[发明专利]自蔓延高温合成NiFe2O4粉体的方法及烧结NiFe2O4的方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成NiFe₂O₄粉体及NiFe₂O₄的方法。

背景技术

NiFe₂O₃是性能优良的软磁材料，用作磁头材料、矩磁材料和微波吸收材料，而且还是制备性能优良的磁电转换复合材料所选用的磁致伸缩材料，在电子工业上具有极广阔的应用前景。目前，制备NiFe₂O₄的主要方法是固相反应法，但此法能耗高，污染环境，产物转化率相对较低。近几年，为提高材料性能，湿化学法制备氧化物陶瓷有了长足发展，例如热液合成、共沉淀和溶胶凝胶法；但存在对pH值高度敏感、干燥条件严格、需要复杂的反应装置以及昂贵的前驱体等缺陷。目前，采用自蔓延高温合成技术(简称SHS，又叫燃烧合成)制备铁氧体通常采用湿法混合原料，虽然有利于原料的混合均匀，但在混合料的干燥及后处理过程中容易导致Fe粉被氧化，影响自蔓延高温合成反应的进行；有研究者对反应物进行压坯，然后进行自蔓延高温合成，这样虽然有利于提高转化率，但一来增加了压坯的工序，二来增加了氧气进入坯体内部的难度，需要增加反应环境的氧气压力；此外，有研究者通过添加内部氧化剂来促进反应物内部氧气的不足，但内部氧化剂的加入容易引入新的杂质，增加自蔓延高温合成产物的后处理的难度，产生不必要的工序。

发明内容

本发明是为了解决现有自蔓延合成NiFe₂O₄的方法中Fe粉易被氧化、需要加压引起氧化不充分以及添加内部氧化剂后引入杂质的问题，而提供自蔓延高温合成NiFe₂O₄粉体及烧结NiFe₂O₄的方法。

本发明自蔓延高温合成NiFe₂O₄粉体的方法按如下步骤进行：一、按照原子摩尔比Ni∶Fe＝1∶2的比例取NiO、Fe和Fe₂O₃作为原料，其中Fe和Fe₂O₃的摩尔比为2k∶(1-k)，0.2＜k＜0.6；二、将原料在球磨机中干混7～10h，再将混合原料过70目筛，得到颗粒细小均匀的混合料，然后在40～60℃的条件下干燥2～4h；三、将干燥好的松散混合料放入带有水冷系统反应釜中，密闭反应釜，再通入氧气使反应釜内压力为0.2～0.6MPa，再通电点火点燃反应物；燃烧结束后即得到自蔓延高温合成NiFe₂O₄粉体。

将上述合成的NiFe₂O₄粉体研磨后过70目筛，向过筛后的NiFe₂O₄粉体添加粉体质量2％～5％的烧结助剂和粉体质量6％～12％的粘结剂，然后自然晾干，进行球磨造粒，之后在6～9MPa的压力下压制4～8min，在1100℃～1250℃的条件下烧结，再保温4～7h，即得到烧结的NiFe₂O₄。

本发明采用的自蔓延高温合成过程是利用反应物内部的化学能来合成材料，反应物一经点燃即可自行维持反应，而且反应速度快，所以氧化物之间固溶铁氧体化程度高。同时，由于燃烧过程中易于获得亚稳态物相，使产物具有较高的活性。本发明采用干混原料，虽然延长了混料时间，但省去了混合料的真空干燥，防止混合料中的Fe粉的氧化，简化了混料工艺，减少自蔓延反应的影响因素；本发明采用反应物松散装料，可以使氧气更容易进入反应混合料的内部，使反应充分进行，降低了反应环境的氧气压力；同时，本发明不采用内部供氧剂，防止引入新的杂质，减少了反应产物的后处理难度。本发明能够获得高活性的NiFe₂O₄粉料，简化制备工艺，传统工艺制备铁氧体，使用固相法制备铁氧体粉体，然后成型烧结获得铁氧体，固相法制备粉体需要高温及长时间保温，能耗非常高，而自蔓延法制备只需要少量氧气和一个电火花，就可以获得铁氧体粉体，然后进行成型烧结获得铁氧体，所以能耗和成本非常低。本发明合成的NiFe₂O₄粉体纯度为80％～95％，烧结后NiFe₂O₄的纯度达到99.99％以上。表1列出了现有固相法工艺与自蔓延工艺生产铁氧体的比较，从表1中可以知道，自蔓延工艺具有工艺过程简单，生产周期短，能耗低，生产效率高等优点。