羰基多晶鐵纖維合成CoZn-W鐵氧體研究

王 娟，曹曉暉，孟錦宏，徐洋洋

(沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159)

羰基多晶鐵纖維合成CoZn-W鐵氧體研究

王 娟，曹曉暉，孟錦宏，徐洋洋

(沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159)

以羰基多晶鐵纖維作為鐵源取代傳統(tǒng)的FeOOH原料，用化學(xué)沉淀-局部規(guī)整法制備了CoZn-W鐵氧體。XRD、VSM和SEM分析結(jié)果表明，CoZn-W中無雜相出現(xiàn)其顆粒呈塊狀或長塊狀，顆粒尺寸約2～12μm。其飽和磁化強(qiáng)度Ms為70.90emu·g-1，矯頑力強(qiáng)度Hc為108.62Oe。

化學(xué)沉淀-局部規(guī)整法；W型鐵氧體；羰基多晶鐵纖維

W型鐵氧體具有磁導(dǎo)率較大、頻率特性較好、相對介電常數(shù)較小、高飽和磁化強(qiáng)度和低矯頑力等特點(diǎn)，因而其在吸波領(lǐng)域的應(yīng)用日益顯著[1]。

W型鐵氧體的性能受結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、純度及顆粒尺寸和形貌的影響，因而近年來較多文獻(xiàn)關(guān)注于其制備工藝的研究[2]。目前報(bào)道的W型鐵氧體制備方法主要有溶膠凝膠法和化學(xué)共沉淀法。溶膠凝膠過程是在溶液中進(jìn)行,反應(yīng)能夠達(dá)到分子水平上的混合；若前驅(qū)體形成時(shí)再引入凝膠自蔓延反應(yīng)可避免高溫預(yù)燒,使硬團(tuán)聚幾率減少[3]。因此該法制備的W型鐵氧體顆粒較細(xì)小、均勻。但是，該法在燒結(jié)過程中易出現(xiàn)團(tuán)聚，高溫下晶化不易完全[4]；且凝膠生成過程的配合物形成機(jī)理和粉末生成過程的氧化還原反應(yīng)機(jī)理尚未清晰[5]。葉云[2]等用該法制得BaCo2-W、BaCo1.5Zn0.5-W、BaCoZn-W、BaCo0.5Zn1.5-W、BaNi2-W、BaNi1.5Zn0.5-W和BaNiZn-W型鐵氧體，但其中均含有α-Fe2O3、BaFe12O19、CoFe2O4、ZnFe2O4和/或NiFe2O4等其它雜質(zhì)?；瘜W(xué)共沉淀法制備W型鐵氧體具有成本低﹑工藝簡單、反應(yīng)物化學(xué)活性高等特點(diǎn)。但是沉淀過程不均勻易造成粒子間的團(tuán)聚，使燒結(jié)后形成較大的顆粒[6]。Muhammad Javed Iqbal[6]等用化學(xué)共沉淀法制備了BaCo2Fe16-2x(ZrMn)xO27(x=0.0～1.0),x=0.4時(shí)其飽和磁化強(qiáng)度Ms=67emu·g-1，剩余磁化強(qiáng)度Mr=34.7emu·g-1，矯頑力Hc=1861Oe。

化學(xué)沉淀-局部規(guī)整法[7]是近年來出現(xiàn)的一種鐵氧體制備方法。該方法綜合了化學(xué)沉淀法和局部規(guī)整法的優(yōu)點(diǎn)。其突出優(yōu)勢之一是利用具有特殊形貌的反應(yīng)物為模板及原料，進(jìn)而控制產(chǎn)物形貌；優(yōu)勢之二是基于局部規(guī)整反應(yīng)歷程，提高產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)規(guī)整程度和純度。該方法通常是以針狀FeOOH或棒狀Fe2O3為原料，迄今鮮見其它原料的報(bào)道。董鴻飛，譚玉琢等[7-8]采用該法以α-FeOOH為模板及原料制備了棒狀NiFe2O4、棒狀BaFe12O19和片狀BaFe12O19。葛如振[5]以α-FeOOH為原料制備了塊狀的BaCo2Fe16O27-W，但其中存在少量的CoFe2O4雜質(zhì)。

