一种Mn-Zn铁氧体纤维及其制备方法技术

一种Ｍｎ－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镁、锰、锌、铁的金属盐为原料，经化学反应制备得到前驱体溶液，然后再减压脱水得到前驱体凝胶，进而纺丝得到凝胶纤维素丝，再将凝胶纤维素丝焙烧，得到尖晶石型Ｍｇ↓［１－ｘ－ｙ］Ｍｎ↓［ｘ］Ｚｎ↓［ｙ］Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［４］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络合凝胶先驱体转化法在较低的烧成温度下得到直径均匀、表面光滑、具有较大长径比的Ｍｎ－Ｚｎ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。

【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Mn-Zn (Mgl.x.yMnxZnyFe204: 0<x<l， 0<y<l， l-x-y》0)系列铁氧体陶瓷纤维及其制备方法。
技术介绍
尖晶石型Mn-Zn铁氧体材料的开发源于二次世界大战，由于雷达的专利技术，需 要使用能在中高频和高频领域工作的软磁材料，而Mn-Zn铁氧体是一种双复 介质，在高频下具有电损耗和磁损耗等多重吸波机制，因而被广泛应用 作雷达波的吸波材料。又由于Mn-Zn铁氧体在高频具有高磁导率，高电阻率， 低损耗等特点，并且具有批量生产容易、性能稳定、特别是成本低等特点，因 而迅速由军工推广应用于通信、传感、音像设备、开关电源和磁头等民用和工业 方面。Mg-Mn-Zn铁氧体是Mn-Zn铁氧体的一个派生，同样具有良好的高频特 性，并且在民用产品方面可以部分替代Ni-Zn系列铁氧体材料，不需要战略物质 镍，可以较大幅度降低产品的成本。随着21世纪微波、微电子工程技术的发展，对软磁铁氧体材料提出了更高 的要求。作为吸波剂，尖晶石型Mn-Zn铁氧体的晶体结构具有较高的对称性，各 向异性场很小，因而其共振频率较低，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Mn-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Mn-Zn铁氧体纤维的形状各向异性的结构特点有望打破由于晶体结构对称性 而导致的晶体场的对称，从而提高Mn-Zn铁氧体在高频段对电磁波的吸收。另 外，通过改变Mn-Zn铁氧体纤维的长径比和纤维的排列方式以及和其他种类吸 波纤维的混编，可以实现拓宽和控制材料的吸波频段。相对于粉体材料，Mn-Zn 铁氧体纤维更具有占空比低、强度大等特点,可应用在航空航天、电磁屏蔽、国 防军事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、物理成形法、气相合成法以及先驱 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[The manufacture,characterisation and microwave properties of aligned M ferrite fibres.Joumal of Magnetism and Magnetic Materials, 1998(186): 326-332; A halide free route to the manufacture of microstructurally improved M ferrite (BaFe^Ow and SrFei20i9) fibres, Journal of the European Ceramic Society，2002(22):2039-2045.]提出 采用盐酸胶溶法制备磁铅石型BaM和SrM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MeFe204(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80(M100'C后得到的纤维的直径0.1~20pm，长 度0.001 lm，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Mn-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Mn-Zn (Mgl.x.yMnxZnyFe204: 0<x<l， 0<y<l， l-x-y》0)系列铁氧体陶瓷纤维，在溶胶-凝胶法的基础上，采用 有机络合凝胶先驱体转化法，将金属的有机盐或无机盐溶于适当的溶剂中，配置成均匀透明的溶液，达到近似分子水平的混合；为使前驱物在溶剂中发生水解-縮聚反应，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。