一種納-微米磁黃鐵礦軟磁材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種納-微米磁黃鐵礦軟磁材料的制備方法。發(fā)明所采用的方法為：以還原鐵粉（Fe）與升華硫（S）為主要原料，將兩種原料一定的比例研磨至混合均勻；在一定溫度條件下加熱一定時(shí)間，再通過(guò)保溫、冷卻，最終得到晶體發(fā)育較好的灰黑色磁黃鐵礦軟磁粉末材料。本材料具有低剩磁、低矯頑力特點(diǎn)，其成分基本表達(dá)式為Fe1-xS（0≤x≤0.223）。本發(fā)明利用價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易得的材料，通過(guò)鐵硫化合法，人工制取純度高、顆粒分布均勻、低矯頑力、低剩磁的磁黃鐵礦軟磁材料，可以滿足其作為磁性材料的實(shí)際需要。軟磁材料是一種低矯頑力和低剩磁的磁性材料，具有易磁化，易退磁的特點(diǎn)，廣泛用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】一種納-微米磁黃鐵礦軟磁材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種納-微米磁黃鐵礦軟磁材料的制備方法，具體說(shuō)是一種中低溫鐵 硫化合法制備多功能納-微米復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 軟磁材料是一種低矯頑力、低剩磁的磁性材料，具有易磁化，易退磁的特點(diǎn)，廣泛 用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達(dá)、電視廣播、集成電路的創(chuàng)造 等，對(duì)軟磁材料提出了更高的要求。多品種、易生產(chǎn)、低成本的軟磁材料，是市場(chǎng)需求的必然 趨勢(shì)。
[0003] 鐵硫化物作為磁性材料中一個(gè)重要成員，具有獨(dú)特的物理性能。但自然界中廣泛 存在的天然磁黃鐵礦因具有較大的矯頑力和剩磁而不宜直接作為軟磁材料使用。
[0004] 本發(fā)明通過(guò)現(xiàn)代納米材料制備技術(shù)，利用價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易得的材料，通過(guò)鐵硫化 合法，人工制取純度高、顆粒分布均勻、制備方法簡(jiǎn)便、綠色環(huán)保、低矯頑力和低剩磁的磁黃 鐵礦軟磁材料，可以滿足其作為磁性材料的實(shí)際需要。在之前的報(bào)道中，用鐵硫化合法制備 納-微米磁黃鐵礦軟磁材料未見研究或?qū)嵺`先例。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明提供一種制備納-微米磁黃鐵礦軟磁材料的方法，其目的在于通過(guò)簡(jiǎn)單易 行的技術(shù)方法，制備出一種具有純度高、顆粒均勻、低剩磁、低矯頑力、綠色環(huán)保、成本低廉 的磁黃鐵礦軟磁材料。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 1. 原料制備：利用精密天平，分別稱取還原鐵粉（Fe)和升華硫（S)，使Fe與S的物質(zhì) 的量比為1:1?1:4,置于研缽中研磨至混合均勻； 2. 磁黃鐵礦制備過(guò)程：將步驟（1)中所得混合粉末放置于坩堝中，將坩堝密封后放入 真空加熱裝置中，并將真空加熱裝置內(nèi)氣壓抽至0. 5*10_2Pa?6*10_2Pa。升溫至200? 420°C之間，并保溫10?22h ; 3. 冷卻：達(dá)到保溫時(shí)間后，按照5°C/min的降溫速度冷卻至室溫。取出坩堝中產(chǎn)物，得 灰黑色磁黃鐵礦軟磁粉末材料。
[0007] 所述步驟（1)的混合粉末中Fe與S物質(zhì)的量比優(yōu)選1:1或1:3。
[0008] 所述步驟（2)中加熱溫度優(yōu)選300?350°C或400°C。
[0009] 優(yōu)點(diǎn)及效果： 通過(guò)本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施，可以避免復(fù)雜的工藝過(guò)程，使還原鐵粉（Fe)與升華硫 (S)反應(yīng)充分，可制備一種純度高、顆粒分布均勻、成本低廉、低剩磁、低矯頑力的磁黃鐵礦 的軟磁材料。
