第十五章磁记录介质与氧化铁磁粉ppt课件.ppt

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1、磁记录介质与氧化铁磁粉化工B112班 章象霈 201101034223磁记录介质与氧化铁磁粉v概述概述v制备制备-Fe-Fe2 2O O3 3 磁粉的传统工艺磁粉的传统工艺v-FeOOH-FeOOH微晶的合成微晶的合成v钴改性氧化铁磁粉的制备钴改性氧化铁磁粉的制备v均分散的氧化铁纳米颗粒均分散的氧化铁纳米颗粒v四氧化三铁制备的研究进展四氧化三铁制备的研究进展一、概述一、概述1 1.磁记录过程简介磁记录过程简介 记录磁头的线圈通电后在磁场间隙产生磁记录磁头的线圈通电后在磁场间隙产生磁场，带有磁性记录材料的带或盘与磁头发生相对场，带有磁性记录材料的带或盘与磁头发生相对运动，线圈中的电流产生的磁头场

2、磁化介质磁层，运动，线圈中的电流产生的磁头场磁化介质磁层，随时间变化的电信号就沿着介质表面的磁随时间变化的电信号就沿着介质表面的磁 迹转化成了空间迹转化成了空间 磁性码被记录。磁性码被记录。所谓的读取和存储信息，其实是相互逆向的过程 读取：由基底携带的磁性码通过磁头，使磁 头内的磁通量发生变化，导致线圈内 部的磁通量改变，产生信号电流。由 于磁性码不同，信号电流不一样，就 可以产生不同的信息或内容。相反，存储就是读取的逆向过程磁记录的基本知识v磁化强度M M=*H为磁化率：表征磁介质属性的物理量 磁化率越高，在相同的外磁场下，磁介质的磁化强度就会越高。v磁性材料的磁感应强度 B=*（M+H）为

3、真空磁导率2.2.2.2.磁滞回线和基本磁化曲线磁滞回线和基本磁化曲线磁滞回线和基本磁化曲线磁滞回线和基本磁化曲线 当当铁铁磁磁质质达达到到饱饱和和状状态态后后，缓缓慢慢地地减减小小H，铁铁磁磁质质中中的的B并并不不按按原原来来的的曲曲线线减减小小，并并且且H=0时时，B不不等等于于0，具具有有一一定定值，这种现象称为值，这种现象称为剩磁剩磁。-HcdHc-BrefBrcbBHaO 要要完完全全消消除除剩剩磁磁Br，必必须须加加反反向向磁磁场场，当当B=0时时磁磁场场的的值值Hc为铁磁质的为铁磁质的矫顽力矫顽力。当当反反向向磁磁场场继继续续增增加加，铁铁磁磁质质的的磁磁化化达达到到反反向向饱饱

4、和和。反反向向磁磁场场减减小小到到零零，同同样样出出现现剩剩磁磁现现象象。不不断断地地正正向向或或反反向向缓缓慢慢改改变变磁磁场场，磁磁化化曲曲线线为为一一闭闭合合曲线曲线磁滞回线磁滞回线。由图得以下几点：1.有公式 M=*H 可知，当M达到饱和值时，M不再变大，则H越大，越小；2.矫顽力Hc表示着该磁性材料被完全退磁的难度，Hc越大，则该材料越难被退磁。所以，一般的磁带等信息存储体常使用Hc较大的磁性材料作为制作原料3.3.磁记录介质对磁粉的要求磁记录介质对磁粉的要求v颗颗粒细小，均匀整齐粒细小，均匀整齐v晶型完整，孔洞、枝蔓等缺少，无烧结现象；晶型完整，孔洞、枝蔓等缺少，无烧结现象；v磁粉

