本发明专利技术公开了一种制备高纯颗粒单晶化Co2Z型铁氧体粉体的方法，以可溶性金属盐为起始原料通过优化复合沉淀剂用量及其加入方式，使得金属元素在前驱体粉体中均匀分布；进而，将前驱体与盐混合，在热处理过程中，以熔盐液相作为离子传输介质，加速热处理过程中金属离子扩散，促进目标产物形成，并通过液相生长，促使目标产物颗粒生长趋于晶体生长习性，呈现单晶化。该方法从工艺上相对于制备Co2Z六角铁氧体一般方法具有更好的物相控制力，并且从颗粒结构上能实现颗粒的单晶化，为Co2Z六角铁氧体相关高性能电子元器件设计与开发提供了高质量粉体保障。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种共沉淀-熔盐法制备颗粒单晶化的Co2Z六角铁氧体粉体的方法，属于功能材料先进合成领域。
技术介绍
复杂氧化物Co2Z六角铁氧体作为典型的高频软磁材料，因其在电、磁以及磁-电效应等方面的特性，尤其是起始磁导率高、共振频率高、品质因数高、热稳定性好、损耗低等优点，使其在微波天线、磁光器件等存在着广泛的应用。为了满足器件设计的需求以及高性能化，合成纯相Co2Z六角铁氧体，并对其颗粒结构进行有效控制是前提。然而，从化学组成上来看，Co2Z六角铁氧体化学组成一般为Ba3-xSrxCo2Fe24O41，相对比较复杂；从晶体堆积结构上，Co2Z六角铁氧体相比之于常见的M型或Y型六角铁氧体晶体堆积结构更为复杂，这造成合成过程中实现组成精确控制，得到高纯的Co2Z六角铁氧体相对困难。这个情况在元素掺杂的状况下变得更是复杂。进一步，Co2Z六角铁氧体颗粒单晶化为其应用、进一步提升性能提供了新的途径，然而这一技术方法相对于从控制物相形成得到高纯目标Co2Z六角铁氧体就更为艰难。目前，常见合成Co2Z六角铁氧体的方法主要为固相反应法，一方面固相合成方法最终产物常常伴随着其他类型铁系氧化物杂质存在；另一方面对于颗粒尺寸与形貌的难有控制，更不用说是实现颗粒单晶化。为此，开发适用于复杂氧化物Co2Z六角铁氧体高纯颗粒单晶化的粉体制备技术对于此类材料的深度应用极具意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种制备高纯颗粒单晶化Co2Z型铁氧体粉体的方法。实现本专利技术的技术方案为：一种制备高纯颗粒单晶化Co2Z型铁氧体粉体的方法，以可溶性金属盐为起始原料通过优化复合沉淀剂用量及其加入方式，使得金属元素在前驱体粉体中均匀分布；进而，将前驱体与盐混合，在热处理过程中，以熔盐液相作为离子传输介质，加速热处理过程中金属离子扩散，促进目标产物形成，并通过液相生长，促使目标产物颗粒生长趋于晶体生长习性，呈现单晶化。其具体实施步骤如下：1)按照Co2Z六角铁氧体化学式Ba3-xSrxCo2Fe24O41，x=0-3，称取钡、锶、钴、铁元素的可溶性金属盐溶于去离子水中，得到混合金属盐溶液，其中，铁离子浓度为0.5～3.0mol/L，其它金属离子浓度按照化学计量比；2)以碱和碳酸盐的混合物为复合沉淀剂，将其溶于去离子水中，得到复合沉淀剂溶液；3）在搅拌条件下，将复合沉淀剂溶液以一定滴速加入步骤1）所述金属盐溶液中；继续搅拌反应直至反应体系离子强度维持稳定；4）将步骤3）共沉淀反应后的浆液进行离心处理，去除离心上层清液，离心沉降物经超声分散于去离子水中再经离心，反复清洗，至离心清液接近中性；5）所得离心产物于60～90℃下干燥至恒重，并经过研磨破碎得到前驱体粉体；6）以混合盐作为分散介质，将所得前驱体粉体以及通过机械球磨与分散介质混合均匀，再进行热处理，得到合成产物；7）将合成产物进行研磨，并加入70～90℃的热水反复清洗，去除盐介质，经过70～90℃烘干得到目标铁氧体粉体产物。步骤1）中，所述的可溶性金属盐为氯化盐或硝酸盐。