[0010]
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】： 圖1為？6:5=1:1、溫度為3001：的樣品的掃描電鏡形貌圖。
[0011] 圖2為？6:5=1:3、溫度為3201：的樣品的掃描電鏡形貌圖； 圖3為Fe:S=l:3、溫度為320°C的樣品的透射電鏡觀察形貌圖； 圖4為Fe:S=l: 1、溫度為300°C的樣品的XRD圖； 圖5為？6:5=1:1、溫度為3501：和4001：的樣品的父1?圖； 圖6為？6:5=1:3、溫度分別為3001：、3201：、3401：和4201：樣品的父1?圖； 圖7為？6:5=1:1、溫度為3001：的樣品的￥31圖； 圖8為？6:5=1:1、溫度為3501：的樣品的￥31圖； 圖9為？6:5=1:1、溫度為4001：的樣品的￥31圖； 圖10為Fe: S=1: 3、溫度分別為300°C、320°C和340°C的樣品的VSM圖（a: 300°C ; b:320〇C ；c:340〇C)； 圖11為？6:5=1:3、溫度為4201：樣品的￥31圖。
[0012] 圖7?圖11是采用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(最大外場(chǎng)2. 1T，靈敏度5X ΙΟΜ · m)測(cè)得7 個(gè)樣品的磁滯回線圖。
[0013]
【具體實(shí)施方式】： 本發(fā)明提供了一種制備納-微米磁黃鐵礦軟磁材料的方法，其特征在于：以還原鐵粉 (Fe)與升華硫（S)為主要原料，通過(guò)鐵硫化合法制備出低剩磁、低矯頑力的磁黃鐵礦軟磁材 料，其成分基本表達(dá)式為Fei_ xS (0< X < 0. 223,優(yōu)選0. 05 < X < 0. 134)。所述方法是采 取如下步驟： (1) 原料制備：采用還原鐵粉（Fe)和升華硫（S)為原料，按照Fe與S的物質(zhì)的量比為 1:1?1:4的量稱取，置于研缽中研磨至混合均勻； (2) 磁黃鐵礦制備過(guò)程：將步驟（1)所得混合粉末置于坩堝中，將坩堝密封后放入真空 加熱裝置，先抽成真空，加熱升溫至最高溫度200?420°C條件下保溫10?22h ; (3) 冷卻：達(dá)到保溫時(shí)間后，按照5°C /min的降溫速度冷卻至室溫，取出坩堝中產(chǎn)物，得 灰黑色磁黃鐵礦軟磁粉末材料。
[0014] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0015] 實(shí)施例1 : 分別稱取分析純還原鐵粉（Fe)和升華硫（S)，使Fe與S的物質(zhì)的量比為1: 1，置于研缽 中研磨至混合均勻；將所得混合粉末置于坩堝中，密封后放入真空加熱裝置。將真空加熱裝 置內(nèi)抽真空至6*l(T2Pa。按照5°C /min的升溫速度，升溫至300°C保溫22h后，再按照5°C / min的降溫速度冷卻至室溫，取出坩堝中產(chǎn)物，得灰黑色粉末顆粒。
[0016] 經(jīng)掃描電鏡觀察(見圖1)，該粉末結(jié)晶較好，顆粒形貌以六方片狀、板狀外形為主， 粒徑介于400nm?10um之間。經(jīng)XRD測(cè)定所得產(chǎn)物為純相的磁黃鐵礦(見圖4)。將制備的 樣品用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM)測(cè)出其磁滯回線，如圖7所示。磁性能參數(shù)見表1。
[0017] 實(shí)施例2: 分別稱取分析純還原鐵粉（Fe)和升華硫（S)，使Fe與S的物質(zhì)的量比為1:1，置于研 缽中研磨至混合均勻；將所得混合粉末置于坩堝中，密封后放入真空加熱裝置。將真空加熱 裝置內(nèi)抽真空至4. 5*10_2Pa。按照5°C /min的升溫速度，升溫至350°C保溫22h后，再按照 5°C /min的降溫速度冷卻至室溫，取出坩堝中產(chǎn)物，得灰黑色粉末顆粒。
[0018] 經(jīng)掃描電鏡觀察，該粉末結(jié)晶形貌以六方板狀外形為主，粒徑介于350nm?18um 之間。經(jīng)XRD測(cè)定所得產(chǎn)物為純相的磁黃鐵礦(見圖5)。將制備的樣品用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì) (VSM)測(cè)出其磁滯回線，如圖8所示。磁性能參數(shù)見表1。