5、颗粒的表面状态良好，易分散在黏合剂中；磁粉颗粒的表面状态良好，易分散在黏合剂中；v具有较高的饱和磁化强度具有较高的饱和磁化强度MSMS、矩形系数、矩形系数S S，从而有利于得，从而有利于得到较高的剩磁；到较高的剩磁；v具有合适的矫顽力具有合适的矫顽力v对磁头的磨损小对磁头的磨损小v化学性能稳定不易受空气或水分的影响而变化；化学性能稳定不易受空气或水分的影响而变化；v磁性能稳定，受热或受压退磁现象较轻；磁性能稳定，受热或受压退磁现象较轻；v成本低廉成本低廉 完全满足上面这些条件的磁粉是没有的，只有根据完全满足上面这些条件的磁粉是没有的，只有根据不同的应用对象来选择。不同的应用对象来选择。二、制备

6、二、制备-Fe-Fe2 2O O3 3 磁粉的传统工艺磁粉的传统工艺v 1.1.制备原理制备原理 铁氧化物的制备通常从可溶性铁盐加碱溶铁氧化物的制备通常从可溶性铁盐加碱溶液开始。向铁盐溶液中加入液开始。向铁盐溶液中加入NaOHNaOH或者或者NHNH4 4OHOH时，时，随着条件的不同可生成组成不同和晶体结构随着条件的不同可生成组成不同和晶体结构不同的氧化物。不同的氧化物。v2.-Fe2.-Fe2 2O O3 3 的制备的制备 制备氧化铁，一般都会想到，从亚铁溶液出发，制备氧化铁，一般都会想到，从亚铁溶液出发，经过碱性溶液的沉淀和空气氧化脱水制得。但是通经过碱性溶液的沉淀和空气氧化脱水制得。但

7、是通常形成各种形态的常形成各种形态的FeOOH,FeOOH,这些这些FeOOHFeOOH在加热脱水时生在加热脱水时生成的事最为稳定的成的事最为稳定的-Fe-Fe2 2O O3 3，而不是，而不是-Fe-Fe2 2O O3 3，所以所以这条路行不通。这条路行不通。v传统合成路线的缺陷：传统合成路线的缺陷：1.1.过程并非自发的，伴有很过程并非自发的，伴有很多影响因素，不易控制；多影响因素，不易控制；2.2.过程中需要添加抑制剂，过程中需要添加抑制剂，成本较高；成本较高；3.3.部分转化，转化率低。部分转化，转化率低。v19541954年年M.CamrasM.Camras提出了一个提出了一个由由F

8、eSOFeSO4 4制备制备-Fe-Fe2 2O O3 3的途径，的途径，这是一条迂回的但是比较可靠这是一条迂回的但是比较可靠的途径。该过程可分为以下几的途径。该过程可分为以下几步：步：(1)(1)制备制备-FeOOH-FeOOH FeFe2+2+2OH+2OH-=Fe(OH)=Fe(OH)2 2 4Fe(OH)4Fe(OH)2 2+O+O2 2=4-FeOOH+2H=4-FeOOH+2H2 2O(O(关键步骤关键步骤)(2)(2)脱水脱水 2-FeOOH=-Fe 2-FeOOH=-Fe2 2O O3 3+H+H2 2O O(3)(3)还原还原 3-Fe 3-Fe2 2O O3 3+H+H2

9、2=2Fe=2Fe3 3O O4 4+H+H2 2O O(4)(4)氧化氧化 2Fe 2Fe3 3O O4 4+O+O2 2=3=3-Fe2O3 -Fe-Fe2 2O O3 3 的制备步骤的制备步骤v 在以上的步骤中合成在以上的步骤中合成-FeOOH-FeOOH是最关键的是最关键的步骤，它决定了步骤，它决定了-Fe-Fe2 2O O3 3 的晶型，如果其他的晶型，如果其他步骤控制得当它的晶型基本不变。步骤控制得当它的晶型基本不变。v影响影响-Fe-Fe2 2O O3 3的因素：的因素：原料的纯度、原料的纯度、FeFe2+2+的的浓度、碱的种类与添加量、反应温度、空气浓度、碱的种类与添加量、反应