本文以羰基多晶鐵纖維為鐵源取代傳統(tǒng)的FeOOH，采用化學(xué)沉淀-局部規(guī)整法制備CoZn-W鐵氧體。嘗試經(jīng)原料變化調(diào)變形成歷程，進(jìn)而提高產(chǎn)物的純度和性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

用日本D/max-RB型X-射線衍射儀表征物相及晶體結(jié)構(gòu)(CuKα輻射，靶電壓：40KV，靶電流：100mA。掃描速度4°/min)。采用JXA-840型掃描電子顯微鏡分析粒子表面形貌(加速電壓15kV)。用JDAW-2000C型震動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測量鐵氧體磁滯回線(施加的最大磁場為20.1KOe)。

2 結(jié)果與分析

2.1 XRD分析

圖1為實(shí)驗(yàn)所做CoZn-W型鐵氧體的XRD圖。

圖1 CoZn-W型鐵氧體的XRD圖

CoZn-W的XRD(圖1)顯示明顯的BaCo2Fe16O27-W的標(biāo)準(zhǔn)XRD圖(PDF19-98)和BaZn2Fe16O27-W的標(biāo)準(zhǔn)XRD圖(PDF52-1868)，峰形尖銳、對稱，無其他物相衍射峰出現(xiàn)；由XRD數(shù)據(jù)計(jì)算晶胞參數(shù)得a=0.5902nm[9]，該值介于BaCO2Fe16O27的晶胞參數(shù)(0.5880nm)和BaZn2Fe16O27的晶胞參數(shù)(0.5907nm)之間，說明產(chǎn)物為結(jié)晶有序程度較高的純相CoZn-W鐵氧體。葛如振[5]以α-FeOOH為原料經(jīng)化學(xué)沉淀-局部規(guī)整法合成Co2-W型鐵氧體，指出其形成歷程如式(1～5)，因而前驅(qū)體1300℃焙燒4h產(chǎn)物中仍存在少量CoFe2O4雜質(zhì)。

α-FeOOH→H2O+α-Fe2O3

(1)

CoCO3+α-Fe2O3→CoFe2O4+CO2

(2)

BaCO3+α-Fe2O3→BaFe2O4+CO2

(3)

5α-Fe2O3+BaFe2O4→BaFe12O19

(4)

BaFe12O19+2CoFe2O4→BaCo2Fe16O27

(5)

以羰基多晶鐵纖維為鐵源取代α-FeOOH，前驅(qū)體焙燒過程中不再發(fā)生α-FeOOH脫-OH過程，鐵纖維可能與表面包覆的Co和Zn鹽沉淀在焙燒過程中直接生成CoFe2O4和ZnFe2O4，進(jìn)而加快了生成W型的反應(yīng)進(jìn)程，故所得前驅(qū)體1300℃僅焙燒3h即可得到純相產(chǎn)物。

2.2 SEM分析

圖2為實(shí)驗(yàn)所做的CoZn-W型鐵氧體和引用文獻(xiàn)Co2-W鐵氧體[5]的SEM圖。

圖2實(shí)驗(yàn)CoZn-W型鐵氧體和Co2-W鐵氧體[5]的SEM圖

由CoZn-W的SEM圖可知(圖2a)，焙燒產(chǎn)物呈塊狀，部分呈現(xiàn)長塊狀，顆粒尺寸約2～12μm，有少量團(tuán)聚現(xiàn)象。葛如振[5]以α-FeOOH制備的Co2-W型焙燒產(chǎn)物(圖2b)為無規(guī)則的塊狀，顆粒尺寸約1～6μm，完全失去了模板α-FeOOH的一維形貌。CoZn-W的部分顆粒呈現(xiàn)長塊狀，可能與鐵纖維較α-FeOOH呈現(xiàn)較大的長徑比有關(guān)[1,5]。

