法等，其各具特點(diǎn)。當(dāng)前，工業(yè)上用于制備高質(zhì)量鋇鐵氧體超細(xì)粉體的主要是共沉淀法，然而采用該法尚難以制備具有球形或近球形的鋇鐵氧體超細(xì)粉體。
目前，采用超聲輔助沉淀法制備簡(jiǎn)單化合物超細(xì)粉體的工作已有所報(bào)道，但對(duì)于將超聲應(yīng)用至共沉淀法中，并進(jìn)一步有效控制產(chǎn)物粉體顆粒形貌趨于等性尚未見報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明著力解決具有近球形形貌、粒徑均勻的鋇鐵氧體超細(xì)粉體制備問(wèn)題，提出了一種超聲輔助共沉淀法制備近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體的方法。在共沉淀過(guò)程中引入超聲輔助，一方面促使共沉淀前驅(qū)體中鋇、鐵離子均勻分布，另一方面，利用超聲空氣化作用，對(duì)均化的前驅(qū)體進(jìn)行分割，此外，超聲作用在一定程度上促進(jìn)了沉淀反應(yīng)發(fā)生與反應(yīng)完全，使得在后續(xù)熱處理過(guò)程中獲得形貌均一、顆粒尺寸均勻的產(chǎn)物粉體，所獲得產(chǎn)物粉體可應(yīng)用于作為高效微波吸收介質(zhì)使用。
本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)， 以可溶性鋇鹽與鐵鹽為原料，按照鋇鐵摩爾比配制混合鹽溶液；再選擇適當(dāng)?shù)某恋韯谕饧映曌饔孟?，滴加入沉淀劑，充分反?yīng)；最后通過(guò)離心、干燥，獲得前驅(qū)體，并將其在馬弗爐中一定溫度下熱處理，即可獲得近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體。本發(fā)明通過(guò)沉淀劑的合理選擇、優(yōu)化超聲功率和時(shí)間、采用超聲輔助共沉淀技術(shù)來(lái)提高前驅(qū)體中離子分布均勻性，經(jīng)熱處理即可獲得近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體的制備，其具體步驟如下: 步驟一:以可溶性鋇、鐵鹽為原料，將鋇離子和鐵離子按照1:10 12的摩爾比配制鋇、鐵金屬鹽溶液，溶液中鋇離子的濃度在0.01 0.lOmol/L，所述可溶性鋇、鐵鹽包括氯化鋇、氯化鐵，硝酸鋇、硝酸鐵； 步驟二:選擇沉淀劑，按照金屬離子總物質(zhì)量過(guò)量0% 100%，配制沉淀劑溶液，并在超聲輔助的條件下， 滴加沉淀劑溶液，同時(shí)，水浴磁力攪拌，保持反應(yīng)體系處在室溫，待滴加完畢，繼續(xù)攪拌I 5小時(shí)，使其充分反應(yīng)，保證鋇、鐵金屬離子完全沉淀； 步驟三:所得沉淀產(chǎn)物，經(jīng)離心分離，離心轉(zhuǎn)速:2500rpm 10000轉(zhuǎn)/分鐘,離心時(shí)間:5 20分鐘，所得沉淀產(chǎn)物水洗與離心分離，清洗2 3次，所得產(chǎn)物在60°C 80°C條件下進(jìn)行真空干燥，至恒重，一般干燥時(shí)間12 24小時(shí)，得到前驅(qū)體； 步驟四:所得前驅(qū)體，經(jīng)研磨后置于坩堝中，放入馬弗爐中進(jìn)行熱處理，選擇熱處理溫度700 1000°C，合成時(shí)間I 8小時(shí)，得到產(chǎn)物近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體。
優(yōu)選地，步驟2中采用超聲輔助共沉淀反應(yīng)的方法，超聲輸出功率為9.5W 104.5W區(qū)間，超聲變幅桿直徑為6mm、10mm，超聲方式采用間歇式，超聲時(shí)間I 5秒，間隔時(shí)間2 10秒，輔以水浴攪拌，保持超聲過(guò)程中體系溫度恒定。
優(yōu)選地，步驟2中在超聲同時(shí)加入沉淀劑，沉淀劑選擇為氫氧化鈉、氨水、碳酸銨和碳酸鈉中的一種或幾種的組合，其溶液中所含沉淀劑物質(zhì)的量根據(jù)沉淀離子理論消耗量附加過(guò)量值，如采用氨水為沉淀劑沉淀鐵離子，其目標(biāo)產(chǎn)物為氫氧化鐵，故而氨水的物質(zhì)的量為:鐵離子物質(zhì)的量乘以3乘以(1+過(guò)量比)。
