一种Ni-Zn铁氧体纤维及其制备方法技术

一种Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体纤维及其制备方法，涉及无机非金属材料及其制备技术领域。本发明专利技术利用柠檬酸和镍、铁、锌、铜的金属盐为原料，经化学反应制备得到前驱体溶液，随后减压脱水得到一定粘度的前驱体凝胶，再经过纺丝得到凝胶纤维素丝，再将得到的凝胶纤维素丝在合适的温度下焙烧，得到目标产物Ｎｉ↓［ｘ］Ｃｕ↓［１－ｘ－ｙ］Ｚｎ↓［ｙ］系列铁氧体陶瓷纤维，０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，１－ｘ－ｙ≥０。本发明专利技术在于通过有机凝胶先驱体转化法制备出了直径均匀、表面光滑、具有较大长径比的Ｎｉ↓［ｘ］Ｃｕ↓［１－ｘ－ｙ］Ｚｎ↓［ｙ］系列铁氧体陶瓷纤维，具有工艺简单、设备要求低、成本低、操作周期短等优点。

Ni-Zn ferrite fiber and preparation method thereof

The invention relates to a Ni - Zn ferrite fiber and a preparation method thereof, relating to the field of inorganic non-metallic materials and the preparation technology thereof. The invention uses a metal salt of citric acid and nickel, iron, zinc and copper as raw materials, prepared by chemical reaction of precursor solution, the precursor gel dehydration obtained certain viscosity, then the gel fibers obtained by silk spinning, then gel cellulose silk in the suitable calcination temperature, get the target product Ni: X Cu: 1 x y Zn: Y series ferrite ceramic fiber, 0 < x < 0 < y < 1, 1, 1 x y = 0. The invention is characterized by the organic gel precursor was prepared into uniform diameter, smooth surface, with large length diameter ratio of Ni: X: Cu 1 x y Zn: Y series ferrite ceramic fiber, has the advantages of simple process, low equipment requirements, low cost and operation short cycle.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无机非金属材料领域，特指一种Ni-Zn(NixCu1-x-yZny0＜x＜1，0＜y＜1，1-x-y≥0)系列铁氧体陶瓷纤维及其制备方法。
技术介绍
随着微波和微电子工程技术的迅速发展，吸波材料在隐身技术和抗电磁干扰等领域的重要性日益突出。现代科技的飞速发展导致传统的吸波材料不能够满足日益增长的需求，“薄、轻、宽、强”是吸波材料未来发展的目标，也就是对吸收剂要求密度小、吸收频带宽、在宽频带范围内对电磁波有较强的吸收。面对目前对电磁吸波材料性能的高要求，传统单一的材料很难满足需要，吸波材料复合化也是未来的大方向。Ni-Zn软磁铁氧体材料是一类产量大、应用广的高频软磁材料。传统Ni-Zn软磁铁氧体材料在1MHz以下的低频范围内，其性能不如Mn-Zn铁氧体，但在1MHz以上，由于它具有多孔性及高电阻率，可避免金属导体在高频下存在的趋肤效应，电磁波能有效进入，对微波具有良好的衰减作用，其性能大大优于Mn-Zn铁氧体，非常适宜在高频中应用，成为高频应用中性能最好的软磁材料。 作为吸波剂，尖晶石型Ni-Zn铁氧体粉体的晶体结构具有较高的对称性，各向异性场很小，导致以粉体形式存在或由这些粉体材料经成型而形成的块体尖晶石型铁氧体材料的自然共振频率较低，而共振吸收是铁氧体在微波段的主要电磁波吸收机制，因此Ni-Zn铁氧体粉体作为电磁波吸收剂的应用频率受到了限制。而Ni-Zn铁氧体纤维是一种“双复介质”，又具有一定的介电性，轴向磁导率和介电常数大于径向磁导率和介电常数，具有显著的形状各向异性，具备大量吸收电磁波能量的条件，对高频电磁波具有优良的吸波性能；低频时较高的磁导率和较低的介电常数，适合匹配设计，电阻率也远大于金属纤维，而且形状各向异性的结构特点非常有利于吸波。相对于粉体材料，Ni-Zn铁氧体纤维具有占空比低，强度大等特点，可应用在航空航天、电磁屏蔽、国防及材料复合增强等各种领域。 目前陶瓷纤维的主要制备方法有水热法、碳纤维灌浆置换法、化学气相沉积法(CVD法)、溶胶-凝胶法以及有机凝胶先驱体转化法等，有关铁氧体陶瓷纤维制备方面的报道较少，英国的R.C.Pullar等人在文章.Journal of Magnetism and Magnetic Materials，1998(186)326-332；Ahalide free route to the manufacture of microstructurally improved M ferrite(BaFe12O19andSrFe12O19)fibres.Journal of the European Ceramic Society，2002(22)2039-2045.]