一种高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，具体为：按照铁氧体-碳纳米管复合材料的化学式中各元素的化学计量比称取原料，合成铁氧体-碳纳米管复合材料粉体，再经造粒成型得到铁氧体-碳纳米管复合材料胚体，将该胚体装入由透波材料制成的匣钵内，然后将匣钵放入专业微波炉内，在惰性气氛下，通过调整微波功率，控制升温速率，加热升温至烧结温度，最后冷却至室温，得到铁氧体-碳纳米管复合块体材料。本发明专利技术制得的铁氧体-碳纳米管复合块体材料的相对密度高达99.99％，电磁性能优良，并且一致性优良，大大降低了变形开裂现象，提高了成品率，另外还降低了烧结温度，缩短了保温时间，大幅提升了生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性复合材料
，特别涉及。
技术介绍
铁氧体是一种双复介质，不但具有一般介质材料的欧姆损耗、极化损耗、离子和电子共振损耗，还具有铁氧体特有的畴壁共振损耗、磁矩自然共振损耗和粒子共振损耗，因此，作为微波吸收材料至今仍是科研技术工作者的研究重点。碳纳米管(CNTs)材料具有优异的轴向拉伸强度、高弹性模量以及高电导率，是一种理想的一维纳米填充材料。将碳纳米管与铁氧体复合形成铁氧体-碳纳米管复合材料，一方面可以降低碳纳米管的介电损耗， 从而改善其阻抗匹配，另一方面还可以提高铁氧体的电导率，改善铁氧体的吸波性能。目前，关于铁氧体-碳纳米管复合粉体材料的合成，已有一些文献和专利报道。例如，Cao HQ等用共沉淀水热法制备了 CNTs-Nia5Zna5Fe2O4粉体，得到室温矫顽力为3860e，饱和磁化强度为28. 82emu/g。申请号为CN200510110183. 3的专利申请公开了一种采用共沉淀水热法制备碳纳米管/镍锌铁氧体复合材料的方法；申请号为CN200810202166.6的专利申请公开了一种采用醇热法制备碳纳米管(MWCNTs)/锰锌铁氧体(Μη1-ΧΖηΧ ^204)磁性纳米材料的方法；申请号为CN200910095790. 5的专利申请公开了一种利用碳纳米管为载体结合溶胶凝胶技术的钡铁氧体纳米磁性材料的制备方法；申请号为CN200910045809. 5的专利申请公开了一种以聚乙二醇做介质的水热合成镍锌铁氧体(NihZnxFe2O4)包覆碳纳米管磁性纳米复合材料的方法；申请号为CN200910190133. 9的专利申请提供了一种共沉淀水热法制备锰锌铁氧体包覆的碳纳米管磁性材料的方法；申请号为CN20101013M11. 8的专利申请公开了一种共沉淀水热法制备MWCNTs/COl_xaixFe204磁性纳米复合材料的方法；申请号为CN101475367-A的专利申请公开了一种新型溶胶凝胶法制备钡铁氧体复合碳纳米管的方法；公开号为CN101834044A的专利申请公开了一种水热法合成锰锌铁氧体包覆碳纳米管复合材料的制备方法。因此，目前针对铁氧体-碳纳米管复合材料的研究主要集中在粉体的合成以及粉体性能的研究，而对铁氧体-碳纳米管复合材料的块体制备以及块体性能方面的研究较少。而随着电子计算机及电子通讯等电子信息产业的迅猛发展，电子设备不断朝着小型化、 薄型化、高性能化方向发展，因而要求铁氧体复合材料向高性能、新功能方向发展。其中，铁氧体复合材料的烧结致密化程度对其块体材料的饱和磁化强度、矫顽力、磁导率等关键磁性能参数有重要影响。因此，对铁氧体复合块体材料的烧结技术也提出了更高的要求，以提高铁氧体复合材料的烧结致密化程度。但是，目前国内外工业化生产中，铁氧体复合块体材料的烧结基本采用传统的电炉加热烧结方法，主要依靠热传导、热辐射及对流方式，能量由外向内逐步传递而实现整体加热。这种加热烧结方法的烧结致密化程度有待提高，而且由于内外温度梯度较大，导致铁氧体复合块体材料的一致性能较低，容易变形开裂，成品率低。另外，这种烧结方法效率较低、生产周期长、能耗大。因此，提高铁氧体-碳纳米管复合块体材料的致密化程度，以改善该复合块体材料的饱和磁化强度、矫顽力、磁导率等关键磁性能参数，将对拓宽铁氧体-碳纳米管复合块体材料的应用领域，具有重要的研究价值。
技术实现思路
