一種高性能鐵氧體磁體的制備方法及其磁體

邱偉國(guó)+蔡家海+趙修彬+馬寶+邵陳

摘 要：該文詳細(xì)介紹了一種高性能永磁鐵氧體磁體的制備方法及其磁體。并通過(guò)X射線衍射（XRD）和永磁材料自動(dòng)測(cè)量裝置對(duì)所制備樣品的結(jié)構(gòu)和磁性能進(jìn)行觀測(cè)和研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用此方法所制備的永磁鐵氧體磁體是單一的M型六角鐵氧體相和具有很高的磁性能， 在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內(nèi)稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj）。在實(shí)際生產(chǎn)中，用此方法生產(chǎn)的永磁鐵氧體磁體，價(jià)格低廉，減少昂貴金屬Co元素的用量，提高生產(chǎn)效率，保證制得鐵氧體的高磁性能，滿足揚(yáng)聲器磁體、磁電機(jī)用磁瓦磁體、起動(dòng)電機(jī)用磁瓦磁體等不同產(chǎn)品的性能要求。

關(guān)鍵詞：鐵氧體 ?磁體 ?高性能 ?磁性材料 ?La-Co取代

中圖分類號(hào)：TM27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（c）-0032-02

目前燒結(jié)鐵氧體磁體和粘結(jié)磁體的應(yīng)用涉及到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，可以用于汽車電動(dòng)機(jī)、摩托車發(fā)電機(jī)，用于電動(dòng)車窗、ABS（防滑剎車系統(tǒng)）、刮水器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置、門鎖、心軸、磁帶錄像機(jī)（VTR）旋轉(zhuǎn)頭、收錄機(jī)、電動(dòng)工具驅(qū)動(dòng)、干燥劑風(fēng)扇、剃須刀驅(qū)動(dòng)等家用電器和電動(dòng)工具等[1-3]。

傳統(tǒng)的鐵氧體材料有如下幾類：第一類是磁鉛石型（M型）鐵氧體，M型鐵氧體用通式AO·6Fe2O3表示，作為構(gòu)成A位置的元素，選擇Ba、Ca或者Sr，或者三者中至少兩種，然后加入相應(yīng)的添加劑如Al2O3、H3BO3、SiO2、CaCO3、B2O3、Cr2O3等，對(duì)磁性能參數(shù)進(jìn)行調(diào)整;第二類是部分離子取代（置換）的鐵氧體Sr（Ba）1-xRxFe12-yCoyO19（原子比），元素R至少是一種包容性的稀土元素，元素R中一定包含La，在M型鍶鐵氧體基礎(chǔ)上用La3+置換Sr2+，使具有4配位位置（4f1）的向下自旋磁矩的Fe3+離子用Co2+離子置換，使向上自旋磁矩的Fe3+量相對(duì)增加，有利于磁特性的提高，目前已知的以La3+，Co2+等離子部分置換Sr-Fe 的配方技術(shù)，大幅度地提高了永磁鐵氧體材料的磁性能[5-9]，但因加入了較多的Co等貴重金屬元素，因而其生產(chǎn)成本較高，同時(shí)鐵氧體產(chǎn)品合格率低，由鐵氧體制成的磁體不能滿足不同的產(chǎn)品性能要求。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本文提供了一種高性能鐵氧體磁體的制備方法，保證制備鐵氧體的高磁性能，且滿足不同鐵氧體制品的磁體性能要求，降低生產(chǎn)成本。

1 制備方法

1.1 永磁鐵氧體磁體的制備

（1）制備M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預(yù)燒料。

①配料與混合：按化學(xué)結(jié)構(gòu)式M0.5R0.5 Fe11.7N0.3O19的組成要求，M1為Sr=0.15，M2為Ca=0.35，R為L(zhǎng)a，N為Co，La2O3：7.41 wt%、CaCO3：3.17 wt%、Co2O3：2.26 wt%、Fe2O3：85.15 wt%、SrCO3：2.01 wt%在水中混合，用球磨機(jī)混合，料∶球∶水=1∶5∶1.5，再按重量百分比添加0.5 wt%Al2O3、0.1wt%H3BO3、0.3wt%SiO2、0.7wt%CaCO3、0.3wt%B2O3和0.1wt%Cr2O3，為了助溶促進(jìn)固相反應(yīng)，提高性能，可以添加有Ge、Sn、In、Mg的氧化物，其占總質(zhì)量百分比為1.0wt%，然后進(jìn)行混合攪拌3 h。

②預(yù)燒：將配料與混合工序得到的原料組合物在空氣中進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為1250℃，保溫時(shí)間為3 h。

