鎳鐵氧體的開發(fā)與用鋼鐵工業(yè)副產(chǎn)物細(xì)鐵氧化物制備鎳鐵氧體的方法
【專利摘要】用于制備通式為MFe2O4的軟立方晶系鐵氧體的方法，其包括以下步驟：使鐵礦加工的含鐵副產(chǎn)物和通式為MxOy的金屬氧化物接觸以形成混合物，其中M與鐵的化學(xué)計(jì)量比是大于0至約2，其中M是鎳、鎂、或鋅或其組合；在靜態(tài)空氣氣氛中，在約1000℃至約1500℃的溫度范圍下煅燒混合物，以形成通式為MFe2O4的軟立方晶系鐵氧體，其中該混合物在煅燒之前不經(jīng)受氧化步驟或壓實(shí)步驟。
【專利說(shuō)明】鎳鐵氧體的開發(fā)與用鋼鐵工業(yè)副產(chǎn)物細(xì)鐵氧化物制備鎳鐵氧 體的方法
[0001 ] 背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開涉及鎳鐵氧體材料和其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 鐵磁氧化物、或如它們通常被稱作的鐵氧體，由于它們大的電阻率而可以被用作 高頻磁性材料。經(jīng)過(guò)過(guò)去二十年的過(guò)程，鐵氧體已經(jīng)可以用作實(shí)用的磁性材料。這種鐵氧體 常被用于通信與電子工程的應(yīng)用，它們可以包括多種多樣的組合物和特性。鐵氧體是陶瓷 材料，外觀上通常為深灰色或黑色，且非常硬或脆。鐵氧體磁芯可以用于其中高電阻導(dǎo)致低 渦流損耗的電子電感器、變壓器和電磁體。早期的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在被組裝成磁 芯存儲(chǔ)器陣列的鐵氧體磁芯的殘余磁場(chǎng)中。鐵氧體粉末可以用于磁性記錄帶的涂層。鐵氧 體顆粒可被用作隱形飛機(jī)中雷達(dá)吸收材料的組分，以及在襯砌用于電磁兼容性測(cè)量的房間 的昂貴吸收瓷磚中使用。另外，普通的無(wú)線電磁體、包括在揚(yáng)聲器中使用的那些，可以是鐵 氧體磁體。由于它們的價(jià)格和相對(duì)高的產(chǎn)量，鐵氧體材料也可以用于電磁儀器傳感器。
[0004] 主要存在兩種鐵氧體:軟(立方晶系鐵氧體)和硬(六方晶系鐵氧體)磁應(yīng)用。軟鐵 氧體以化學(xué)式M0Fe20 3為特征，Μ為過(guò)渡金屬元素，例如鐵、鎳、錳或鋅。硬鐵氧體是基于結(jié)晶 相BaFei2〇i9、SrF ei2〇i9和PbFei2〇i9的永磁材料。這些硬鐵氧體材料的式通常可以寫為 MFei2〇i9,其中Μ可以是Ba、Sr或Pb。由于軟鐵氧體出色的磁特性、特別是在射頻區(qū)域的磁特 性、物理柔韌性、高的電阻率、機(jī)械硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，軟鐵氧體屬于重要的一類磁性材料。
[0005] 軟鐵磁氧化物（鐵氧體）可以用作高頻磁性材料。這些化合物的通式是M0Fe203或 MFe2〇4,其中Μ可以是二價(jià)金屬離子，如？62+、附2+、&1 2+、1%2+、1112+、2112+或其混合物。軟鐵氧體 可以用于多種電子應(yīng)用，包括電視偏轉(zhuǎn)線圈和回轉(zhuǎn)變壓器，視頻播放器和錄像機(jī)中的旋轉(zhuǎn) 變壓器，開關(guān)式電源，EMI -RFI (電磁干擾和射頻干擾)吸收材料，以及家電產(chǎn)品與工業(yè)設(shè)備 中的多種變壓器、濾波器和電感器。軟鐵氧體磁芯可以表現(xiàn)出集中并增強(qiáng)磁場(chǎng)的高磁導(dǎo)率 和高電阻率，從而限制在鐵氧體中流動(dòng)的電流的量。很多電信零件、功率轉(zhuǎn)換和干擾抑制裝 置使用軟鐵氧體。常用的組合包括錳和鋅(ΜηΖη)或鎳和鋅(NiZn)。這些化合物在被稱為居 里溫度(Tc)的特定溫度下表現(xiàn)出良好的磁特性。它們可以輕易地被磁化，且具有相當(dāng)高的 本征電阻率。
[0006] 相應(yīng)地，存在對(duì)于新型的、經(jīng)濟(jì)的、環(huán)境友好的和有效的鐵氧體材料以及用于制備 這種鐵氧體材料的方法的持續(xù)需求。因此，存在處理與鐵氧體材料相關(guān)的這些和其他缺點(diǎn) 的需求。本公開的組合物和方法滿足這些需求和其他需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的目的，如本文所具體描述和概括描述的，本公開一方面涉及鎳鐵氧 體材料和其制備法。
[0008] 在一個(gè)方面，本公開提供用于制備通式為MFe204的軟立方晶系鐵氧體的方法，其包 括:使鐵礦加工的含鐵副產(chǎn)物與通式為M x0y的金屬氧化物接觸以形成混合物，其中Μ與鐵的 化學(xué)計(jì)量比為大于0至約2,其中Μ是鎳、鎂、或鋅、或其組合;在靜態(tài)空氣氣氛中在約1000°C 至約1500 °C的溫度下煅燒混合物，以形成通式為MFe2〇4的軟立方晶系鐵氧體，其中混合物在 煅燒之前不經(jīng)歷氧化步驟或壓實(shí)步驟。