10、温度、空气吹入量等。吹入量等。三、三、-FeOOH-FeOOH微晶的合成微晶的合成1 1、合成原理、合成原理 利用空气缓慢氧化碱作用下的亚铁盐溶利用空气缓慢氧化碱作用下的亚铁盐溶液所形成的氢氧化铁悬浮液，合成铁黄液所形成的氢氧化铁悬浮液，合成铁黄-FeOOHFeOOH微晶。微晶。根据这一反应体系的相图中的根据这一反应体系的相图中的-FeOOH-FeOOH生成曲可以分为酸法和碱法两种合成方法。生成曲可以分为酸法和碱法两种合成方法。1.-FeOOH1.-FeOOH的酸法合成的酸法合成 合成路径：合成路径：最佳工艺条件：最佳工艺条件：c(Fe c(Fe2+2+)约为约为0.2mol/L,0.2mol

11、/L,溶液溶液PHPH值值 3.5-43.5-4，温度为温度为60-7060-70，陈化时间，陈化时间9h9h 酸法合成油碱耗低、容易洗涤等优点，尽酸法合成油碱耗低、容易洗涤等优点，尽管反应条件及产品质量控制比较困难，但仍然管反应条件及产品质量控制比较困难，但仍然是目前世界上磁粉生产的主要方法。是目前世界上磁粉生产的主要方法。v2.-FeOOH2.-FeOOH的酸法合成的酸法合成v 合成方法：合成方法：在酸性条件下，制备晶种，在一在酸性条件下，制备晶种，在一定条件下使其生长，严格控制工艺条件，从而定条件下使其生长，严格控制工艺条件，从而制备制备v 最佳工艺条件：最佳工艺条件：c(Fec(Fe2

12、+2+)约为约为0.2mol/L,0.2mol/L,溶液溶液PH PH 值值 3.5-43.5-4，温度为，温度为60-7060-70，陈化时，陈化时间间9h12,PH12,然后低温（然后低温（100100以下）干燥静置，水洗干燥可得到包以下）干燥静置，水洗干燥可得到包CoCo的的氧化铁。氧化铁。（2 2）压热合成法）压热合成法 铁黄脱水形成铁黄脱水形成-Fe-Fe2 2O O3 3时表面包覆一层时表面包覆一层SiOSiO2 2，然后用氢还原成包覆有，然后用氢还原成包覆有SiOSiO2 2的的FeFe3 3O O4 4粒粒子。用吸附法在其表面再包覆一层子。用吸附法在其表面再包覆一层Co(OH)

13、Co(OH)2 2，再经热压合成形成再经热压合成形成Co-FeCo-Fe3 3O O4 4 (3)(3)配位法配位法 添加配位剂使氧化铁与添加配位剂使氧化铁与CoCo2+2+离子形成配合物，离子形成配合物，加入碱液后，吸附在氧化铁表面的钴配何物逐加入碱液后，吸附在氧化铁表面的钴配何物逐渐分解形成渐分解形成Co(OH)Co(OH)2 2均匀的包覆在氧化铁表面。均匀的包覆在氧化铁表面。该法克服了吸附法中该法克服了吸附法中Co(OH)Co(OH)2 2公布不均匀的缺点。公布不均匀的缺点。(4)(4)磁场处理法磁场处理法 以磁粉微内核，采用吸附方法在表面包覆一层以磁粉微内核，采用吸附方法在表面包覆一层

14、Co(OH)Co(OH)2 2，然后把这种包覆了，然后把这种包覆了CoCo的磁粉分散到添的磁粉分散到添有甲基纤维素类的增稠剂溶液中，再将其置于有甲基纤维素类的增稠剂溶液中，再将其置于直流磁场中缓慢蒸发，在惰性气体的保护下热直流磁场中缓慢蒸发，在惰性气体的保护下热处理，最后以处理，最后以5/5/分的速率冷却。分的速率冷却。v综上所述，利用钴改性的氧化铁磁粉拥有很高的矫顽力，很适用于作为信息存储的材料五、均分散的氧化铁纳米颗粒五、均分散的氧化铁纳米颗粒 （1）特性：）特性：单分散或均分散体系在固单分散或均分散体系在固-液或固液或固-气但分散体系中的固体微粒呈现出大小一致，气但分散体系中的固体微粒呈