2.3 VSM分析

圖3為實(shí)驗(yàn)所做的CoZn-W型鐵氧體的磁滯回線圖。

圖3 CoZn-W型鐵氧體的磁滯回線

由BaCoZnFe16O27的磁滯回線(圖3)可知，其飽和磁化強(qiáng)度Ms為70.98emu·g-1，剩余磁化強(qiáng)度Mr為7.05 emu·g-1，矯頑力Hc為108.62Oe。

Muhammad Javed Iqbal[10]等用化學(xué)共沉淀法制備了BaCoZnFe16-2yAlyCeyO27(y=0.0～1.0)，在x=0時(shí)所得BaCoZnFe16O27中存在少量Fe2O3雜質(zhì)，其顆粒尺寸小于1μm，Ms=65.3emu·g-1，Hc=1310Oe。本文所制備的CoZn-W相對較高的純度、顆粒尺寸和結(jié)晶有序程度，使其Ms較文獻(xiàn)[10]提高5.68emu·g-1，Hc降低1201.38Oe。Yi Yang[11]等用化學(xué)共沉淀法制備的Ba(Co0.5Zn0.5)2Fe16O27的Ms為50emu·g-1，本文所制備的BaCoZnFe16O27較其提高20.98emu·g-1。

葛如振[5]以α-FeOOH為原料制備BaCo2Fe16O27其Ms為70.74emu·g-1，Hc為128Oe。徐春旭[12]等指出隨著Zn含量的增加，磁性離子間的超交換作用減弱，故而飽和磁化強(qiáng)度降低。另外復(fù)相的產(chǎn)生，磁性相的減少，也使得比飽和磁化強(qiáng)度降低。本文以鐵纖維取代α-FeOOH制備CoZn-W，雖然Co部分被Zn取代，但由于產(chǎn)物純度提高，并有顆粒尺寸及形貌的變化，進(jìn)而CoZn-W能夠保持與BaCo2Fe16O27相同的Ms，同時(shí)Hc有所降低。

3 結(jié)論

以羰基多晶鐵纖維作為鐵源取代傳統(tǒng)的FeOOH原料，用化學(xué)沉淀-局部規(guī)整法制備了純相的CoZn-W鐵氧體，其顆粒呈塊狀或長塊狀，顆粒尺寸約2～12μm。進(jìn)而，其Ms為70.98emu·g-1，Mr為7.05emu·g-1，Hc為108.62Oe。

以鐵纖維為鐵源取代FeOOH，使化學(xué)沉淀-局部規(guī)整法制備W型鐵氧體過程中不再經(jīng)歷α-FeOOH脫-OH形成中間相α-Fe2O3的過程，形成歷程的變化使產(chǎn)物的純度和磁性能較傳統(tǒng)制備過程提高，前驅(qū)體焙燒時(shí)間減少。

[1]徐洋洋.一維磁鉛石型鐵氧體的制備、形成歷程及性能研究[D].沈陽：沈陽理工大學(xué),2012.

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SynthesisofCoZn-W-typeHexagonalFerritewithCarbonylIronFiber

WANG Juan,CAO Xiaohui,MENG Jinhong,XU Yangyang

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

Using carbonyl iron fiber as raw materials to replace the traditional FeOOH,CoZn-W type ferrite precursor was prepared by precipitation-toptactic reaction method.The synthesized CoZn-Wwas pure phase without impurity,appeared block or long block morphology with particle size of 2～12μm,and thus presented the saturation magnetization (Ms) of 70.90 emu·g-1,and coercive force (Hc) of 108.62 Oe.

precipitation-toptactic reaction method;W type ferrite;carbonyl iron fiber

2013-07-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51172148)

王娟(1987—),女，碩士研究生；通訊作者：曹曉暉(1964—),男，教授，博士，研究方向:功能材料.

1003-1251(2014)01-0024-04

TB34

A

馬金發(fā))