[0009] 在另一個(gè)方面，本公開提供用于制備鎳鐵氧體的方法，其包括:使鐵礦加工的含鐵 副產(chǎn)物與鎳氧化物接觸;在靜態(tài)空氣氣氛中在約l〇〇〇°C至約1500°C的溫度下煅燒混合物， 形成軟立方晶系鐵氧體，其中混合物在煅燒之前不經(jīng)歷氧化步驟或壓實(shí)步驟。
[0010] 在另一個(gè)方面，本公開提供用于制備軟立方晶系鐵氧體的方法，其中鐵礦加工的 含鐵副產(chǎn)物包括鐵氧化物粉塵。
[0011]在又一個(gè)方面，本公開提供由本文描述的方法制備的鎳鐵氧體。
[0012] 在又一個(gè)方面，本公開提供包含本文描述的鎳鐵氧體的制品和/或裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 包含在本說(shuō)明書中并構(gòu)成本說(shuō)明書一部分的附圖，舉例說(shuō)明了多個(gè)方面并與描述 一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0014] 圖1舉例說(shuō)明細(xì)鐵氧化物材料的X射線衍射(XRD)譜圖。
[0015] 圖2舉例說(shuō)明細(xì)鐵氧化物材料的XRD譜圖。
[0016] 圖3舉例說(shuō)明通過(guò)傳統(tǒng)的固態(tài)反應(yīng)方法合成NiFe2〇4材料的示例性流程圖。
[0017] 圖4舉例說(shuō)明以Ni :Fe摩爾比為1:2制備的NiFe2〇4粉末的XRD譜圖。
[0018] 圖5舉例說(shuō)明以Ni :Fe摩爾比為1.1:2制備的NiFe2〇4粉末的XRD譜圖。
[0019]圖6舉例說(shuō)明在不同退火溫度下以Ni : Fe = 1:2制備的結(jié)晶NiFe2〇4粉末的掃描電子 顯微圖（SEM)。
[0020] 圖7舉例說(shuō)明在不同退火溫度下以附$6 = 1.1:2制備的結(jié)晶附？62〇4粉末的掃描電 子顯微圖。
[0021] 圖8舉例說(shuō)明Ni : Fe比為1.1:2且退火溫度為1300 °C的鎳鐵氧體材料中元素組分的 微觀結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖9舉例說(shuō)明Ni:Fe摩爾比為1.1:2且退火溫度為1200°C的鎳鐵氧體粉末的能量色 散X射線(EDX)點(diǎn)分析。
[0023] 圖10舉例說(shuō)明退火溫度對(duì)以Ni :Fe摩爾比為1: 2制備的NiFe2〇4粉末的M-Η磁滯回線 的影響。
[0024] 圖11舉例說(shuō)明退火溫度對(duì)以Ni : Fe摩爾比為1.1:2制備的NiFe2〇4粉末的M-Η磁滯回 線的影響。
[0025] 本發(fā)明的其他方面的會(huì)部分地在以下描述中陳述，部分地根據(jù)描述會(huì)是明顯的， 或可以通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施而得知。通過(guò)在所附權(quán)利要求中具體地指出的元素和組合會(huì)實(shí)現(xiàn) 并獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解，前文的概括性描述和下文的詳細(xì)描述都僅僅是示例性和解 釋性的，而不是對(duì)所要求保護(hù)的本發(fā)明的限定。
[0026] 發(fā)明詳述
[0027]通過(guò)參考以下本發(fā)明的詳細(xì)描述和包括于其中的實(shí)施例可以更容易地理解本發(fā) 明。
[0028]在公開與描述本發(fā)明的化合物、組合物、制品、體系、裝置和/或方法之前，應(yīng)理解， 它們不受限于特定的合成方法，除非另有規(guī)定，或受限于具體的試劑，除非另有規(guī)定，因此 它們當(dāng)然可以變化。也應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)是僅出于描述具體方面的目的，而并非旨在 限定。盡管在本發(fā)明的實(shí)施或測(cè)試中可以使用與本文所描述的那些相似或等同的任何方法 和材料，但是現(xiàn)在描述不例性的方法和材料。
[0029] 本文提到的所有出版物均通過(guò)引用并入本文以公開和描述與所引用的出版物有 關(guān)的方法和/或材料。
[0030] 定義
[0031]除非另外定義，本文所使用的所有技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)都具有與本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。雖然在本發(fā)明的實(shí)施或測(cè)試中可以使用與 本文所描述的那些相似或等同的任何方法和材料，但是現(xiàn)在描述示例性的方法和材料。