15、现出大小一致，形状相同。这类细小均匀，形状规整的粒子在形状相同。这类细小均匀，形状规整的粒子在新材料、元器件的制备中有着十分重要的作用新材料、元器件的制备中有着十分重要的作用 （2）制备方法：）制备方法：将将TETA对对FeFe3+3+的摩尔比（的摩尔比（01）在在50ml的磨口锥形瓶中加入的磨口锥形瓶中加入TETA和和10ml3.12x10-2mol/LFeCl溶液、溶液、5ml3.2x10-3mol/LHCl溶液，摇溶液，摇匀。将此瓶放在水浴中置于微波炉的中心位置。匀。将此瓶放在水浴中置于微波炉的中心位置。用高温加热，用高温加热，1min左右水浴沸腾。改为中火加热左右水浴沸腾。改为中火加热

16、或解冻加热，维持沸腾，持续或解冻加热，维持沸腾，持续4min。取出后置于。取出后置于95的超级恒温器中陈化，的超级恒温器中陈化，2d后取出进行离心分后取出进行离心分离。用丙酮洗涤沉淀至中性。离。用丙酮洗涤沉淀至中性。六、四氧化三铁制备的研究进展六、四氧化三铁制备的研究进展（一）生产（一）生产FeFe3 3O O4 4的传统工艺的传统工艺 合成机理：合成机理：2FeOH2FeOH+1/2O+1/2O2 2+2H+2H+=2FeOH=2FeOH2+2+H+H2 2O O 生成的生成的FeOHFeOH2+2+与与FeOHFeOH+发生共沉淀反应，生成发生共沉淀反应，生成FeFe3 3O O4 4粒子

17、，即：粒子，即：2FeOH2FeOH2+2+FeOH+FeOH+5OH+5OH-=FeFe3 3O O4 4+4H4H2 2O Ov制取方法：制取方法：vFeSOFeSO4 4溶液与溶液与NaOHNaOH溶液混合以生成溶液混合以生成Fe(OH)Fe(OH)2 2悬悬浮液。浮液。v为了避免为了避免Fe(OH)Fe(OH)2 2中生成细微中生成细微FeOOHFeOOH杂质颗粒，杂质颗粒，FeSOFeSO4 4溶液中不应含有溶液中不应含有Fe(3+)Fe(3+)，在升温过程中，在升温过程中应通人应通人N N2 2，在搅拌条件下加人所需要的，在搅拌条件下加人所需要的NaOHNaOH溶溶液。液。v中和反

18、应完成后，搅拌一定时间中和反应完成后，搅拌一定时间v通入空气氧化，或加人通入空气氧化，或加人KNOKNO3 3江溶液作氧化剂。江溶液作氧化剂。v将所得的将所得的Fe(OH)Fe(OH)2 2悬浮液在悬浮液在70807080温度下陈温度下陈化化46h46h，陈化后有黑色立方，陈化后有黑色立方FeFe3 3O O4 4生成。生成。vFeSOFeSO4 4与与 NaOH NaOH的投的投入量也影响获得产入量也影响获得产物的纯度。物的纯度。v如右图所示，当如右图所示，当FeSOFeSO4 4与与 NaOH NaOH完全完全反应生成反应生成Fe(OH)2Fe(OH)2时，恰好可以生成时，恰好可以生成纯正