③制粉：將步驟b得到的M0.5R0.5Fe11.7 N0.3O19預(yù)燒料先粗磨再細(xì)磨為平均粒徑為4 μm的粉末。

（2）制備HFe12O19預(yù)燒料。

①配料與混合：按化學(xué)結(jié)構(gòu)式HFe12 O19的組成要求，H1為Sr=0.75，H2為Ba= 0.25，BaCO3：4.4 wt%、Fe2O3：85.73 wt%、SrCO3：9.87 wt%在水中混合，用球磨機(jī)混合，料：球：水=1：5：1.5，再按重量百分比添加0.1wt%H3BO3、0.25wt%SiO2、0.6wt%CaCO3和0.5wt%Cr2O3，然后進(jìn)行混合攪拌4 h;

②預(yù)燒：將配料與混合工序得到的原料組合物進(jìn)行預(yù)燒，在空氣中進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為1200℃，保溫時(shí)間為2 h;

③制粉：將步驟②得到的HFe12O19預(yù)燒料先粗磨再細(xì)磨為平均粒徑為4 μm的粉末。

（3）混合M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預(yù)燒料、HFe12O19預(yù)燒料與球磨。

將M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預(yù)燒料與HFe12O19預(yù)燒料按照比例1：0.1混合，然后按料粉重量百分比添加0.05%H3BO3、1.0%SiO2、0.5%BaCO3和0.1%Al2O3，添加分散劑1.0%的葡萄糖酸鈣和0.5%的山梨醇，用濕式球磨，磨至平均粒徑為0.8μm。

（4）壓制生坯：將上述步驟（3）所得混合料的含水量控制在30 %，然后在磁場(chǎng)中進(jìn)行壓制生坯，壓制的壓力為550 kg/cm3，成型磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.9T。

（5）燒結(jié)：將生坯在100℃下保溫5 h，充分除去毛坯中的水分及有機(jī)物，然后在空氣中1100℃下保溫5 h，升溫速率為25℃/h。

（6）將步驟（5）燒結(jié)磁體經(jīng)過(guò)磨加工、清洗、檢測(cè)工序得到最終的永磁鐵氧體磁體。

將M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預(yù)燒料與HFe12O19預(yù)燒料按照不同比例（1∶0.1、1∶0.25、1∶1、1∶3、1∶5.7）混合，可以得到滿足不同要求的磁性能。

1.2 永磁鐵氧體的相成分分析

采用日本Mac Science公司MXP18A HF型轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀（XRD）分析磁體的物相結(jié)構(gòu)，X射線源采用Cu-Ka靶，波長(zhǎng)0.15418 nm，管壓40 kV，掃描步長(zhǎng)0.02o，掃描速度8o/min。采用中國(guó)計(jì)量科學(xué)院MATS-2000型永磁材料自動(dòng)測(cè)量裝置測(cè)量塊材樣品的磁學(xué)性能。

2 結(jié)果與討論

圖1是M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預(yù)燒料與HFe12O19預(yù)燒料以不同比例混合所制磁粉的XRD譜，由圖可知所有的樣品為單一的M型六角鐵氧體相，并無(wú)其它雜峰。

表1所示為將M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預(yù)燒料與HFe12O19預(yù)燒料按照不同比例（1∶0.1、1∶0.25、1∶1、1∶3、1∶5.7）混合，所得到的永磁鐵氧體磁體的磁性能。表2是不同磁性能的永磁鐵氧體磁體在不同產(chǎn)品上的應(yīng)用，從表1、2中數(shù)據(jù)可知，用本方法制備的燒結(jié)永磁鐵氧體磁體，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內(nèi)稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產(chǎn)品對(duì)高磁性能的要求，見(jiàn)表2，不僅滿足料漿的性能和粒度要求，而且縮短球磨時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，在一定程度上保證料漿性能的穩(wěn)定性。

M型鐵氧體具有較大的磁晶各向異性常數(shù)K1，由于磁晶各向異性的作用，外加磁場(chǎng)成型時(shí)，單疇顆粒內(nèi)分子磁矩都沿六角單晶的易磁化軸c軸方向排列，這樣排列的一致性越好，取向度越高，燒結(jié)后材料磁性能就越好。在M型六角鐵氧體結(jié)構(gòu)中，Co2+取代了4f2亞點(diǎn)陣上的鐵離子，削弱反向離子磁矩，獲得更大的玻爾磁子數(shù)，從而提高鐵氧體的飽和磁化強(qiáng)度。

3 結(jié)論

用該方法成功制備出高性能永磁鐵氧體材料，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內(nèi)稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產(chǎn)品對(duì)高磁性能的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，用此方法生產(chǎn)的永磁鐵氧體磁體，價(jià)格低廉，減少昂貴金屬Co元素的用量，提高生產(chǎn)效率，保證制得鐵氧體的高磁性能，滿足揚(yáng)聲器磁體、磁電機(jī)用磁瓦磁體、起動(dòng)電機(jī)用磁瓦磁體等不同產(chǎn)品的性能要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹有祥.粘結(jié)磁體及其應(yīng)用[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2004（9）：24-30.

[2] 龍毅，張正義，等.新功能磁性材料及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，211.

[3] 李健三，曾德長(zhǎng)，鐘喜春，等.稀土Dy摻雜SrFe12O19永磁鐵氧體的結(jié)構(gòu)和性能[J].功能材料，2011.