[0032] 如在說(shuō)明書和所附的權(quán)利要求書中所使用的，指示物前不使用數(shù)量詞的情況包括 多個(gè)指示物，除非文中另有明確規(guī)定。因此，例如提到"酮"，包括了兩種或更多種酮的混合 物。
[0033] 本文中范圍可以表示為從"約" 一個(gè)具體值和/或到"約"另一具體值。當(dāng)表示這樣 的范圍時(shí)，另一方面包括從一個(gè)具體值和/或到另一個(gè)具體值。相似地，當(dāng)通過(guò)使用先行詞 "約"將值表示為近似值時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解為該具體值形成另一方面。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解，范圍的每 個(gè)端點(diǎn)在與另一個(gè)端點(diǎn)相關(guān)和獨(dú)立于另一個(gè)端點(diǎn)時(shí)都是重要的。還應(yīng)理解，本文有公開有 許多值，每一個(gè)值除該值本身以外也在本文公開了"約"該具體值。例如，如果公開了值 "10"，那么也公開了"約10"。還應(yīng)理解，還公開兩個(gè)具體單元之間的每一個(gè)單元。例如，如果 公開了 10和15,那么也公開了 11、12、13、14。
[0034]如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)"任選的"或"任選地"指隨后描述的事件或情況可以發(fā)生或 可以不發(fā)生，和該描述包括所述事件或情況發(fā)生的情況以及其不發(fā)生的情況。例如，表述 "任選地經(jīng)取代的烷基"指烷基可以是經(jīng)取代的或可以是未經(jīng)取代的，和該描述包括經(jīng)取代 的烷基和未經(jīng)取代的烷基兩者。
[0035]公開了用于制備本發(fā)明的組合物的組分以及用在本文所公開的方法中的組合物 本身。本文公開了這些和其他的材料，應(yīng)理解的是，當(dāng)公開這些材料的組合、亞組、相互作 用、群組等時(shí)，盡管未能明確地公開這些化合物的每個(gè)的不同個(gè)體和集體組合與排列的具 體提及，但本文具體地預(yù)期和描述了每一個(gè)。例如，如果公開并討論了具體化合物，并且討 論了可對(duì)包括化合物的一些分子進(jìn)行一些修飾，除非特別地指明相反的情況，否則具體預(yù) 期化合物和可能的修飾的每一種和全部組合和排列。因此，如果公開了一類分子A、B和C和 一類分子D、E和F，并且公開了組合分子的實(shí)例A-D，那么即使未單獨(dú)地例舉每一個(gè)，仍單獨(dú) 地且共同地預(yù)期每一個(gè)的有意義組合，認(rèn)為公開了組合 C-F。同樣地，也公開了這些的任意亞組或組合。因此，例如，會(huì)認(rèn)為公開了 A-E、B-F和C-E的 亞組。這個(gè)概念適用于本申請(qǐng)的所有方面，包括但不限于制備與使用本發(fā)明的組合物的方 法中的步驟。因此，如果存在可實(shí)施的各種另外的步驟，則應(yīng)理解，可以用本發(fā)明的方法的 任意具體實(shí)施方案或?qū)嵤┓桨傅慕M合來(lái)實(shí)施這些另外的步驟中的每一個(gè)。
[0036] 說(shuō)明書和最后的權(quán)利要求書中提及的組合物或制品中具體元素或組分的重量份 指示重量份所表示的組合物或制品中元素或組分與任意其他的元素或組分之間的重量關(guān) 系。因此，在包含2重量份的組分X和5重量份數(shù)的組分Y的化合物中，X和Y以2:5的重量比存 在，且無(wú)論化合物中是否包含另外的組分都以這種比例存在。
[0037] 除非明確地說(shuō)明相反的情況，否則組分的重量百分比是基于包含該組分的制劑或 組合物的總重量的。
[0038] 本文公開的每種材料是可以商購(gòu)的和/或其制備的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知 的。
[0039] 應(yīng)理解，本文公開的組合物具有一些功能。本文公開了用于實(shí)施所公開的功能的 一些結(jié)構(gòu)要求，應(yīng)理解，存在可以實(shí)施與所公開的結(jié)構(gòu)相關(guān)的相同功能的多種結(jié)構(gòu)，這些結(jié) 構(gòu)通常會(huì)實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果。