一种Mn-Zn铁氧体纤维，分子式为MgLx.yMiixZnyFe204: 0<x<l， 0<y<l， l-x-y》0，纤维的直径0.2~100nm，纤维长度5nm 2m。 上述的Mn-Zn铁氧体纤维制备方法，包含以下步骤(1) 前驱体溶液的制备首先将乙酸镁或硝酸镁作为镁源，乙酸锰或硝酸锰作 为锰源，乙酸锌或硝酸锌作为锌源，硝酸铁作为铁源以及柠檬酸(CA)溶于去离子 水中，Mg2+: Mn2+: Zn2+: Fe3+: CA的摩尔比为(l-x-y): x: y: 1.8~2.2: 2.5~8， 其中(Xx〈， 0<y<l， l-x-y》0，搅拌均匀，室温下搅拌8 30小时；(2) 将制备好的前驱体溶液减压脱水，得到凝胶，通过挑丝、抽丝或甩丝得到 凝胶纤维素丝，将凝胶纤维素丝进行烘干；(3) 将凝胶纤维素丝在350 100CTC的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Mn-Zn铁氧体纤维。步骤1中的前驱体溶液中的Mg离子浓度(0.01 1) (l-x-y)mol/L， Mn+的浓 度(0.01 l)x ， Zn2+的浓度(0.01 1) y ， Fe的浓度0.02~2mol/L。步骤2中前驱体溶液减压脱水后得到凝胶，将凝胶纺丝得到的凝胶纤维素丝 置于60 10(TC下进行烘干。本专利技术首次采用有机络合凝胶先驱体转化法制备出了 Mn-Zn (Mgl.x.yMnxZnyFe204: 0<x<l， 0<y<l， l-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。本专利技术在焙烧过程中无需严格的操作气氛、合成温度低、易于控制过程参数 和微观结构、制备纯度较高，另外，本专利技术还具有工艺简单、成本较低、易于规 模化和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l: Mn-Zn系列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:尖晶石型Mna4Zna6Fe204铁氧体纤维XRD衍射图； 图3-b:尖晶石型Mno.4Zno.6Fe204铁氧体纤维SEM形貌照片； 图4-a:尖晶石型Mno.6Zno.4Fe204铁氧体纤维的XRD衍射图； 图4-b:尖晶石型Mno.6Zno.4Fe204铁氧体纤维SEM形貌照片； 图5-a:尖晶石型Mna8Zno.2Fe204铁氧体纤维的XRD衍射图； 图5-b:尖晶石型Mno.8Zno.2Fe204铁氧体纤维SEM形貌照片； 图6-a:尖晶石型Mga2Mna2Zno..6Fe204铁氧体纤维的XRD衍射图； 图6-b:尖晶石型Mgo.2Mn0.2Zno.6Fe204铁氧体纤维SEM形貌照片； 图7-a:尖晶石型MgaiMna6Zna3Fe204铁氧体纤维的XRD衍射图； 图7-b:尖晶石型MgaiMno.6Zn0.3Fe204铁氧体纤维SEM形貌照片； 图8-a:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｍｎ－Ｚｎ铁氧体纤维，分子式为：Ｍｇ↓［１－ｘ－ｙ］Ｍｎ↓［ｘ］Ｚｎ↓［ｙ］Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［４］：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】
1、一种Mn-Zn铁氧体纤维，分子式为Mg1-x-yMnxZnyFe2O40＜x＜1，0＜y＜1，1-x-y≥0，纤维的直径0.2～100μm，纤维长度5μm～2m。2、 上述的Mn-Zn铁氧体纤维制备方法，包含以下步骤(1) 前驱体溶液的制备首先将乙酸镁或硝酸镁作为镁源；乙酸锰或硝酸锰作 为锰源；乙酸锌或硝酸锌作为锌源；硝酸铁作为铁源以及柠檬酸(CA)溶于去离子 水中，Mg2+: Mn2+: Zn2+: Fe3+: CA的摩尔比为(l-x-y): x: y: 1.8~2.2: 2.5~8， 其中(Xx〈1， 0<y<l， l-x-y》0，搅拌均匀，室温下搅拌8 30小时；(2) 将制备好的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈湘黔，贾国秀，周建新，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]