19、的纯正的FeFe3 3O O4 4 且要且要求温度高于求温度高于7070度度 v影响因素：影响因素：反应体系中各组分的浓度，反应体系中各组分的浓度，PHPH值以及反应温度等条件都能影响所生成的值以及反应温度等条件都能影响所生成的FeFe3 3O O4 4粒子的大小和均匀性。粒子的大小和均匀性。v升高温度则促使粒径增大升高温度则促使粒径增大;v加大空气流量和采用双氧水作氧化剂，则促加大空气流量和采用双氧水作氧化剂，则促使氧化反应加速，减缓了使氧化反应加速，减缓了FeFe3 3O O4 4粒径的进一步粒径的进一步增大。增大。v在操作上应使反应溶液的温度和所鼓入空气在操作上应使反应溶液的温度和所鼓入

20、空气在反应溶液中分布均匀，否则会导致最后生在反应溶液中分布均匀，否则会导致最后生成的成的FeFe3 3O O4 4粒子的粒径显著不均。粒子的粒径显著不均。（二）表面包覆（二）表面包覆SiOSiO2 2的的FeFe3 3O O4 4的工艺研究的工艺研究 超细粉体通常因热处理二发生烧结、变形，形成超细粉体通常因热处理二发生烧结、变形，形成大粒子团聚体。为防止烧结通常在其表面包覆一层大粒子团聚体。为防止烧结通常在其表面包覆一层SiOSiO2 2。(1)(1)传统方法：传统方法：传统的包覆传统的包覆SiOSiO2 2工艺是向粒子的浆料中工艺是向粒子的浆料中加人碱性硅酸盐水溶液，然后缓慢滴加稀酸，调节加

21、人碱性硅酸盐水溶液，然后缓慢滴加稀酸，调节pHpH值，使粒子表面生成一层值，使粒子表面生成一层SiOSiO2 2包膜。包膜。v缺点：缺点：消耗酸和碱消耗酸和碱 滴酸过程中可能局部过酸，滴酸过程中可能局部过酸，可能形成单独的可能形成单独的SiOSiO2 2颗粒松弛地粘附在核上，不能颗粒松弛地粘附在核上，不能形成完整的包膜；形成完整的包膜；需要进行固液分离和干燥。需要进行固液分离和干燥。（2 2）流化床反应器一化学气相沉积法）流化床反应器一化学气相沉积法v 原理：原理：在还原气氛下，利用氧化铁水合物粒在还原气氛下，利用氧化铁水合物粒子子-FeOOH-FeOOH在流化床反应器中脱水与正硅酸在流化床反

22、应器中脱水与正硅酸乙醋水解结合可实现在铁氧化物表面包覆上乙醋水解结合可实现在铁氧化物表面包覆上SiOSiO2 2膜过程。膜过程。v优点：优点：与传统方法相比，该法省去了固液分与传统方法相比，该法省去了固液分离与干燥，易于实现精密控制。离与干燥，易于实现精密控制。v具体方法：具体方法：将酸法合成的将酸法合成的-FeOOH-FeOOH置于流化置于流化床反应器中，用氮气作流化气体及床反应器中，用氮气作流化气体及TEOSTEOS乙醇乙醇溶液和催化剂氨水的载气，分溶液和催化剂氨水的载气，分3 3路进入流化床路进入流化床反应器反应器:作为流化气体直接从反应器底部进入床层作为流化气体直接从反应器底部进入床层

23、;经过处于经过处于40704070恒温状态的恒温状态的TEOSTEOS乙醇溶液乙醇溶液 饱和器从反应器底部进入床层饱和器从反应器底部进入床层;经过处于经过处于2525恒温状态的氨水溶液饱和器恒温状态的氨水溶液饱和器从反应器顶部进人床层。从反应器顶部进人床层。v在反应器中的反应历程可表示为在反应器中的反应历程可表示为:v影响因素：影响因素：SiSi2 2O O包覆量受反应温度、反应时包覆量受反应温度、反应时间、间、TEOSTEOS浓度和氨浓度的影响。一般地，浓度和氨浓度的影响。一般地，SiSi2 2O O包覆量随反应温度升高，反应时间延包覆量随反应温度升高，反应时间延 长，长，TEOSTEOS和氨浓度增加而增加。和氨浓度增加而增加。谢谢