[0040] 如以上簡(jiǎn)要描述的，本公開提供得到改進(jìn)的軟鐵氧體材料和其制備方法。在一個(gè) 方面，本文描述的方法可以利用來(lái)自傳統(tǒng)鋼鐵工業(yè)過(guò)程的副產(chǎn)物作為軟鐵氧體材料制備的 原料。在各個(gè)方面，這種副產(chǎn)物可以含有高鐵含量、低雜質(zhì)和/或穩(wěn)定的化學(xué)組成。在另一方 面中，可以使這種副產(chǎn)物可以與一種或更多種其他的金屬氧化物材料相接觸和/或混合，然 后在不同溫度下進(jìn)行加熱處理。在一個(gè)方面，通過(guò)引入來(lái)自鐵礦加工或鋼鐵工業(yè)過(guò)程的副 產(chǎn)物，本文描述的方法至少相對(duì)于傳統(tǒng)的鐵氧體制備方法可以是環(huán)境友好的。
[0041 ]在一個(gè)方面，軟鐵氧體可以包括軟鐵氧體，例如，鎳鐵氧體、鎂鐵氧體、鋅鐵氧體或 其組合。在另一方面，在制備軟鐵氧體中使用的原料一種或多種可以包含鐵礦加工的副產(chǎn) 物，例如細(xì)鐵氧化物粉塵。在另一方面，含鐵副產(chǎn)物可以包括例如來(lái)自鐵礦加工的氧化物球 團(tuán)細(xì)粉。
[0042] 用于制備軟鐵氧體材料的原料可以包含鐵氧化物例如細(xì)鐵氧化物粉塵，和金屬氧 化物例如氧化鋅、氧化鎂和/或鎳氧化物。在又一方面中，金屬氧化物可以最初以不同于氧 化物的形式提供，使得可以在期望的鐵氧體材料形成之前或期間將含金屬的化合物轉(zhuǎn)化成 氧化物。
[0043] 在一個(gè)方面，含鐵副產(chǎn)物可以包含任意適合的含鐵材料。在另一方面，副產(chǎn)物可以 表現(xiàn)出至少約50重量％、至少約60重量％、或更大的鐵含量。在其他方面，副產(chǎn)物不含有可 能不利地影響鐵氧體制備或所得到的鐵氧體材料的明顯濃度的雜質(zhì)。在一個(gè)方面，含鐵副 產(chǎn)物可以包括鐵氧化物粉塵、鐵鱗、集塵灰(bag house dust)或其組合。以下表1中詳細(xì)說(shuō) 明這種副產(chǎn)物的示例性化學(xué)組成。在其他方面，含鐵副產(chǎn)物可以包含例如在鋼鐵工業(yè)中常 見的和未在表1中明確例舉的其他組分。在一個(gè)方面，含鐵副產(chǎn)物可以包含總鐵濃度為約68 重量％的鐵氧化物粉塵。在另一方面，含鐵副產(chǎn)物包含F(xiàn) e(II)、Fe(III)、Fe(II/III)或其組 合。
[0044] 表1-含鐵副產(chǎn)物的示例性化學(xué)組成
[0045]
[0046] 在另一方面，細(xì)鐵氧化物可以包含如下表2中詳述的組成。
[0047] 表2-通過(guò)X射線熒光確定的鐵氧化物組成
[0048]
[0049] 在其他方面，含鐵副產(chǎn)物的粒度可以根據(jù)副產(chǎn)物的來(lái)源而有所不同。在各個(gè)方面， 含鐵副產(chǎn)物的粒度可以是約1 〇mm或更小、約8mm或更小、6mm或更小、約5mm或更小、約4mm或 更小、或約2 mm或更小。以下表3中詳細(xì)說(shuō)明示例性的粒度。應(yīng)當(dāng)注意，粒度是典型的分布特 性，具有平均粒度的樣品一般可以包含一系列的單個(gè)粒度。圖1和2舉例說(shuō)明示例性的X-射 線衍射(XRD)譜圖。
[0050] 表3-含鐵副產(chǎn)物的示例性顆粒分布
[0051]
[0052] 金屬氧化物可以包含適合用于制備軟鐵氧體的任意金屬氧化物。在一個(gè)方面，金 屬氧化物可以包含鎳氧化物。在另一方面中，金屬氧化物可以包含氧化鎂。在又一方面，金 屬氧化物可以包含氧化鋅。在另一方面，金屬氧化物可以包含兩種或更多種單獨(dú)的金屬氧 化物或其混合物。金屬氧化物的純度可以不同，條件是這種金屬氧化物適合用于制備本文 描述的軟鐵氧體。在一個(gè)方面，金屬氧化物是純的或基本上純的。在另一方面，金屬氧化物 可以是分析級(jí)的。在一個(gè)方面，金屬氧化物的純度為至少約80 %、至少約85 %、至少約90 %、 至少約95 %或更高。在另一方面，金屬氧化物的純度為至少約96 %、至少約97 %、至少約 98 %、至少約99 %、至少約99.5 %或更高。
[0053] 金屬氧化物或金屬氧化物的混合物的尺寸與組成可以例如根據(jù)得到的軟鐵氧體 的期望的特性而有所不同。金屬氧化物是可商購(gòu)的，屬于本公開領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易 地選擇合適的金屬氧化物以用于本文描述的方法。
[0054] 來(lái)自金屬氧化物的金屬例如鎳、鎂和/或鋅與鐵的摩爾比可以不同。在各個(gè)方面， 金屬（即，來(lái)自金屬氧化物的金屬)與鐵的摩爾比可以是約0.75: 2至約1.5:2,例如，0.75:2、 0·8:2、0·85:2、0·9:2、0·95:2、1:2、1·05:2，1·1:2、1·15:2、1·2:2、1·25:2、1·3:2、1·35:2、 1.4:2、1.45:2或1.5:2。在另一方面，金屬與鐵的摩爾比可以是約1:2或約1.1:2.
