一种高磁导率永磁铁氧体材料及其制备方法
技术领域
本发明属于铁氧体材料制备技术领域，具体涉及一种高磁导率永磁铁氧体材料及其制备方法。
背景技术
铁氧体磁性材料是一种复合氧化物烧结体非金属磁性材料，一般分为软磁铁氧体和永磁铁氧体磁性材料。永磁铁氧体磁性材料又包括钡铁氧体和锶铁氧体，电阻率高，属于半导体类型，故涡流损耗小，矫顽力大，能有效地应用在大气隙的磁路中，特别适于作小型发电机和电动机的永磁体。永磁铁氧体磁性材料的原材料来源丰富，工艺不复杂，成本低，从而具有较高的性价比，被广泛应用于高功率、高转速、高扭矩的各类电机，如高档汽车电机、摩托车启动电机、家用电器以及电动工具马达等领域。目前，为了提高永磁铁氧体的综合磁性能或者提高某些方面的特性性能，主要采用的解决办法是通过改善用来制备永磁铁氧体磁性材料的组分以及相应的比重，或者改良制备永磁铁氧体磁性材料的生产工艺。
永磁铁氧体的性能取决于两个方面，一是相成分，与配方以及原材料的理化性能有很密切的关系，对剩磁有重要影响。二是微结构，合成的工艺往往对产物微结构起决定作用，不同的合成方法，所生产的永磁铁氧体的微结构差异很大对矫顽力有重要影响。根据铁氧体磁粉的制备方式不同，可以把永磁铁氧体的生产分为干法合成和湿法合成两类。干法合成采用氧化物作原料，活性较差，反应程度难以完全，但工艺简单，应用较为普遍；湿法合成工艺复杂，但由于原料的化学活性较高，铁氧体的磁性能较好，而且还能充分利用各种工业副产品，便于提高质量，降低成本，很有发展前途。
传统的固相合成方法以氧化铁、氧化锶为原料，在远低于反应物的熔点或它们低共熔点的温度下以分子扩散的形式，达到离子或者原子的重排，生产新的固溶物即锶铁氧体。反应的温度以及保温时间应该根据原料的特性比如原材料的粒度、纯度、来源进行控制，温度太高过保温时间太长都容易造成合成的铁氧体异常晶粒长大，产生显著的磁畴壁，降低矫顽力，使磁性能恶化；温度太低可能使扩散不充分，铁氧体化过程不完全，通常的反应温度在1220~1280℃之间。因为固相反应的原料活性较低，通常把第一次合成成为预烧阶段，之后进行球磨成型和二次烧结，在成型阶段进行充磁。机械球磨法是利用球磨的作用来促使反应物之间发生物理反应和化学反应形成化合物的方法。球磨过程中，颗粒塑性变形，内部产生大量缺陷，降低元素的扩展激活能，但该方法耗能大、反应时间长、容易引入杂质，对设备的材质要求极高。
溶胶-凝胶法以醇盐为原料，在温和条件下进行水解和缩聚反应，而随着缩聚反应的进行以及溶剂的蒸发，具有流动性的溶胶逐渐变粘成为略显弹性的固体，然后在较低的温度下烧结成为所合成的材料，但该工艺本身还不成熟。化学共沉淀法属于湿法工艺，为金属盐在工作溶液中加入适量的沉淀剂得到纳米级沉淀物，可在低温下形成细颗粒、该法不需要复杂和设备可通过共通过共沉条件控制颗粒尺寸和形貌，但在生产过程中粉体的团聚难以克服，在反应过程中容易引入杂质，合成工艺复杂、成本高。
以上几种方法各有利弊，制备出的高磁能永磁铁氧体材料，在剩磁、内禀矫顽力及最大磁能积等参数方面很难得到综合提高，有些方法对原料和设备的要求较高或成本高，为了提高了整体磁性能，改善用来制备永磁铁氧体磁性材料的组分和制备工艺至关重要。
发明内容
针对现有技术中存在的生产制备永磁铁氧体材料成本高、对生产设备要求高及综合磁性能较差的问题，本发明提供了一种高磁导率永磁铁氧体材料及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种高磁导率永磁铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将二氧化硅、碳酸钙和硬脂酸镁混合，加入6~10倍重量的水，超声反应40~60分钟；
（2）将硝酸钡、硝酸铁和碳酸锶混合，加入等摩尔的氢氧化钠溶液，150~200℃下水热反应2~3小时合成钡-锶-铁氧体，加入步骤（1）中超声处理的混合物，在210~230℃下水热反应1~2小时，得水热反应产物；
（3）步骤（2）中的水热反应产物进行烧结，加热至450~600℃保温1~2小时，冷却至室温后即得高磁导率永磁铁氧体材料。
进一步地，步骤（1）中所述的二氧化硅、碳酸钙与硬脂酸镁的质量比为3~5:0.5~1:0.5~1.5。
进一步地，步骤（1）中所述的超声处理温度为60~80℃。
进一步地，步骤（2）中所述的硝酸铁、硝酸钡和碳酸锶的摩尔比为30~50:3~7:3~5。
进一步地，步骤（2）中所述的氢氧化钠的浓度为0.3~0.8mol/L。
进一步地，步骤（2）中所述硝酸钡、硝酸铁和碳酸总质量与步骤（1）中所述的混合物的质量比为1:0.2%20~0.5。
本发明中制备得到的高磁导率永磁铁氧体材料，可应用于电机、传感器等领域。
