铁氧体磁性材料应用的进展及合成方法.pdf
第1 9卷第2期20 00年6月世界WORLD地质GEOLOGYVol.19Ju n.N o200 0铁氧体磁性材料应用 的进展及合成方法车平,陈博,甘树才(长春科技大学应用理学院,吉林长春13002 6摘要:综述了近年来铁氧体磁性材料应用及合成领域的一些最新研究进展。详细介绍了M一型和W一型铁氧体磁性材料的应用;介绍了最新的几种合成方 法,包括水热 法、醉盐水解法、微乳液法、共沉淀 法和溶胶凝胶法。关健词:铁氧体磁性材料;超微粉末;合成方 法中图分类号:P 61 9.2文献标识码:A文章编号:10 04一5 589(20 00)0 2一020 5一0 40引言铁氧体一般是指铁族和其他一种或几种适当的金属元素的复合氧化物。磁铁矿是人类最早接触的铁氧体。到了本世纪s o年代,高频无线电技术迫切要求既具有铁磁性又具有高电阻率的材料,高电阻铁磁介质的实际重要性使人们重新考虑磁性氧化物。1应用现状近年来工业的发展,使得铁氧体磁性材料得到了更加广泛的应用。在国防及其他领域中,微波技术应用日趋普遍。同时,微波信息对人类的生活优化也具有 重要 的作用。但是,在全球范围内,微波辐射对人类的身心健康存在着不可忽视的危害。因而近年来研究性 能优良的吸波材料成为热点,这不仅对于国防的隐身技术,而且对保证人体健康都有着十分重要的意义。随着科技的发展,大量的信息需要被记录、复制、传送及分析,新的记录材料的研究也是人们感兴趣的问题。已有文献报道铁氧体磁性材料在微波吸收及磁记录方面发挥了重要作用,显示了巨大优势。铁氧体微波吸收剂在吸收雷达波、减少电磁波对测试信号的干扰和保护人体免受微波辐射的侵害方面得到了广泛应用川;铁氧体磁记 录材料以其高频损耗小、密度高、耐磨及寿命长等优点而倍受青睐2。有文献报道显示,稀土等轴尖晶石型及石榴石型磁性材料的研制在一些方面提高了单相铁氧体材料的电磁性能3。1.1R AM技术的发展R AM(Ra da rAbs o rb in gMa te ri a ls)是指通过 自身的吸收作用(将雷达波转化成机械能、热能、电能等)减小目标雷达散射截面(RC S)的材料。经合理的结构设计,阻抗匹配设计及采用适 当的成型工艺,R AM几乎可以完全衰减、吸收人射的电磁波能量。铁氧体吸收剂具有较高的磁损耗正切角,依靠磁滞损耗、畴壁共振和自然共振、后效损耗等磁极化机制衰减、吸收电磁波。铁氧体按其微观结构的不同可分为六角晶系磁铅石型,立方晶系尖晶石型和石榴石型收稿日期:19 99一12一13作者简介:车平,男,197 1年生,硕士生,主要从事微结构分析研究20 6世界地质2 00 0年三个主要系列,均可作为吸收剂。磁铅石型以E厄Fel Zqg为代表。若以二价离子M矛+(吨,Mn,F e,。,N i,Z n,C u)部分置换B a z+可形成成分为13 ao一Me o一F电场的,结构形式分别为W,M,X,Y,Z,U型复合晶体。其中目前以w一型平面六角铁氧体应用最为广泛。随着隐身一反隐身技术的不断发展,只适应一两个相应 频率的R AM将很难在今后 的控制系统中具有实战意义,因此目前研究较多的是多频谱吸收材料,例如能同时衰减雷达波和红外信号的超宽频域隐身材料。此外随着毫米波雷达和超视距雷达的逐步完善,相应的R AM无疑是一个明确的目标。针对上述情况,近年来在铁氧体方面较为系统地研究了各种尖晶石型和石榴石型以及六角晶系磁铅石型微波材料,以及它们与橡胶混合组成的复合材料的微波磁导率、微波电容率(介电系数)、微波磁共振等特性与材料结构类型、化学组分、制备工艺和复合形态等关系。从大量研究中观测到高磁各向异性场的六角晶系磁铅石型铁氧体及其橡胶复合材料具有较好的包括微波特性的综合性能。1.2高密度磁记录材料钡六方铁氧体作为高密度磁记录材料有着优良性 能。有人研究肠2十掺杂M一型B a铁氧体的磁化强度及磁晶各向异性,认为Q尹十掺杂M一型B a铁氧体易产生单轴各向异性。同时Co Z+一T i4+掺杂M一型Ba铁氧体也被研究用于磁记录材料4,使得铁氧体在这方面的应用取得了一些进展。但是,近年来各种需要记录的信息飞速增加,要求记录材料高性能化,特别是记录高密度化。高密度的记录材料与超微粒有密切关系5。2合成方法喷雾热解法将金属盐溶液与可燃性液体燃料混合,在高温时以雾化状态进行 喷射燃烧,经瞬时加热分解,得到高纯度的超微粉末,此法即为喷雾热解法“。例如:B a(Nq):一Fe(Nq)3且正e12q9+Nq+q该法干燥时间短,颗粒组分来不及偏析,所得颗粒组成均匀;操作简单,一次成型,保证了纯度。但该法分解后的气体往往具有腐蚀性,影响设备的寿命。