[0055] 在一個(gè)方面，可以使金屬氧化物和含鐵副產(chǎn)物相接觸。在另一方面，可以將金屬氧 化物和含鐵副產(chǎn)物混合以得到均一的或基本均一的混合物。
[0056] 在另一方面，在接觸之前，可以任選地碾磨和/或研磨含鐵副產(chǎn)物和/或金屬氧化 物。在一個(gè)方面，在與化學(xué)計(jì)量的分析級(jí)鎳氧化物混合之前，可以精細(xì)地研磨含鐵副產(chǎn)物。 在另一方面，在與分析級(jí)的鎳氧化物以1:2或1.1:2的摩爾比(Ni :Fe)混合之前，可以精細(xì)地 研磨含鐵副產(chǎn)物。
[0057] 接觸之后，可以在例如球磨機(jī)中將金屬氧化物和含鐵副產(chǎn)物混合約一段時(shí)間，例 如約2小時(shí)。然后可以將混合物例如在約100°C下干燥一段時(shí)間，例如從約3小時(shí)到約48小 時(shí)，例如，約3、4、5、8、10、12、14、16、18、20、24、28、32、36、40、44、或48小時(shí)、或過(guò)夜。
[0058] 然后可以煅燒金屬氧化物和含鐵副產(chǎn)物例如鐵氧化物粉塵的的混合物，以形成鐵 氧體材料。在一個(gè)方面，可以在靜態(tài)空氣氣氛中以約HTC/分鐘的速率將金屬氧化物和含鐵 副產(chǎn)物的混合物加熱直到所期望的退火溫度。在各個(gè)方面，退火溫度可以是約l〇〇〇°C至約 1500 °C，例如，約 1000 °C、約 1100 °C、約 1200 °C、約 1300 °C、約 1400 °C、或約 1500 °C。達(dá)到所期 望的退火溫度后，可以將混合物在退火溫度保持一段時(shí)間，例如，約2小時(shí)。
[0059] 在一個(gè)方面，金屬氧化物和含鐵副產(chǎn)物的混合物在煅燒之前不經(jīng)受氧化步驟或壓 實(shí)步驟的一個(gè)或更多個(gè)。在另一方面，在煅燒之前，金屬氧化物和含鐵副產(chǎn)物的混合物不經(jīng) 受氧化步驟或壓實(shí)步驟。
[0060] 根據(jù)退火時(shí)間和溫度，得到的鐵氧體材料可以表現(xiàn)出雜質(zhì)，例如a-Fe20 3。在一個(gè)方 面，當(dāng)采用的退火溫度為1100°C或更低時(shí)，可以存在這種雜質(zhì)。圖4舉例說(shuō)明在不同退火溫 度下以摩爾比(Ni :Fe)為1:2制備所得到的NiFe2〇4粉末的示例性XRD譜圖。相似地，圖5舉例 說(shuō)明在不同退火溫度下以摩爾率(Ni :Fe)為1.1:2制備所得到的NiFe2〇4粉末的示例性XRD譜 圖。
[0061 ] 得到的鐵氧體材料的微觀結(jié)構(gòu)在圖6 (Ni : Fe = 1: 2)和圖7 (Ni : Fe = 1.1:2)中舉例 說(shuō)明。在1100°c下退火的鐵氧體材料可以表現(xiàn)出大顆粒與小顆粒混合的不規(guī)則的微觀結(jié) 構(gòu)。在1200 °C或更高溫度下退火的鐵氧體材料可以表現(xiàn)出具有晶體微觀結(jié)構(gòu)的均一結(jié)構(gòu)。 在另一方面，晶粒尺寸可以在升高的退火溫度下增大。在一個(gè)方面，該鐵氧體可以表現(xiàn)出單 相，例如，NiFe2〇4。在另一方面，該鐵氧體可以表現(xiàn)出均勾的微觀結(jié)構(gòu)。在又一方面，該鐵氧 體可以表現(xiàn)出均一或相對(duì)均一的尺寸分布。在另一方面，鐵氧體不包含a-Fe 203相。
[0062]另外，可以通過(guò)例如能量色散X射線分析(EDX)確定鐵氧體材料中元素（即，F(xiàn)e、Ni、 〇)的分布。在一個(gè)方面，鐵氧體材料中Fe、Ni和0的分布可以是均一的或基本均一的，使得得 到的鐵氧體材料表現(xiàn)出均勻的微觀結(jié)構(gòu)。圖8和9舉例說(shuō)明以摩爾比(Ni:Fe)為1.1:2、退火 溫度為1300°C制備的鎳鐵氧體的微觀結(jié)構(gòu)圖和點(diǎn)分析數(shù)據(jù)。
[0063]可以在室溫下在例如5K0e的施加場(chǎng)下磁化所得到的鐵氧體材料，其中可以獲得磁 滯回線。在圖10和圖11中分別舉例說(shuō)明在不同退火溫度下摩爾比(Ni:Fe)為1:2和1.1:2的 鎳鐵氧體的根據(jù)施加場(chǎng)(H)的磁化強(qiáng)度(M)的示例性曲線。在一個(gè)方面，得到的軟鐵氧體可 以表現(xiàn)出至少約10 emu/g、至少約15emu/g、至少約20 emu/g、至少約2 5emu/g、或至少約 30emu/g的磁化強(qiáng)度。在另一方面，對(duì)于在1300Γ退火的單相的鎳鐵氧體可以表現(xiàn)出 32.6emu/g的磁化強(qiáng)度。