本专利技术是针对上述技术现状，提供一种高效、节能、成本低廉并且易于产业化的铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，利用该制备方法能够得到高致密度、电磁性能优良的铁氧体-碳纳米管复合块体材料。本专利技术实现上述技术目的所采用的技术方案为，具体为按照铁氧体-碳纳米管复合材料的化学式中各元素的化学计量比称取原料，合成铁氧体-碳纳米管复合材料粉体，再经造粒成型得到铁氧体-碳纳米管复合材料胚体，将该胚体装入由透波材料制成的匣钵内，然后将匣钵放入专业微波炉内，在惰性气氛下，通过调整微波功率，控制升温速率，加热升温至烧结温度，最后冷却至室温，得到铁氧体-碳纳米管复合块体材料。上述技术方案中铁氧体-碳纳米管复合材料中的铁氧体包括但不限于化学式为MeFe2CV AFe12O19^ R3Fe5O12等体系的铁氧体。其中Me元素可以是Ni、Mn、Zn、Cu、Co、Fe、Li、Mg、Cr、Ca、Ba元素中的一种或两种以上元素的组合；A元素可以是Ba、Co、Ni、Mn、Zn、Cu、Fe、Li、Mg、Cr、Ca 元素中的一种或两种以上元素的组合；R元素可以是Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、 Lu等稀土元素；铁氧体-碳纳米管复合材料中的碳纳米管包括但不限于单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管；铁氧体-碳纳米管复合材料粉体的合成方法包括但不限于化学共沉淀法、共沉淀-水热法、固相球磨法、溶胶-凝胶法或者自蔓延燃烧法，其中共沉淀-水热法和化学共沉淀法有利于在原子尺度范围内原位包覆合成纳米粉体，因此优选采用这两种方法合成铁氧体-碳纳米管复合材料粉体。合成铁氧体-碳纳米管复合材料粉体时采用的原料可以是所述铁氧体-碳纳米管复合材料化学式中相应元素的单质、氧化物、氟化物、氮化物、溴化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐，也可以是所需原料元素的前躯体。将铁氧体-碳纳米管复合材料粉体经造粒成型得到铁氧体-碳纳米管复合材料胚体的过程中，造粒方法包括但不限于人工造粒或者喷雾造粒，成型方法包括但不限于注浆成型、冷等静压成型、热等静压成型、干压成型或者湿压成型。专业微波炉可以选自网带式微波炉/窑、推板式微波炉/窑、辊道式微波炉/窑、 梭式微波炉/窑、箱式微波炉/窑及钟罩式微波炉/窑中的一种，专业微波炉的微波频率一般为 300MHz 300GHz，优选的频率为 2. 45GHz、5. 8GHz、0. 915GHz 或 24. 15GHz。匣钵由透波性能较好的材料制成，优选由A1203、BN、莫来石等材料中的一种或几种的复合材料制成。专业微波炉的炉腔内惰性气氛的创建一般是将装有铁氧体-碳纳米管复合材料胚体的匣钵放入专业微波炉中后，首先对专业微波炉抽真空处理，然后通入惰性气体至常压或者较高压强，惰性气体包括但不限于氮气(N2)、氩气(Ar)、氦气(He)等气体中的一种或几种的混合气体。向专业微波炉的炉腔内通入惰性气体的流速为0 lOL/min，优选流速为 0. 01L/min 0. 5L/min。为了改善铁氧体-碳纳米管复合材料的性能，加热升温至烧结温度后优选进行保温处理，保温时间优选为0. 1 100h，进一步优选为0. 1 10h。为了降低烧结温度，改善材料的性能，可在原料中加入各种助溶剂，助溶剂包括但不限于Si02、V2O5, Bi203、CuO, BiN03> CuNO3等中的一种或者几种的混合。为了提高升温速率，更好地保持环境温度场的均勻性，优选在匣钵内加辅热材料。 辅热材料可直接与样品接触或者保持一定的距离。辅热材料包括但不限于铁氧体、SiC、Co2O3> CuO、无定形碳、石墨、WO3> MoS2, PbS、 CuFeS2^ffC以及^O2等中的一种或者几种的混合物。为了增加保温效果，优选将匣钵放入保温装置内，然后进行微波加热。匣钵和保温装置内壁之间填入保本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高致密度铁氧体－碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是：按照铁氧体－碳纳米管复合材料的化学式中各元素的化学计量比称取原料，合成铁氧体－碳纳米管复合材料粉体，再经造粒成型得到铁氧体－碳纳米管复合材料胚体，将该胚体装入由透波材料制成的匣钵内，然后将匣钵放入专业微波炉内，在惰性气氛下，通过调整微波功率，控制升温速率，加热升温至烧结温度，最后冷却至室温，得到铁氧体－碳纳米管复合块体材料。