2 結(jié)果與討論

圖1是M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預(yù)燒料與HFe12O19預(yù)燒料以不同比例混合所制磁粉的XRD譜，由圖可知所有的樣品為單一的M型六角鐵氧體相，并無(wú)其它雜峰。

表1所示為將M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預(yù)燒料與HFe12O19預(yù)燒料按照不同比例（1∶0.1、1∶0.25、1∶1、1∶3、1∶5.7）混合，所得到的永磁鐵氧體磁體的磁性能。表2是不同磁性能的永磁鐵氧體磁體在不同產(chǎn)品上的應(yīng)用，從表1、2中數(shù)據(jù)可知，用本方法制備的燒結(jié)永磁鐵氧體磁體，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內(nèi)稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產(chǎn)品對(duì)高磁性能的要求，見(jiàn)表2，不僅滿足料漿的性能和粒度要求，而且縮短球磨時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，在一定程度上保證料漿性能的穩(wěn)定性。

M型鐵氧體具有較大的磁晶各向異性常數(shù)K1，由于磁晶各向異性的作用，外加磁場(chǎng)成型時(shí)，單疇顆粒內(nèi)分子磁矩都沿六角單晶的易磁化軸c軸方向排列，這樣排列的一致性越好，取向度越高，燒結(jié)后材料磁性能就越好。在M型六角鐵氧體結(jié)構(gòu)中，Co2+取代了4f2亞點(diǎn)陣上的鐵離子，削弱反向離子磁矩，獲得更大的玻爾磁子數(shù)，從而提高鐵氧體的飽和磁化強(qiáng)度。

3 結(jié)論

用該方法成功制備出高性能永磁鐵氧體材料，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內(nèi)稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產(chǎn)品對(duì)高磁性能的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，用此方法生產(chǎn)的永磁鐵氧體磁體，價(jià)格低廉，減少昂貴金屬Co元素的用量，提高生產(chǎn)效率，保證制得鐵氧體的高磁性能，滿足揚(yáng)聲器磁體、磁電機(jī)用磁瓦磁體、起動(dòng)電機(jī)用磁瓦磁體等不同產(chǎn)品的性能要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹有祥.粘結(jié)磁體及其應(yīng)用[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2004（9）：24-30.

[2] 龍毅，張正義，等.新功能磁性材料及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，211.

[3] 李健三，曾德長(zhǎng)，鐘喜春，等.稀土Dy摻雜SrFe12O19永磁鐵氧體的結(jié)構(gòu)和性能[J].功能材料，2011.

2 結(jié)果與討論

圖1是M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預(yù)燒料與HFe12O19預(yù)燒料以不同比例混合所制磁粉的XRD譜，由圖可知所有的樣品為單一的M型六角鐵氧體相，并無(wú)其它雜峰。

表1所示為將M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預(yù)燒料與HFe12O19預(yù)燒料按照不同比例（1∶0.1、1∶0.25、1∶1、1∶3、1∶5.7）混合，所得到的永磁鐵氧體磁體的磁性能。表2是不同磁性能的永磁鐵氧體磁體在不同產(chǎn)品上的應(yīng)用，從表1、2中數(shù)據(jù)可知，用本方法制備的燒結(jié)永磁鐵氧體磁體，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內(nèi)稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產(chǎn)品對(duì)高磁性能的要求，見(jiàn)表2，不僅滿足料漿的性能和粒度要求，而且縮短球磨時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，在一定程度上保證料漿性能的穩(wěn)定性。

M型鐵氧體具有較大的磁晶各向異性常數(shù)K1，由于磁晶各向異性的作用，外加磁場(chǎng)成型時(shí)，單疇顆粒內(nèi)分子磁矩都沿六角單晶的易磁化軸c軸方向排列，這樣排列的一致性越好，取向度越高，燒結(jié)后材料磁性能就越好。在M型六角鐵氧體結(jié)構(gòu)中，Co2+取代了4f2亞點(diǎn)陣上的鐵離子，削弱反向離子磁矩，獲得更大的玻爾磁子數(shù)，從而提高鐵氧體的飽和磁化強(qiáng)度。

3 結(jié)論

用該方法成功制備出高性能永磁鐵氧體材料，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內(nèi)稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產(chǎn)品對(duì)高磁性能的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，用此方法生產(chǎn)的永磁鐵氧體磁體，價(jià)格低廉，減少昂貴金屬Co元素的用量，提高生產(chǎn)效率，保證制得鐵氧體的高磁性能，滿足揚(yáng)聲器磁體、磁電機(jī)用磁瓦磁體、起動(dòng)電機(jī)用磁瓦磁體等不同產(chǎn)品的性能要求。

參考文獻(xiàn)

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[2] 龍毅，張正義，等.新功能磁性材料及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，211.

[3] 李健三，曾德長(zhǎng)，鐘喜春，等.稀土Dy摻雜SrFe12O19永磁鐵氧體的結(jié)構(gòu)和性能[J].功能材料，2011.