一种制备高纯度锰铋（MnBi）合金的方法技术

本发明专利技术属于工艺简单、高纯度的锰铋（MnBi）合金的制备方法。包括以下步骤：①、选取Bi和Mn粉末作为原材料；②、将上述①中选取的Bi和Mn粉末按照一定配比，均匀混合后封装于钼杯中，通过粉末成型压机对钼杯样品进行低压预处理或通过国产六面顶液压机对钼杯样品进行超高压预处理；③、将②中预压处理后的钼杯腔体置于坩埚内，经过低温烧结、淬冷程序完成MnBi合金的制备。采用钼杯作为封闭式腔体进行低温烧结，有效地抑制Bi3+的高温挥发，防止Bi、Mn氧化物生成，提高了MnBi合金的纯度；该钼杯具有高熔点、较高的氧化温度和高热导率，在烧结过程和淬冷过程中是优良的屏蔽材料和热传导材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于磁性功能材料研究领域，具体的说是一种低成本，工艺简单，高纯度，操作性强的锰铋（MnBi）合金的制备方法。
技术介绍
MnBi合金低温相具有NiAs晶体结构，在常温下具有强铁磁性和很高的磁晶各向异性，其矫顽力具有正温度系数（150K-550K），是具有广泛应用前景和实用价值的高温永磁材料，同时，MnBi相具有显著的磁光效应，可作为磁光存储材料，受到国内外磁学研究者的广泛关注。目前，MnBi合金制备方法主要有磁悬浮熔炼法、溅射法、电弧熔炼法、外延生长法、感应熔炼法和机械合金化等，Yoshida等人采用电弧熔炼法在He气气氛下制备了MnBi合金含量约为90wt.%MnBi单相。J.B.Yang等人采用高温烧结和磁选技术制备了MnBi合金含量大于90wt.%的块状样品。但在制备过程中，由于Bi3+在高温下极易挥发，且Mn在包晶反应中易从液相中析出，致使高纯度MnBi合金材料难以合成，导致合金材料磁性能较低，且上述传统的方法大多工艺复杂、成本较高，这些都严重制约了MnBi合金材料的应用。因此，可实现一种低成本，高纯度，操作性强的MnBi合金材料的制备方法是磁性功能材料研究的一个重要发展方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备高纯度锰铋（MnBi）合金的制备方法，该工艺简单，操作性强，成本低廉，能够有效地阻碍Bi3+的高温挥发，防止Bi、Mn氧化物的生成，可对Bi、Mn的含量比进行调控，同时通过淬冷阻碍MnBi合金在降温过程中分解，提高MnBi合金的纯度。本专利技术的技术方案是：高纯度MnBi合金的制备方法包括以下步骤：①、选取Bi和Mn粉末作为原材料；②、将上述①中选取的Bi和Mn粉末按照一定配比，均匀混合后封装于钼杯中，通过粉末成型压机对钼杯样品进行低压预处理或通过国产六面顶液压机对钼杯样品进行超高压预处理；③、将②中预压处理后的钼杯腔体置于坩埚内，经过低温烧结、淬冷程序完成MnBi合金的制备。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术通过预压对腔体进行密封，排除粉体中的气体，提高粉体致密度，能够有效地阻碍Bi3+的高温挥发，防止Bi、Mn氧化物的生成，最后使Bi和Mn混合粉末生成MnBi单相。2、本专利技术采用钼杯作为封闭式腔体进行低温烧结，有效地抑制Bi3+的高温挥发，防止Bi、Mn氧化物生成，提高了MnBi合金的纯度；该钼杯具有高熔点、较高的氧化温度和高热导率，在烧结过程和淬冷过程中是优良的的屏蔽材料和热传导材料。3、本专利技术采用的陶瓷坩埚内置高热导率大孔径金属网，承载钼杯腔体，阻隔钼杯腔体与陶瓷坩埚直接接触，减少其与承载物的接触面积，有效平衡钼杯腔体内温度，获得结构、成分均匀的MnBi合金。4、本专利技术所采用的设备为马弗炉，制备MnBi合金的方法具有工艺简单，操作性强，成本低廉，合成的MnBi合金结构致密均匀，合成重复性好和纯度高等优点，是可获得大规模生产和工业化应用的方法。附图说明图1是本专利技术中钼杯封闭式腔体截面图。图2是本专利技术中用于钼杯封闭式腔体预压密封的叶腊石复合块组装截面图。图3是本专利技术中烧结腔体截面图。图中1—Bi、Mn混合粉末，2—钼杯，3—钼杯封闭式腔体，4—石墨套件（石墨管、石墨片），5—钢帽，6—叶腊石复合块，7—陶瓷坩埚，8—钼杯封闭式腔体（预压后），9—大孔径金属网。具体实施方式高纯度MnBi合金的制备方法包括以下步骤：①、选取Bi和Mn粉末作为原材料，所述的Bi和Mn为99%-99.999%的纳米或微米级粉末。②、将上述①中选取的Bi和Mn粉末按照摩尔比1：x（x=1.0-2.0）进行配比，均匀混合后封装于钼杯中，通过粉末成型压机对钼杯样品进行低压预处理或通过国产六面顶液压机对钼杯样品进行超高压预处理，低压预处理压力范围是2-40MPa，高压预处理压力范围是1-6GPa。