【技术特征摘要】
1.一种高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是按照铁氧体-碳纳米管复合材料的化学式中各元素的化学计量比称取原料，合成铁氧体-碳纳米管复合材料粉体，再经造粒成型得到铁氧体-碳纳米管复合材料胚体，将该胚体装入由透波材料制成的匣钵内，然后将匣钵放入专业微波炉内，在惰性气氛下，通过调整微波功率，控制升温速率，加热升温至烧结温度，最后冷却至室温，得到铁氧体-碳纳米管复合块体材料。2.根据权利要求1中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是所述的铁氧体是化学式为Mei^e2CVAFe12O19或者Rfe5O12的铁氧体；其中Me元素是 Ni,Mn,Zn,Cu,Co,Feai>Mg,Cr,Ca,Ba元素中的一种或两种以上元素的组合；A元素是Ba、 Co、Ni、Mn、Zn、Cu、Fe、Li、Mg、Cr、Ca元素中的一种或两种以上元素的组合；R元素是Y、Sm、 Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu稀土元素中的一种元素或者两种以上元素的组合。3.根据权利要求1中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是所述的碳纳米管包括单壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。4.根据权利要求1中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是所述的铁氧体-碳纳米管复合材料粉体的合成方法包括化学共沉淀法、共沉淀-水热法、固相球磨法、溶胶-凝胶法或者自蔓延燃烧法。5.根据权利要求1中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是所述的原料是铁氧体-碳纳米管复合材料化学式中相应元素的单质、氧化物、氟化物、氮化物、溴化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐，也可以是所需原料元素的前躯体。6.根据权利要求1中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是所述的专业微波炉选自网带式微波炉/窑、推板式微波炉/窑、辊道式微波炉/窑、 梭式微波炉/窑、箱式微波炉/窑及钟罩式微波炉/窑中的一种。7.根据权利要求1中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是所述的专业微波炉的微波频率为300MHz 300GHz。8.根据权利要求1中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是所述的专业微波炉的微波频率为2. 45GHz,5. 8GHz、0. 915GHz或24. 15GHz。9.根据权利要求1中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是所述的匣钵由氧化铝、氮化硼和莫来石材料中的一种或几种的复合材料制成。10.根据权利要求1中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是所述的惰性气体包括氮气、氩气、氦气中的一种或几种的混合气体。11.根据权利要求1中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是加热升温至合成温度后进行保温处理，保温时间为0. 1 100h。12.根据权利要求11中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法， 其特征是所述的保温时间为0.1 10h。13.根据权利要求1中所述的高致密度铁氧体-碳纳米管复合块体材料的制备方法，其特征是所述的原料中加入助...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆，周小兵，胡春峰，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：97