步骤2）中，所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；所述的碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾或碳酸铵，所述的复合沉淀剂优选氢氧化钠-碳酸钠、氢氧化钾-碳酸钾和氨水-碳酸铵中的任意一种。步骤2）中，复合沉淀剂溶液中碱浓度为1.0～5.0mol/L，碳酸盐浓度为0.01～0.10mol/L。步骤3）中，复合沉淀剂中的碱用量为3倍铁离子物质的量与2倍钴离子物质的量总和的100%～150%，碳酸盐用量为钡离子与锶离子物质的量总和的100%～150%。步骤3）中，复合沉淀剂溶液的滴速控制在2～20ml/分钟之间，滴加过程中搅拌速率为100～600转/分钟；搅拌反应时间为12～48小时。步骤4）中，离心处理转速为2000～10000转/分钟，离心处理时间为5～30分钟。步骤6）中，所述的分散介质采用氯化钠、氯化钾、硫酸钠和硫酸钾中任意两种或其以上混合物，混合物中，各物质的摩尔比为1:1；分散介质的用量为前驱体粉体质量的30%~400%。步骤6）中，机械球磨中球料比为10:1～5:1，球磨速率为100～400转/分钟，球磨时间为1～8小时。步骤6）中，热处理的升温速率为2～10℃/分钟，热处理过程为于400℃下保温30分钟～2小时，继续升温至1000℃下保温1～4小时，再升温至1150～1300℃下保温4～12小时。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术结合共沉淀与熔盐技术，为解决Co2Z六角铁氧体物相纯度与颗粒结构控制问题，设计适应于合成颗粒单晶化Co2Z六角铁氧体粉体的方法；2、该方法通过复合沉淀剂选用、用量及加入速率控制，实现共沉淀过程中金属元素均匀混合，进而，在热处理过程中通过热处理温度制度及熔盐使用，基于熔盐液相，促进物相形成及颗粒的单晶化；3、该方法从工艺上相对于制备Co2Z六角铁氧体一般方法具有更好的物相控制力，并且从颗粒结构上能实现颗粒的单晶化，为Co2Z六角铁氧体相关高性能电子元器件设计与开发提供了高质量粉体保障；4、本专利技术针对Co2Z六角铁氧体化学组成与晶体结构复杂、难以合成的复杂氧化物材料的合成，亦可为其他类似复杂氧化物的合成与颗粒结构控制提供方法上的借鉴。附图说明图1合成Co2Z型六角铁氧体(Ba1.5Sr1.5Co2Fe24O41)粉体的X射线衍射图谱。图2合成Co2Z型六角铁氧体(Ba1.5Sr1.5Co2Fe24O41)粉体的扫描电镜照片。图3合成Co2Z型六角铁氧体(Ba1.5Sr1.5Co2Fe24O41)粉体的VSM曲线。图4合成Co2Z型六角铁氧体(Ba3Co2Fe24O41)粉体的X射线衍射图谱。图5合成Co2Z型六角铁氧体(Ba3Co2Fe24O41)粉体的扫描电镜照片。图6合成Co2Z型六角铁氧体(Ba3Co2Fe24O41)粉体的VSM曲线。图7合成Co2Z型六角铁氧体(Sr3Co2Fe24O41)粉体的X射线衍射图谱。图8合成Co2Z型六角铁氧体(Sr3Co2Fe24O41)粉体的扫描电镜照片。图9合成Co2Z型六角铁氧体(Sr3Co2Fe24O41)粉体的VSM曲线。具体实施方式围绕着颗粒单晶化的Co2Z六角铁氧体粉体的制备，本专利技术设计了共沉淀-熔盐结合的技术，在共沉淀过程中通过对于复合沉淀剂种类与用量、沉淀剂加入速率等工艺条件的优选，得到起始金属元素分布均匀的前驱体粉体；进一步以混合盐为分散介质，利用热处理工艺参数配合，发挥熔盐体系在加速热处理过程中金属离子扩散，促进目标产物形成，并通过液相生长，促使目标产物颗粒生长趋于晶体生长习性，呈现单晶化。