中提出采用水溶胶-凝胶法制备一系列的磁铅石型铁氧体纤维，但制备出的纤维直径过大，组成颗粒在微米级。 专利ZL200510095475.4“尖晶石型铁氧体纤维及其制备方法”中介绍了一元尖晶石型MeFe2O4(Me:Mn、Zn、Ni、Co)铁氧体纤维及其制备方法，制备过程中调解溶液的pH＝5～6，将素丝800～1100℃后得到的纤维的直径0.1～20μm，长度0.001～1m，纤维的长径比为10～107。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Ni-Zn铁氧体陶瓷纤维及其制备方法。 为了制备出直径小、长径比大、性能优良的铁氧体纤维，在溶胶-凝胶法的基础上，采用有机凝胶先驱体转化法，将金属的有机盐或无机盐溶于适当的溶剂中，配制成均匀透明的溶液，达到近分子水平的混合；为使前驱物在溶剂中发生水解-缩聚反应，应控制水量，反应时间或加入适当的催化剂；经过充分搅拌后形成溶胶，经干燥等措施，使溶胶粘度逐渐增大，在合适的粘度条件下，拉制成凝胶纤维素丝，再经干燥，热处理过程，获得目标产物铁氧体纤维。 一种Ni-Zn铁氧体纤维，分子式为NixCu1-x-yZny0＜x＜1，0＜y＜1，1-x-y≥0，纤维的直径0.2～100μm，纤维长度5μm～2m。 上述Ni-Zn铁氧体纤维的制备方法，包含以下步骤 (1)前驱体溶液的制备首先将硝酸铁作为铁源，镍的乙酸盐、硝酸盐或碱式碳酸镍作为镍源，乙酸锌或硝酸锌作为锌源，乙酸铜或硝酸铜作为铜源以及柠檬酸(CA)溶于去离子水中，CA∶Ni2+∶Zn2+∶Cu2+∶Fe3+的摩尔比为2.5～8∶x∶y∶(1-x-y)∶1.8～2.2，0＜x＜1，0＜y＜1，1-x-y≥0，搅拌至均匀，室温下磁力搅拌8～30小时； (2)将制备好的前驱体溶液减压脱水，得到凝胶，经过通过挑丝、抽丝、甩丝或拉丝得到凝胶纤维素丝，随后将凝胶纤维素丝进行烘干； (3)将凝胶纤维素丝在600～1200℃温度范围内高温焙烧，保温1～6小时，最后自然冷却到室温，得到Ni-Zn铁氧体纤维。 步骤1中的前驱体溶液中的Ni2+的浓度(0.01～1)x mol/L，Zn2+的浓度(0.01～1)y mol/L，Cu2+的浓度(0.01～1)(1-x-y)mol/L，Fe3+的浓度0.02～2mol/L。 步骤2中将凝胶纤维素丝置于40～100℃下进行烘干。 本专利技术首次采用有机凝胶先驱体转化法制备出了Ni-Zn(NixCu1-x-yZny0＜x＜1，0＜y＜1，1-x-y≥0)系列铁氧体陶瓷纤维，其优点在于原料广泛，以金属有机盐和无机盐为原料，先制得达到分子或原子水平混合的前驱体溶液，通过减压脱水得到凝胶，再经过拉丝、甩丝或抽丝得到凝胶纤维素丝，然后在合适的温度下进行焙烧得到铁氧体纤维。本专利技术还具有在焙烧过程中无需严格的操作气氛、原料价格便宜、周期短、工艺简单、易于规模化以及对环境影响小等优点。该方法还可以适用于其它各种类型的铁氧体纤维以及氧化物陶瓷纤维的制备。 附图说明 图1铁氧体纤维的制备流程图； 图2凝胶纤维素丝的光学显微照片； 图3(a)Ni0.4Zn0.6Fe2O4铁氧体纤维XRD衍射图； 图3(b)Ni0.4Zn0.6Fe2O4铁氧体纤维SEM扫描照片； 图4(a)Ni0.75Zn0.25Fe2O4铁氧体纤维的XRD衍射图； 图4(b)Ni0.75Zn0.25Fe2O4铁氧体纤维SEM扫描照片； 图5(a)Ni0.2Zn0.6Cu0.2Fe2O4铁氧体纤维的XRD衍射图； 图5(b)Ni0.2Zn0.6Cu0.2Fe2O4铁氧体纤维SEM扫描照片； 图6(a)Ni0.4Zn0.2Cu0.4Fe2O4铁氧体纤维的XRD衍射图； 图6(b)Ni0.4Zn0.2Cu0.4Fe2O4铁氧体纤维SEM扫描照片； 图7(a)Ni0.4Zn0.4Cu0.2Fe2O4铁氧体纤维的XRD衍射图； 图7(b)Ni0.4Zn0.4Cu0.2Fe2O4铁氧体纤维SEM扫描照片； 具体实施例方式 实施例1(Ni0.4Zn0.6Fe2O4铁氧体纤维) 步骤1取3.31g硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)、0.99g碱式碳酸镍(NiCO3·Ni(OH)2·4H2O)、15.00g硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、17.56g柠檬酸(CA:C6H8O7·H2O)于150ml去离子水中混合，Zn2+的摩尔浓度为0.06mol/L，Ni2+的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｎｉ－Ｚｎ铁氧体纤维，分子式为Ｎｉ↓［ｘ］Ｃｕ↓［１－ｘ－ｙ］Ｚｎ↓［ｙ］：０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，１－ｘ－ｙ≥０，纤维的直径０．２～１００μｍ，纤维长度５μｍ～２ｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈湘黔，过利萍，贾国秀，沈绛英，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]