本发明中，二氧化硅、碳酸钙和硬脂酸镁作为改性材料改善钡-锶-铁氧体材料的磁性能，通过超声处理改性材料能够更好的融入钡-锶-铁氧体材料中对其进行改性。先将硝酸钡、硝酸铁和碳酸锶进行水热反应，得到钡-锶-铁氧体材料，制备得到的粉体粒度小，粒度分布范围窄、结晶良好和分散性好，进一步和超声处理过的二氧化硅、碳酸钙和硬脂酸镁混合物进行反应，粉体粒度进一步缩小、磁力性能进一步改善。进行烧结反应，经过超声及水热反应显著降低了烧结温度和烧结时间，提高了反应物的活性，促成高磁导率的永磁铁氧体材料的晶相的进一步完善。
有益效果
（1）本发明通过选择特定的添加剂，并对添加剂进行超声处理，改善永磁铁氧体材料的性能，细化晶粒，提高永磁铁氧体的矫顽力，以及通过二次水热反应，制备得到的粉体粒度小，粒度分布范围窄、结晶良好，进一步降低了烧结温度；
（2）本发明通过超声、二次水热加工工艺及烧结工艺，制备得到纳米级的永磁铁氧体材料，各晶相之间成分均匀性较高，具有很高的室温磁性能，磁化强度高，与其它添加剂复合协同作用共同提高了铁氧体材料的磁导率，应用于各种电机的制备。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
实施例1
（1）将0.4g二氧化硅、0.08g碳酸钙和0.12g硬脂酸镁混合，加入5g去离子水，置于超声容器中，60℃下反应50分钟；
（2）将0.95g硝酸铁、0.17g硝酸钡和0.08g碳酸锶混合，加入0.4mol/L的氢氧化钠溶液16.25mL，180℃下水热反应2.5小时合成钡-锶-铁氧体，加入步骤（1）中超声处理的混合物，在220℃下水热反应1.5小时，得水热反应产物；
（3）步骤（2）中的水热反应产物进行烧结，加热至500℃保温1.5小时，冷却至室温后即得高磁导率永磁铁氧体材料。
实施例2
（1）将0.4g二氧化硅、0.1g碳酸钙和0.1%20g硬脂酸镁混合，加入5g去离子水，50℃下反应60分钟；
（2）%20将1.43%20g硝酸铁、0.26g硝酸钡和0.12g碳酸锶混合，加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液19.5%20mL，160℃下水热反应3小时合成钡-锶-铁氧体，加入步骤（1）中超声处理的混合物，在230℃下水热反应1.5小时，得水热反应产物；
（3）步骤（2）中的水热反应产物进行烧结，加热至600℃保温1小时，冷却至室温后即得高磁导率永磁铁氧体材料。
实施例3
（1）将0.5g二氧化硅、0.06g碳酸钙和0.1g硬脂酸镁混合，加入6g去离子水，置于超声容器中，50℃下反应60分钟；
（2）将1.74g硝酸钡、0.31g硝酸铁和0.15g碳酸锶混合，加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液23%20mL，200℃下水热反应2小时合成钡-锶-铁氧体，加入步骤（1）中超声处理的混合物，在210℃下水热反应2小时，得水热反应产物；
（3）步骤（2）中的水热反应产物进行烧结，加热至550℃保温1.5小时，冷却至室温后即得高磁导率永磁铁氧体材料。
对比例1
（1）将0.95g硝酸铁、0.17g硝酸钡、0.08g碳酸锶、0.4g二氧化硅、0.08g碳酸钙和0.12g硬脂酸镁混合，加入0.4mol/L的氢氧化钠溶液20%20mL，180℃下水热反应4小时得水热反应产物；
（2）步骤（1）中的水热反应产物进行烧结，加热至500℃保温1.5小时，冷却至室温后即得高磁导率永磁铁氧体材料。
对比例2
（1）将0.4g二氧化硅、0.08g碳酸钙和0.12g硬脂酸镁混合，加入5g去离子水，置于超声容器中，60℃下反应50分钟；
（2）将0.95g硝酸铁、0.17g硝酸钡和0.08g碳酸锶混合和步骤（1）中超声处理的混合物，加入0.4mol/L的氢氧化钠溶液16.25mL，180℃下水热反应4小时合成钡-锶-铁氧体，得水热反应产物；
（3）步骤（2）中的水热反应产物进行烧结，加热至500℃保温1.5小时，冷却至室温后即得高磁导率永磁铁氧体材料。
对比例3
（1）将0.95g硝酸铁、0.17g硝酸钡和0.08g碳酸锶混合，加入0.4mol/L的氢氧化钠溶液16.25mL，180℃下水热反应2.5小时合成钡-锶-铁氧体，加入将0.4g二氧化硅、0.08g碳酸钙和0.12g硬脂酸镁，在220℃下水热反应1.5小时，得水热反应产物；
（2）步骤（1）中的水热反应产物进行烧结，加热至500℃保温1.5小时，冷却至室温后即得高磁导率永磁铁氧体材料。
对比例4
（1）将0.4g二氧化硅、0.08g碳酸钙和0.12g硬脂酸镁混合，加入5g去离子水，置于超声容器中，60℃下反应50分钟；
（2）将0.95g硝酸铁、0.17g硝酸钡和0.08g碳酸锶混合，加入0.4mol/L的氢氧化钠溶液16.25mL，180℃下水热反应2.5小时合成钡-锶-铁氧体，加入步骤（1）中超声处理的混合物，在220℃下水热反应1.5小时，得得高磁导率永磁铁氧体材料。
对实施例1~3和对比例1~4制备的高磁导率永磁铁氧体材料进行粒度及性能测试，检测结果如下表1所示：
表1%20粒度及性能测试结果