该方法可实现Co2Z六角铁氧体复杂氧化物的物相合成与颗粒结构的控制，亦可为合成其他复杂氧化物体系提供借鉴。实施案例1：以化学组成为Ba1.5Sr1.5Co2Fe24O41的Co2Z六角铁氧体为例：选择可溶性金属卤化物，按照化学计量比称量配制起始混合金属溶液，其中，铁离子浓度0.3mol/L，钡离子浓度0.02mol/L，锶离子浓度0.02mol/L钴离子浓度0.025mol/L；以氢氧化钠和碳酸钠为复合沉淀剂，配制复合沉淀剂溶液，其中，氢氧化钠浓度2.0mol/L，碳酸钠浓度0.08mol/L；将复合沉淀剂溶液以10本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备高纯颗粒单晶化Co2Z型铁氧体粉体的方法，其特征在于，其步骤如下：1) 按照Co2Z六角铁氧体化学式Ba3‑xSrxCo2Fe24O41，x=0‑3，称取钡、锶、钴、铁元素的可溶性金属盐溶于去离子水中，得到混合金属盐溶液，其中，铁离子浓度为0.5～3.0 mol/L；2) 以碱和碳酸盐的混合物为复合沉淀剂，将其溶于去离子水中，得到复合沉淀剂溶液；3）在搅拌条件下，将复合沉淀剂溶液以一定滴速加入步骤1）所述金属盐溶液中；继续搅拌反应直至反应体系离子强度维持稳定；4）将步骤3）共沉淀反应后的浆液进行离心处理，去除离心上层清液，离心沉降物经超声分散于去离子水中再经离心，反复清洗，至离心清液接近中性；5）所得离心产物于60～90 ℃下干燥，并经过研磨破碎得到前驱体粉体；6）以混合盐作为分散介质，将所得前驱体粉体以及通过机械球磨与分散介质混合均匀，再进行热处理，得到合成产物；7）将合成产物进行研磨，并加入70～90℃的热水反复清洗，去除盐介质，经过70～90℃烘干得到目标铁氧体粉体产物。
【技术特征摘要】
1.一种制备高纯颗粒单晶化Co2Z型铁氧体粉体的方法，其特征在于，其步骤如下：1)按照Co2Z六角铁氧体化学式Ba3-xSrxCo2Fe24O41，x=0-3，称取钡、锶、钴、铁元素的可溶性金属盐溶于去离子水中，得到混合金属盐溶液，其中，铁离子浓度为0.5～3.0mol/L；2)以碱和碳酸盐的混合物为复合沉淀剂，将其溶于去离子水中，得到复合沉淀剂溶液；3）在搅拌条件下，将复合沉淀剂溶液以一定滴速加入步骤1）所述金属盐溶液中；继续搅拌反应直至反应体系离子强度维持稳定；4）将步骤3）共沉淀反应后的浆液进行离心处理，去除离心上层清液，离心沉降物经超声分散于去离子水中再经离心，反复清洗，至离心清液接近中性；5）所得离心产物于60～90℃下干燥，并经过研磨破碎得到前驱体粉体；6）以混合盐作为分散介质，将所得前驱体粉体以及通过机械球磨与分散介质混合均匀，再进行热处理，得到合成产物；7）将合成产物进行研磨，并加入70～90℃的热水反复清洗，去除盐介质，经过70～90℃烘干得到目标铁氧体粉体产物。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中，所述的可溶性金属盐为氯化盐或硝酸盐。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水；所述的碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾或碳酸铵，所述的复合沉淀剂优选氢氧化钠-碳酸钠、氢氧化钾-碳酸钾和氨水-碳酸铵中的任意一种。4.如权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊亮，王绳芸，张冲，高书芮，杨敏，张明，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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