[0019] 實(shí)施例3: 分別稱取分析純還原鐵粉（Fe)和升華硫（S)，使Fe與S的物質(zhì)的量比為1:1，置于研 缽中研磨至混合均勻；將所得混合粉末置于坩堝中，密封后放入真空加熱裝置。將真空加熱 裝置內(nèi)抽真空至3. 2*l(T2Pa。按照5°C /min的升溫速度，升溫至400°C保溫22h后，再按照 5°C /min的降溫速度冷卻至室溫，取出坩堝中產(chǎn)物，得灰黑色粉末顆粒。
[0020] 經(jīng)掃描電鏡觀察，該粉末結(jié)晶出六方板狀外形，粒徑介于800nm?30um之間。經(jīng) XRD測(cè)定所得產(chǎn)物為純相的磁黃鐵礦(見圖5)。將制備的樣品用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM)測(cè) 出其磁滯回線，如圖9所示。磁性能參數(shù)見表1。
[0021] 實(shí)施例4: 分別稱取分析純還原鐵粉（Fe)和升華硫（S)，使Fe與S的物質(zhì)的量比為1:3,置于研 缽中研磨至混合均勻；將所得混合粉末置于坩堝中，密封后放入真空加熱裝置。將真空加熱 裝置內(nèi)抽真空至1. 5*10_2Pa。按照5°C /min的升溫速度，升溫至300°C保溫10h后，再按照 5°C /min的降溫速度冷卻至室溫，取出坩堝中產(chǎn)物，得灰黑色粉末顆粒。
[0022] 經(jīng)掃描電鏡觀察，該粉末結(jié)晶形貌以不規(guī)則粒狀為主，粒徑介于50nm?2um之間。 經(jīng)XRD測(cè)定所得產(chǎn)物為純相的磁黃鐵礦(見圖6)。將制備的樣品用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM) 測(cè)出其磁滯回線，如圖10 (a曲線）所示。磁性能參數(shù)見表1。
[0023] 實(shí)施例5 : 分別稱取分析純的還原鐵粉（Fe)和升華硫（S)，使Fe與S的物質(zhì)的量比為1:3,置于研 缽中研磨至混合均勻；將所得混合粉末置于坩堝中，密封后放入真空加熱裝置。將真空加熱 裝置內(nèi)抽真空至〇. 8*l(T2Pa。按照5°C /min的升溫速度，升溫至320°C保溫10h后，再按照 5°C /min的降溫速度冷卻至室溫，取出坩堝中產(chǎn)物，得灰黑色粉末顆粒。
[0024] 分別用掃描電鏡和透射電鏡觀察(見圖2,圖3)，該粉末已結(jié)晶出晶體的基本外 形，顆粒形貌以柱狀為主，粒徑介于50nm?lum之間。經(jīng)XRD測(cè)定所得產(chǎn)物為純相的磁黃 鐵礦(見圖6)。將制備的樣品用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM)測(cè)出其磁滯回線，如圖10 (b曲線） 所示。磁性能參數(shù)見表1。
[0025] 實(shí)施例6 : 分別稱取分析純的還原鐵粉（Fe)和升華硫（S)，使Fe與S的物質(zhì)的量比為1:3,置于 研缽中研磨至混合均勻；將所得混合粉末置于坩堝中，密封后放入真空加熱裝置。將真空加 熱裝置內(nèi)抽真空至6*l(T2Pa。按照5°C /min的升溫速度，升溫至340°C保溫10h后，再按照 5°C /min的降溫速度冷卻至室溫，取出坩堝中產(chǎn)物，得灰黑色粉末顆粒。
[0026] 經(jīng)掃描電鏡觀察，該粉末結(jié)晶形貌以六方板狀為主，顆粒粒徑介于50nm?10um 之間。經(jīng)XRD測(cè)定所得產(chǎn)物為純相的磁黃鐵礦(見圖6)。將制備的樣品用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì) (VSM)測(cè)出其磁滯回線，如圖10 (c曲線）所示。磁性能參數(shù)見表1。
[0027] 實(shí)施例7 : 分別稱取分析純的還原鐵粉（Fe)和升華硫（S)，使Fe與S的物質(zhì)的量比為1:3,置于研 缽中研磨至混合均勻；將所得混合粉末置于坩堝中，密封后放入真空加熱裝置。將真空加熱 裝置內(nèi)抽真空至〇. 5*10_2Pa。按照5°C /min的升溫速度，升溫至420°C保溫10h后，再按照 5°C /min的降溫速度冷卻至室溫，取出坩堝中產(chǎn)物，得灰黑色粉末顆粒。