本發(fā)明巧妙的在共沉淀過(guò)程中引入超聲輔助，促使共沉淀前驅(qū)體中鋇、鐵離子均勻分布，所得鋇鐵氧體顆粒具有呈近球形形態(tài)、尺寸分布集中等特點(diǎn)，可作為高質(zhì)量微波吸收介質(zhì)使用。與傳統(tǒng)共沉淀法相比，本發(fā)明提供的方法思路新穎、極大地提高了前驅(qū)體中鋇鐵離子的混合均勻性，降低了合成溫度，控制了所合成顆粒形貌趨于等性形態(tài)，顆粒尺寸分布相對(duì)集中，具體包括如下: 1、在共沉淀反應(yīng)過(guò)程中采用超聲輔助，一方面提高了前驅(qū)體中鋇鐵離子混合均勻性，另一方面也在一定程度上加速了沉淀反應(yīng)的發(fā)生，使得沉淀反應(yīng)完全； 2、所制備得到鋇鐵氧體趨于等性的近球形形態(tài)，對(duì)于提高其微波吸收性能有著重要的幫助； 3、制備過(guò)程中所涉及的儀器簡(jiǎn)單，易于控制，對(duì)于合成其它復(fù)雜氧化物納米粉體有著積極地借鑒作用。


圖1超聲輔助化學(xué)共沉淀法合成鋇鐵氧體超細(xì)粉體的XRD圖譜。
圖2超聲輔助化學(xué)共沉淀法合成鋇鐵氧體超細(xì)粉體的FE-SEM照片。
圖3超聲輔助化學(xué)共沉淀法合成鋇鐵氧體超細(xì)粉體的磁滯回線。
圖4超聲輔助化學(xué)共沉淀法合成鋇鐵氧體超細(xì)粉體的XRD圖譜。
圖5超聲輔助化學(xué)共沉淀法合成鋇鐵氧體超細(xì)粉體的FE-SEM照片。
圖6超聲輔助化學(xué)共沉淀法合成鋇鐵氧體超細(xì)粉體的磁滯回線。
具體實(shí)施方式
采用超聲輔助共沉淀法合成近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉末，以可溶性鋇鹽與鐵鹽為原料，按照鋇鐵摩爾比配制混合鹽溶液；再選擇適當(dāng)?shù)某恋韯?，在外加超聲作用下，滴加入沉淀劑，充分反?yīng)；最后通過(guò)離心、干燥， 獲得前驅(qū)體，將前驅(qū)體研磨后置于坩堝中，放入馬弗爐中進(jìn)行以一定的溫度進(jìn)行熱處理，即可獲得近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體。下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1 以分析純氯化鋇和氯化鐵為原料，按照Ba2+:Fe3+=l: 10.5的摩爾比稱取氯化鋇和氯化鐵，溶于適量的去離子水中，得到氯化鋇和氯化鐵溶液，其濃度分別為:[Ba2+]=0.0lmol/L、[Fe3+] =0.105mol/L ； 設(shè)置超聲細(xì)胞粉碎儀參數(shù):變幅桿直徑6mm，功率為19W，超聲開2.0s、超聲關(guān)8.0s ；向上述溶液中加入沉淀劑碳酸銨和氨水，加入量按化學(xué)平衡計(jì)算過(guò)量50%進(jìn)行滴加，然后在25°C條件下，超聲的同時(shí)攪拌，反應(yīng)至pH值不變，得到反應(yīng)完全的前驅(qū)體溶液； 將上述溶液倒入離心管內(nèi)離心，將離心后的沉淀物在-0.08MPa、80°C的條件下進(jìn)行真空干燥，24小時(shí)后得到棕紅的前驅(qū)體； 將所得前驅(qū)體研磨后置于馬弗爐中煅燒2小時(shí)，溫度為800°C，煅燒后的產(chǎn)物為單一物相的鋇鐵氧體，其XRD譜如圖1所示，圖2為其SEM照片，圖3為其鋇鐵氧體粉體磁滯回線。
通過(guò)分析可知，本實(shí)施例的單一物相的鋇鐵氧體形貌近于球形，平均粒徑為80 120nm,顆粒粒徑均勻。
實(shí)施例2 以分析純氯化鋇和氯化鐵為原料，按Ba2+ = Fe3+=1: 10.5的摩爾比稱取氯化鋇和氯化鐵，溶于適量的去離子水中，得到氯化鋇和氯化鐵溶液，濃度分別為:[Ba2+]=0.01M/L、[Fe3+] =0.105M/L ； 設(shè)置超聲細(xì)胞粉碎儀參數(shù):功率為47.5W，超聲開2.0s、超聲關(guān)8.0s ； 向上述溶液中加入沉淀劑碳酸銨和氨水，加入量按化學(xué)平衡計(jì)算過(guò)量50%進(jìn)行滴加，然后在25°C條件下，超聲的同時(shí)攪拌，反應(yīng)至pH值不變，得到反應(yīng)完全的前驅(qū)體溶液； 將上述溶液倒入離心管內(nèi)離心，將離心后的沉淀物在-0.08MPa、80°C的條件下進(jìn)行真空干燥，24小時(shí)后得到棕紅的前驅(qū)體； 將所得前驅(qū)體研磨后置于馬弗爐中煅燒2小時(shí)，溫度為800°C，煅燒后即得到單一物相的鋇鐵氧體，其XRD譜如圖4所示，圖5為其SEM照片，圖6為其鋇鐵氧體粉體磁滯回線。