[0064]在其他方面，本發(fā)明的鐵氧體例如NiFe2〇4鐵氧體或包含本發(fā)明的鐵氧體的組合物 可以用于電力電子設(shè)備、鐵氧體天線、磁性記錄頭、磁性增強(qiáng)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)核芯、濾波電感 器、寬帶變壓器、電力/電流變壓器、磁性調(diào)節(jié)器、驅(qū)動(dòng)變壓器、濾波器、電纜EMI、或其組合中 的一種或更多種。在一個(gè)方面，NiFe 2〇4鐵氧體可以包含用于上述裝置和/或應(yīng)用中一種或多 種的磁芯材料。在另一方面，制品可以包含本發(fā)明的鐵氧體。
[0065] 本公開的方法和組合物可以在如下所述的若干示例性且非限制性的方面中描述。
[0066] 方面1: 一種用于制備通式為MFe2〇4的軟立方晶系鐵氧體的方法，其包括：
[0067] a)使鐵礦加工的含鐵副產(chǎn)物和通式為Mx0y的金屬氧化物接觸以形成混合物，其中Μ 與鐵的化學(xué)計(jì)量比是大于〇至約2,其中Μ是鎳、鎂、或鋅、或其組合；
[0068] b)在靜態(tài)空氣氣氛中在約1000 °C至約1500 °C的溫度范圍下煅燒該混合物，
[0069]以形成通式為MFe204的軟立方晶系鐵氧體，其中該混合物在煅燒之前不經(jīng)受氧化 步驟或壓實(shí)步驟。
[0070] 方面2:方面1的方法，其中，Μ是鎳。
[0071] 方面3:方面1的方法，其中，鐵礦加工的含鐵副產(chǎn)物包括鐵氧化物粉塵。
[0072] 方面4:方面3的方法，其中，鐵氧化物粉塵包括Fe(II)氧化物、Fe(III)氧化物、或 Fe(II/III)氧化物、或其任意組合。
[0073]方面5:方面3的方法，其中，鐵氧化物粉塵包含至少68重量％的鐵。
[0074] 方面6:方面1的方法，其中，在與金屬氧化物接觸前研磨鐵氧化物。
[0075] 方面7:方面1的方法，其中，接觸進(jìn)行至少2小時(shí)。
[0076] 方面8:方面1的方法，其還包括在煅燒之前干燥混合物的步驟。
[0077]方面9:方面8的方法，其中，干燥在至少100°C的溫度下進(jìn)行約3小時(shí)至約48小時(shí)。 [0078] 方面10:方面1的方法，其中，煅燒溫度為至少約1200°C。
[0079] 方面11:方面1的方法，其中，煅燒溫度為至少約1300°C。
[0080] 方面12:方面1的方法，其中，煅燒包括以約10°C/分鐘的速率加熱。
[0081 ] 方面13:方面1至12中任一項(xiàng)的方法制備的NiFe2〇4鐵氧體。
[0082] 方面14:方面13的NiFe2〇4鐵氧體，其包含表現(xiàn)出均勻的微觀結(jié)構(gòu)和均一的尺寸分 布的單NiFe2〇4相。
[0083] 方面15:方面13的NiFe2〇4鐵氧體，其不包含a-Fe203相的雜質(zhì)。
[0084] 方面16:方面15的NiFe2〇4鐵氧體，其中，NiFe2〇4鐵氧體表現(xiàn)出至少20emu/g的最大 飽和磁化強(qiáng)度。
[0085] 方面17:方面15的NiFe2〇4鐵氧體，其中，NiFe2〇4鐵氧體表現(xiàn)出至少25emu/g的最大 飽和磁化強(qiáng)度。
[0086] 方面18:方面15的NiFe2〇4鐵氧體，其中，NiFe2〇4鐵氧體表現(xiàn)出至少30emu/g的最大 飽和磁化強(qiáng)度。
[0087] 方面19:方面15的NiFe2〇4鐵氧體，其中，NiFe2〇4鐵氧體表現(xiàn)出至少32emu/g的最大 飽和磁化強(qiáng)度。
[0088] 方面20:包含方面13至19中任一項(xiàng)的NiFe2〇4鐵氧體的組合物。
[0089]方面21:包含方面13至19中任一項(xiàng)的鐵氧體的制品。
[0090]方面22:方面20的組合物，其包含用于電力電子設(shè)備、鐵氧體天線、磁性記錄頭、磁 性增強(qiáng)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)核芯、濾波電感器、寬帶變壓器、電力/電流變壓器、磁性調(diào)節(jié)器、驅(qū)動(dòng)變 壓器、濾波器、或電纜EMI的磁芯材料。 實(shí)施例
[0091]提出以下實(shí)施例以便為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員提供本文要求保護(hù)的化合物、組合 物、制品、裝置和/或方法是如何制備與評(píng)價(jià)的完整公開與描述，并且旨在僅僅是本發(fā)明的 示例，而不旨在限制發(fā)明人所認(rèn)為的其發(fā)明的范圍。盡管努力確保數(shù)(例，如量、溫度等）的 準(zhǔn)確性，但是應(yīng)當(dāng)將一些錯(cuò)誤和偏差考慮在內(nèi)。除非另外指出，否則份是重量份，溫度是以 °C計(jì)或在環(huán)境溫度下，壓力是處于或接近于大氣壓。
