[发明专利]一种固相反应制备尖晶石型铁氧体材料前驱体的方法

说明书

本发明公开了一种固相反应制备尖晶石型铁氧体材料前驱体的方法，该方法将铁氧化物粉末和铁粉与掺杂金属氧化物粉末混合球磨后，造块、干燥，所得干燥块料置入含CO和CO₂混合气氛中，在不高于1200℃温度下进行焙烧，即得尖晶石型铁氧体材料前驱体；该方法与传统的高温焙烧法合成尖晶石材料的方法相比，焙烧温度低、时间短，大大降低焙烧时间和对设备的要求，避免了助熔剂等添加剂的使用，获得的产品纯度高，且生产工艺简单，成本低，有利于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种尖晶石铁氧体材料前驱体的制备方法，特别涉及一种固相反应制备尖晶石型铁氧体材料前驱体的方法，属于尖晶石型铁氧体材料的制备领域。

背景技术

铁氧体，主要是指铁和其他一种或者多种金属元素的复合氧化物，根据晶体结构的不同，主要分为尖晶石型、石榴石型、磁铅石型(六角型)、钙钛矿型、钛铁矿型、氯化钠型、金红石型七种。其中尖晶石型铁氧体性质稳定、磁性能优良、制备工艺相对简单，是发现最早、应用最多的一类铁氧体，常作为软磁性材料，制备变压器电芯、滤波器磁芯、以及磁性记录元件等；此外尖晶石型铁氧体还可作为吸波材料，用于制备电磁辐射人体防护、通讯降噪、信息安全保密、以及军事武器隐身材料等领域。

尖晶石铁氧体(MFe₂O₄)中的M主要是指原子半径与Fe²⁺接近的二价金属离子(镍，锰，锌，镁，钡，锶等)。在尖晶石铁氧体的晶体结构中，氧离子按立方紧密堆积排列，二价阳离子充填于八分之一的四面体空隙中，三价铁离子充填于二分之一的八面体空隙中。

目前制备尖晶石型铁氧体材料的主要方法包括高温固相反应法和湿化学合成法。

湿化学合成法包括共沉淀法、溶液凝胶法、水热合成法等。其主要原理是在可溶性的金属盐在溶液体系下，按照目标组要求分配置成均匀的溶液，然后通过改变溶液pH等条件，将复合金属盐的羟基前驱体转化为沉淀等，最后将沉淀洗涤、烘干、焙烧，即可获得目标产物。湿化学合成法可以获得性质稳定、粒度均匀的铁氧体产品，但是，工艺流程复杂、产率低等缺陷导致此类方法并不能广泛应用于实际的工业生产中。

烧结法是目前工业生产铁氧体材料的最主要方法，首先通过配料，精确控制各种金属氧化物的含量以及比例，再经过球磨、混匀、干燥，以及一段或者多段烧结过程，保证原料中离子扩散的固相反应过程，由于原料活性差，固相反应速率低，因此，在生产中一般烧结温度在1000℃-1500℃的范围，需要焙烧时间长。在实际生产中，为降低烧结时间和温度，常添加少量助熔剂，这一方面会引入杂质，另一方面导致局部熔融产生烧结液相，不利于后续的加工处理。烧结法的优点是工艺简单，便于规模化生产，但由于原料固相氧化物活性不高，且需要长时间球磨以保证均匀性，导致烧结法制备产品质量不稳定。助熔剂主要包括CaO、SiO₂、Nb₂O₅、V₂O₅、Bi₂O₃、MoO₃、TiO₂、CuO等中的一种或者几种组合，用量一般为摩尔比例的1％以下，用量和比例必须严格控制，否则会严重影响铁氧体产品性能指标。

因此，开发一种低温、高效、环保的制备尖晶石型铁氧体的工艺方法，可以大大缓解我国铁氧体材料产能不足、仍需大量进口的现状。

发明内容

针对现有的高温氧化焙烧制备尖晶石材料技术存在的不足，本发明的目的是在于提供一种焙烧温度低、时间短的制备高纯度尖晶石型铁氧体材料前驱体的方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种固相反应制备尖晶石型铁氧体材料前驱体的方法，该方法是将铁氧化物粉末和铁粉与掺杂金属氧化物粉末混合球磨后，造块、干燥，所得干燥块料置于含CO和CO₂混合气氛中，在800～1200℃温度下进行焙烧，即得尖晶石型铁氧体材料前驱体。