通過(guò)分析可知，本實(shí)施例的單一物相的鋇鐵氧體形貌近于球形，平均粒徑為50 90nm,顆粒粒徑均勻。本發(fā)明在共沉淀過(guò)程中引入超聲輔助，制得近球形形貌、顆粒粒徑均勻的鋇鐵氧體超細(xì)粉體，所獲得產(chǎn)物粉體，可應(yīng)用于作為高效微波吸收介質(zhì)使用，同時(shí)，此種方法對(duì)于合成高質(zhì)量復(fù)雜氧化物納米粉體也有良好的借鑒作用，上述實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行的詳細(xì)描述，并不用于限制本發(fā)明的構(gòu)思和保護(hù)范圍，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種超聲輔助共沉淀法合成近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體的方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:以可溶性鋇、鐵鹽為原料，將鋇離子和鐵離子按照1:10 12的摩爾比配制鋇、鐵金屬鹽溶液，溶液中鋇離子的濃度在0.01 0.05mol/L,鐵離子濃度0.10 0.60mol/L ； 步驟二:選擇沉淀劑，按照金屬離子總物質(zhì)量過(guò)量0% 100%配制沉淀劑溶液，并在超聲輔助的條件下，滴加沉淀劑溶液，同時(shí)，水浴磁力攪拌，保持反應(yīng)體系處在室溫，待滴加完畢，繼續(xù)攪拌I 5小時(shí)，使其充分反應(yīng)，保證鋇、鐵金屬離子完全沉淀； 步驟三:所得沉淀產(chǎn)物，經(jīng)離心分離，離心轉(zhuǎn)速為2500 10000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時(shí)間為5 20分鐘，將所得沉淀產(chǎn)物水洗與離心分離，清洗2 3次，所得產(chǎn)物在60°C 80°C進(jìn)行真空干燥至恒重，干燥時(shí)間12 24小時(shí)，得到前驅(qū)體； 步驟四:將所得前驅(qū)體研磨后置于坩堝中，放入馬弗爐中進(jìn)行熱處理，熱處理溫度700 1000°C，合成時(shí)間I 8小時(shí)，得到產(chǎn)物近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲輔助共沉淀法合成近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體的方法，其特征在于:所述步驟一中的可溶性鋇、鐵鹽為氯化鋇、氯化鐵，硝酸鋇、硝酸鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲輔助共沉淀法合成近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體的方法，其特征在于:所述步驟二中采用超聲輔助共沉淀反應(yīng)的方法，超聲輸出功率為9.5W 104.5W之間，超聲變幅桿直徑6mm、10mm，超聲方式采用間歇式，超聲時(shí)間I 5秒，間隔時(shí)間2 10秒，超聲過(guò)程中輔以水浴攪拌，保持超聲過(guò)程中體系溫度恒定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲輔助共沉淀法合成近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體的方法，其特征在于:所述步驟中二中在超聲的同時(shí)加入沉淀劑，沉淀劑為氫氧化鈉、氨水、碳酸銨和碳酸鈉中的一種或幾種的組合，其溶液中所含沉淀劑物質(zhì)的量根據(jù)沉淀離子理論消耗量 附加過(guò)量值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用超聲輔助共沉淀法合成近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體的制備方法，以可溶性鋇鹽與鐵鹽為原料，按照鋇鐵摩爾比配制混合鹽溶液，再選擇適當(dāng)?shù)某恋韯?，在外加超聲作用下，滴加入沉淀劑，使其充分反?yīng)，最后通過(guò)離心、干燥，獲得前驅(qū)體，將前驅(qū)體研磨后置于坩堝中，放入馬弗爐中在一定溫度下進(jìn)行熱處理，即可獲得近球形鋇鐵氧體超細(xì)粉體。本發(fā)明的制備方法提高了前驅(qū)體中鋇鐵離子的混合均勻性，降低了合成溫度，控制了所合成顆粒形貌趨于等性的近球形形態(tài)，顆粒尺寸分布相對(duì)集中，所得的鋇鐵氧體顆?？勺鳛楦哔|(zhì)量的微波吸收介質(zhì)。
文檔編號(hào)C04B35/26GK103193472SQ20131013762
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者劉俊亮, 張明, 劉萍, 陳秀雷, 楊建明, 譚剛 申請(qǐng)人:南通寶聚顏料有限公司, 揚(yáng)州大學(xué)