[0092] 1.實(shí)施例1
[0093]在第一個(gè)實(shí)施例中，將具有約68%總鐵的細(xì)鐵氧化物樣品精細(xì)地研磨，并與化學(xué) 計(jì)量的分析級(jí)鎳氧化物充分地混合。以不同的Ni :Fe摩爾比1: 2和1.1:2制備兩個(gè)系列的細(xì) 鐵氧化物和鎳氧化物。將預(yù)先計(jì)算的化學(xué)計(jì)量比的細(xì)鐵氧化物和NiO在球磨機(jī)中混合2小 時(shí)，然后在100 °C下干燥過(guò)夜。為了形成Ni鐵氧體相，將經(jīng)干燥的前體在靜態(tài)空氣氣氛中以 10°C/分鐘的速率煅燒直至所需的退火溫度，并在馬弗爐中在退火時(shí)間內(nèi)保持在該溫度下。 當(dāng)退火時(shí)間為恒定的且保持2小時(shí)時(shí)，研究退火溫度（1000 °C、1100 °C、1200 °C和1300 °C )對(duì) Ni鐵氧體形成的影響（圖3)。
[0094]在2Θ范圍為10°至80°下，通過(guò)X射線衍射(XRD)識(shí)別不同樣品中存在的結(jié)晶相。通 過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM，JSM-5400)觀察鐵氧體顆粒的形態(tài)。在室溫下，使用振動(dòng)樣品磁強(qiáng) 計(jì)(VSM; 9600-1LD J，USA)以5k0e的最大施加場(chǎng)測(cè)量鐵氧體的磁特性。根據(jù)所得到的磁滯回 線確定飽和磁化強(qiáng)度(Ms)、剩余磁化強(qiáng)度(Mr)和矯頑力(He)。
[0095] 2.實(shí)施例2
[0096]在第二個(gè)實(shí)施例中，磁化所得到的鎳鐵氧體材料。在室溫下，在5K0e的施加場(chǎng)下對(duì) 所制備的鎳鐵氧體粉末進(jìn)行磁化，獲得鐵氧體粉末的磁滯回線。關(guān)于在Ni :Fe = l :2和1.1:2 下退火溫度的影響，圖10-11中分別示出按照Mg/Fe摩爾比和退火溫度的根據(jù)施加場(chǎng)(H)的 磁化強(qiáng)度(M)的曲線圖。通常，由于矩形偏差和低矯頑力，鎳鐵氧體是軟磁性材料，所制備的 鎳鐵氧體的磁特性強(qiáng)烈地取決于退火溫度，而不取決于Ni離子濃度。觀察到，Ni:Fe = 1:2與 Ni :Fe = l. 1:2之間沒(méi)有飽和磁化強(qiáng)度(Ms)的顯著差異。在1300°C下退火的Ni鐵氧體的這種 高飽和磁化強(qiáng)度可以歸因于NiFe 2〇8的高的相純度和良好結(jié)晶度。飽和磁化強(qiáng)度隨著升高的 退火溫度而增加歸因于NiFe 2〇8的相純度增加和良好的結(jié)晶度。這些結(jié)果與XRD觀察得到的 那些相符合。
[0097]對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)明顯的是，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以 在本發(fā)明中做出各種修改和變化?？紤]到本文公開的本發(fā)明的描述和實(shí)施，本發(fā)明的其他 實(shí)施方案對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言會(huì)是明顯的。說(shuō)明書與實(shí)施例旨在僅被當(dāng)作示例性的， 本發(fā)明的實(shí)際范圍和精神通過(guò)以下權(quán)利要求表明。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于制備通式為MFe2O4的軟立方晶系鐵氧體的方法，其包括： a) 使鐵礦加工的含鐵副產(chǎn)物和通式為MxOy的金屬氧化物接觸以形成混合物，其中M與鐵 的化學(xué)計(jì)量比是大于〇至約2,其中M是鎳、鎂、或鋅、或其組合； b) 在靜態(tài)空氣氣氛中在約1000 °C至約1500 °C的溫度范圍下煅燒所述混合物， 以形成通式為MFe2O4的軟立方晶系鐵氧體，其中，所述混合物在煅燒之前不經(jīng)受氧化步 驟或壓實(shí)步驟。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，M是鎳。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鐵礦加工的含鐵副產(chǎn)物包括鐵氧化物粉塵。