③、将②中预压处理后的钼杯腔体置于坩埚内，经过封闭式低温烧结、淬冷程序完成MnBi合金的制备，制备得到高纯度MnBi合金（95at.%）。封闭式低温烧结是将陶瓷坩埚在马弗炉内进行合成，合成温度为268-400℃，时间为0.5-50h。坩锅包括主体，坩锅主体内置高热导率大孔径金属网承载钼杯封闭式腔体。实施例1如附图1所示：选取质量3.0g的Bi和Mn混合粉末（平均粒径为3-5μm、摩尔比1:1）作为原材料，如图1标号1所示。将混合粉末装入外杯Φ13.65×5mm、内杯Φ13.38×5mm的钼杯腔体，如图1标号2所示。在粉末成型压机上进行低压预压密封处理，压力条件为2MPa，得到Φ14×3.2mm钼杯密封的致密Bi-Mn样品块。如附图3所示：将密封后的钼杯样品块装入容积约为40ml的陶瓷坩埚内，如图3标号7所示。按照钼杯封闭式腔体（预压后）8、大孔径金属网9从上到下的顺序进行安置，在马弗炉内进行低温热处理，烧结温度为270℃、保温时间为50h，淬冷后获得Φ13.5×3mm高纯度MnBi合金圆柱块体样品。实施例2如附图1所示：选取质量3.0g的Bi和Mn混合粉末（平均粒径为3-5μm、摩尔比1:1.3）作为原材料，如图1标号1所示。将混合粉末装入外杯Φ13.65×5mm、内杯Φ13.38×5mm的钼杯腔体，如图1标号2所示。在粉末成型压机上进行低压预压密封处理，压力条件为15MPa，得到Φ14×3.2mm钼杯密封的致密Bi-Mn样品块。如附图3所示：将密封后的钼杯样品块装入容积约为40ml的陶瓷坩埚内，如图3标号7所示。按照钼杯封闭式腔体（预压后）8、大孔径金属网9从上到下的顺序进行安置，在马弗炉内进行低温热处理，烧结温度为280℃、保温时间为20h，淬冷后获得Φ13.5×3mm高纯度MnBi合金圆柱块体样品。实施例3如附图1所示：选取质量3.0g的Bi和Mn混合粉末（平均粒径为3-5μm、摩尔比1:2）作为原材料，如图1标号1所示。将混合粉末装入外杯Φ13.65×5mm、内杯Φ13.38×5mm的钼杯腔体，如图1标号2所示。在粉末成型压机上进行低压预压密封处理，压力条件为40MPa，得到Φ14×3.2mm钼杯密封的致密Bi-Mn样品块。如附图3所示：将密封后的钼杯样品块装入容积约为40ml的陶瓷坩埚内，如图3标号7所示。按照钼杯封闭式腔体（预压后）8、大孔径金属网9从上到下的顺序进行安置，在马弗炉内进行低温热处理，烧结温度为400℃、保温时间为1h，淬冷后获得Φ13.5×3mm高纯度MnBi合金圆柱块体样品。实施例4如附图1所示：选取质量3.0g的Bi和Mn混合粉末（平均粒径为3-5μm、摩尔比1:1.3）作为原材料，如图1标号1所示。将混合粉末装入为外杯Φ13.65×5mm、内杯Φ13.38×5mm的钼杯腔体，如图1标号2所示。如附图2所示：按照钼杯封闭式腔体3、石墨套件（石墨管、石墨片）4、钢帽5从内至外的顺序进行组装，最后一并放入叶腊石复合块6中，在六面顶压机（CS-IV型）上进行高压预压密封处理，压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯度MnBi合金的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：①、选取Bi和Mn粉末作为原材料；②、将上述①中选取的Bi和Mn粉末按照一定配比，均匀混合后封装于钼杯中，通过粉末成型压机对钼杯样品进行低压预处理或通过国产六面顶液压机对钼杯样品进行超高压预处理；③、将②中预压处理后的钼杯腔体置于坩埚内，经过低温烧结、淬冷程序完成MnBi合金的制备。

【技术特征摘要】
1.一种高纯度MnBi合金的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①、选取Bi和Mn粉末作为原材料；
②、将上述①中选取的Bi和Mn粉末按照一定配比，均匀混合后封装于钼杯中，通过粉末成型压机对钼杯样品进行低压预处理或通过国产六面顶液压机对钼杯样品进行超高压预处理；
③、将②中预压处理后的钼杯腔体置于坩埚内，经过低温烧结、淬冷程序完成MnBi合金的制备。
2.根据权利要求1所述的一种高纯度MnBi合金的制备方法，其特征在于：所述的Bi和Mn为99%-99.999%的纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海波，贾洪声，鄂元龙，鲁铭，
申请(专利权)人：吉林师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22