[0028] 經(jīng)掃描電鏡觀察，該粉末結(jié)晶形貌以不規(guī)則粒狀為主，粒徑介于400nm?15um之 間。經(jīng)XRD測(cè)定所得產(chǎn)物為純相的磁黃鐵礦(見圖6)。將制備的樣品用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì) (VSM)測(cè)出其磁滯回線，如圖11所示。磁性能參數(shù)見表1。
[0029] 關(guān)于冷卻過(guò)程按5°C /min的速度降溫，其實(shí)考慮到三個(gè)問(wèn)題，第一，冷卻過(guò)快，可 能會(huì)引起真空管炸裂；第二，使樣品均勻冷卻，避免樣品受到冷卻應(yīng)力影響，產(chǎn)生過(guò)多的微 裂縫和結(jié)晶不均勻的問(wèn)題。第三，受爐子本身?xiàng)l件限制，一般正常工作要求按照這個(gè)速度降 溫。
[0030] 表1為以上7個(gè)樣品的Br和He參數(shù)。從圖7至圖11和表1可見實(shí)施例1、實(shí)施 例3、實(shí)施例4、實(shí)施例5和實(shí)施例6制備所得樣品的矯頑力（Hr〈50 0 e)、剩磁（Br〈l. 6emu/ g)都較低，其中尤以實(shí)施例1、實(shí)施例4、實(shí)施例5和實(shí)施例6更優(yōu)。
[0031] 表1各實(shí)施例的Br和He參數(shù)值
【權(quán)利要求】
1. 一種制備納-微米磁黃鐵礦軟磁材料的方法，其特征在于：以還原鐵粉與升華硫粉 為主要原料，通過(guò)鐵硫化合法制備出低剩磁、低矯頑力的磁黃鐵礦軟磁材料，其成分基本表 達(dá)式為F ei_xS，0< X < 0. 223,所述方法是采取如下步驟： (1) 原料制備：采用還原鐵粉和升華硫粉為原料，按照Fe與S的物質(zhì)的量比為1:1? 1:4的量稱取，置于研缽中研磨至混合均勻； (2) 磁黃鐵礦制備過(guò)程：將步驟（1)所得混合粉末置于坩堝中，將坩堝密封后放入真空 加熱裝置，先抽成真空，加熱升溫至最高溫度200?420°C條件下保溫10?22h ; (3) 冷卻：達(dá)到保溫時(shí)間后，按照5°C /min的降溫速度冷卻至室溫，取出坩堝中產(chǎn)物，得 灰黑色磁黃鐵礦軟磁粉末材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納-微米磁黃鐵礦磁性材料的方法，其特征在于：所述步驟 (1) 的混合粉末中Fe與S物質(zhì)的量比優(yōu)選1:1或1:3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納-微米磁黃鐵礦磁性材料的方法，其特征在于：所述步驟 (2) 中加熱溫度優(yōu)選300?350°C或400°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納-微米磁黃鐵礦磁性材料的方法，其特征在于：所述步驟 (2)中所述的抽真空是指爐內(nèi)壓力抽至為0· 5*l(T2Pa?6*l(T2Pa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納-微米磁黃鐵礦磁性材料的方法，其特征在于：所述步 驟（2)中所述加熱過(guò)程為從室溫起，直線升溫至最高溫度；冷卻過(guò)程為從最高溫度起，按照 5 °C /min的降溫速度冷卻。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納-微米磁黃鐵礦磁性材料的方法，其特征在于：通過(guò)鐵硫 化合法制備出的磁黃鐵礦軟磁材料具有低的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，范圍為0.13 emu/g~2 emu/ g，和低的矯頑力，范圍為19. 1 Oe ~49.60e。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納-微米磁黃鐵礦磁性材料的方法，其特征在于：成分基本 表達(dá)式為Fei_xS，優(yōu)選0· 03彡X彡0· 134。
【文檔編號(hào)】C01G49/12GK104192915SQ201410324507
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】黃菲, 楊多, 高文元 申請(qǐng)人:東北大學(xué)