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述鐵氧化物粉塵包括Fe(II)氧化物、Fe(III)氧 化物、或Fe (I I/III)氧化物、或其任意組合。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述鐵氧化物粉塵包含至少68重量％的鐵。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在與所述金屬氧化物接觸前研磨鐵氧化物。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述接觸進(jìn)行至少2小時(shí)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在煅燒之前干燥所述混合物的步驟。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，干燥在至少IOOtC的溫度下進(jìn)行約3小時(shí)至約48小 時(shí)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，煅燒溫度為至少約1200°C。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，煅燒溫度為至少約1300°C。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，煅燒包括以約KTC/分鐘的速率加熱。13. -種鐵氧體，其中，所述鐵氧體包括通過(guò)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法制備 的NiFe2O4鐵氧體。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的NiFe2O4鐵氧體，其包含表現(xiàn)出均勻的微觀結(jié)構(gòu)和均一的尺 寸分布的單NiFe 2O4相。15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的NiFe2O4鐵氧體，其中，所述鐵氧體基本上不含有Q-Fe2O 3相雜 質(zhì)。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的NiFe2〇4鐵氧體，其中，所述NiFe2〇4鐵氧體表現(xiàn)出至少20emu/ g的最大飽和磁化強(qiáng)度。17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的NiFe2O4鐵氧體，其中，所述NiFe2O 4鐵氧體表現(xiàn)出至少25emu/ g的最大飽和磁化強(qiáng)度。18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的NiFe2〇4鐵氧體，其中，所述NiFe2〇4鐵氧體表現(xiàn)出至少30emu/ g的最大飽和磁化強(qiáng)度。19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的NiFe2〇4鐵氧體，其中，所述NiFe2〇4鐵氧體表現(xiàn)出至少32emu/ g的最大飽和磁化強(qiáng)度。20. -種包含權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的NiFe2O4鐵氧體的組合物。21. -種包含權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的鐵氧體的制品。22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的組合物，其包含用于電力電子設(shè)備、鐵氧體天線、磁性記錄 頭、磁性增強(qiáng)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)核芯、濾波電感器、寬帶變壓器、電力/電流變壓器、磁性調(diào)節(jié)器、 驅(qū)動(dòng)變壓器、濾波器、或電纜EMI的磁芯材料。
【文檔編號(hào)】C01G49/00GK105916815SQ201580004495
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2015年1月13日
【發(fā)明人】法扎勒-烏爾-雷曼·阿萬(wàn), 馬哈茂德·穆罕默德·蓋辛, 希沙姆·哈納菲
【申請(qǐng)人】沙特基礎(chǔ)工業(yè)全球技術(shù)公司