醇盐水解法该法通过醇盐在碱性溶液(多以氨水为介质)中水解和热处理可得超微粉末。碱金属、碱土金属、稀土元素等可以与乙醇直接生成易水解的金属醇盐。M+直ROHe s卜M(OR)n+n龙践金属醇盐加水水解,产生金属元素的氢氧化物、氧化物及水合物沉淀,经过滤、干燥、焙烧即得超微粉末。利用这种方法所得的粉末纯度高、粒度小、粒度分布窄,且成分易于控制,但原料成本昂贵,醇盐制备困难,合成周期长。水热合成法水热反应通 常指在10 0,105Pa以上,实现常温下缓慢反应的快速化。以 致正elZqg为例,将铁和钡的氧化物(或盐类)与碱液以一定比例混合,温度在2 00一28 0之间可得粒径在10 0左右的六角片状晶体仁7。水热法对原料要求高,水热时间的长短、水热温度的高低常对产物的颗粒大小及粉末的磁学性能有较大的影响。微乳液法微乳液法 s 是近年来发展起来的一种制备超微粉末的有效方法。所谓微乳液是指热力学上稳定的两种互不相溶的液体组成的宏观上均一而微观上不均匀的液体混第2期车平,陈博,甘树才:铁氧体磁性材料应用的进展及合成方法合物。以BaFe12O 19为例,F e(Nq)3、B a(Nq):的微乳液滴与N氏(OH)的微乳液滴经过碰撞、融合、反应,得到沉淀。再经分离、洗涤、干燥、锻烧即得粒径小于10 0nm的BaFelZO 19超微粉末。由于反应在溶液中进行,所得物质粒径小、粒度分布均匀、纯度高,且具有粒径大小可控制的特点。共沉淀法该法将沉淀剂加人混合金属盐中,促使各组分均匀沉淀,然后加热获得纳米粒子。以BaF e1 2O 19合成为例:12F e(NQ 3)3+B a(N马):+38NaOH=12Fe(OH)3+B a(OH):+38 NaNQ 3热水洗涤沉淀,在85 0一9 50缎烧可得粒径为10 0左右的粉末:12F e(OH)3+B a(OH)2=B aF elzolg+19H 2O该法要求的工艺简单、经济。但使用该法易引人杂质,有时形成的沉淀呈胶体状态难于过滤和洗涤。溶胶一凝胶法溶胶一凝胶法 9 将易于水解的金属化合物(无机盐或金属醇盐)在某种溶剂中与水发生反应,再经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化,干燥、烧结等处理后得到所需物质。对于成盐性质 随溶液酸度变化的元素(如稀土元素、铁及其他过渡金属元素)可用高分子网络法,将络合剂加人多组分无机盐溶液中,加人水溶性高分子单体及网络剂,最后加人引发剂,加热聚合得高分子凝胶,再将凝胶缓慢加热分解即得所需物质。溶胶一凝胶方法与其他的化学合成法比较,具有独特的优点:(1)形成溶胶的过程中,原料很容易达到分子水平上的均匀,且易于实现痕量元素的掺杂。(2)反应在较低的温度下即可完成。(3)选择合适的条件,可以合成各种新型材料。但该法目前也存在一些 问题,如反应过程过长、干燥时凝胶易开裂等。以上介绍的几种方法都是合成铁氧体磁性材料超微粉的有效方法,本文作者利用共沉淀法、溶胶一凝胶法合成了B al一x肠xF el Zqg(x=0.0 0一0.30)系列化合物。3展望正如前文所说,铁氧体微波吸收剂及铁氧体磁记录材料已引起人们相当的重视。尽管高度的军事敏感性及技术保密性使微波吸收剂的研究和应用情况笼罩在迷雾之 中,但文献显示各科研机构对铁氧体吸收剂的研究主要集中在提高材料的磁导率、拓宽吸收频带及降低比重几个方面。在磁记录方面,近年来开发出的超微粉用于制备磁记录材料,材料性能有了很大提高。由于超微粒子特殊的表面效应、体积效应及量子隧道效应,对这一类超微粒子的结构、磁性及合成工艺的研究具有重要的意义。超微粉 的制备,尤其是化学制备,在超微粉的研究中占有重要地位。依据化学手段,如化学体系设计得好,往往不需复杂的仪器,仅通过相对简单的溶液过程就可以对材料性能进行“裁剪”。由于其易于放大,会有广阔前景。参考文献:1C比S B,Ka ngD H,OhJH.Relatio nb etw e e nmagnetiepmp ertie sa ndmic r o w a v e一a巨刃rbi馆。ha r a cte r-i stic sofNIZl lCbfe mtec om 砰笼ite sJ.Jo u r n alo fMate r ia ls弘e ne e,1996,31(9):4 7 19 一4 72 2.2A面eAJo umalMR,卜 巨币5I R,e ta l.E ff e Cto fhy dr othe r mal卿the s iso fh 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