納米微晶玻璃及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于磁性微晶玻璃制備技術領域，涉及一種鐵磁性Fe304納米微晶玻璃及其制備方法。
【背景技術】
[0002]微晶玻璃又稱玻璃陶瓷，是將特定組成的基礎玻璃，在加熱過程中通過控制晶化而制得的一類含有大量微晶相及玻璃相的多晶固體材料。微晶玻璃的綜合性能主要由三大因素決定:原始組成的成份、微晶體的尺寸和數量、殘余玻璃相的性質和數量。其中，原始組成不同，晶相種類也不同，各種晶相賦予微晶玻璃不同的功能。近年來，隨著現代科學技術的不斷發展，對材料的性能要求越來越高。微晶玻璃由于具有密度小，質地致密沒有氣孔，化學穩定性好，電性能優良等諸多優異的性能，近年來微晶玻璃的研究成了近年來功能材料研究領域內新的發展方向。
[0003]磁鐵礦(Fe304)是由Fe2+、Fe3+和0 2構成的反尖晶石晶體結，其特殊的結構使得電子可以在Fe2+和Fe 3+之間進行傳遞，從而具有特殊的電磁特性。它擁有高的飽和磁化強度、高的居里溫度以及較強導電性，作為一種多功能磁性材料，在磁流體、微波吸收材料、催化劑載體、磁記錄材料等領域擁有廣泛的應用。目前，關于磁性Fe304納米顆粒的制備方法分為化學法和物理法兩類，其中化學法又包括水解法、沉淀法、微乳液法、水熱法、溶膠-凝膠法等。采用化學法和物理法在制備粉體的過程中，具有各自的優越性，但缺點是生產成本高、周期長、制備得到的粉體易團聚等諸多因素使得其不利于實現工業化生產。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種鐵磁性Fe304納米微晶玻璃及其制備方法，該方法的制備工藝簡單，材料成本低，適用于工業化生產，而且所制備的材料具有優良的磁性能。
[0005]為實現上述目的，本發明采取如下技術方案:
[0006]—種鐵磁性Fe304納米微晶玻璃，按照質量份數計，包括10?20份的BaO、10?20份的Fe203、10?50份的B203、10?50份的Si02、0.1?1份的Ce02以及0.1?0.3份的Sb203;其中BaO、Fe 203、B203、Si02的質量份數之和為100份。
[0007]按照質量份數計，包括10?30份的BaO、15?20份的Fe203、30?50份的B203、10 ?30 份的 Si02、0.1 ?1 份的 Ce02以及 0.1 ?0.3 份的 Sb 203;其中 BaO、Fe 203、B203、Si02的質量份數之和為100份。
[0008]按照質量份數計，包括30?50份的BaO、10?15份的Fe203、10?30份的B203、30 ?50 份的 Si02、0.1 ?1 份的 Ce02以及 0.1 ?0.3 份的 Sb 203;其中 BaO、Fe 203、B203、Si02的質量份數之和為100份。
[0009]—種鐵磁性Fe304納米微晶玻璃的制備方法，包括以下步驟:
[0010]步驟一:按照質量份數計，將10?20份的BaO、10?20份的Fe203、10?50份的B203、10?50份的Si02、1份的Ce02以及0.3份的Sb 203混合均勻，得到配合料；其中BaO、Fe203、B203、Si02的質量份數之和為100份；
[0011]步驟二:在1100°C下將該配合料加入到剛玉坩禍中，升溫至1200?1400°C，并保溫0.5?2h，得到玻璃液；
[0012]步驟三:將玻璃液倒于不銹鋼板上，待成形后轉移至退火爐中保溫，再隨爐冷卻至室溫，得到鋇鐵硼硅玻璃；
[0013]步驟四:將鋇鐵硼硅玻璃進行切割加工成一定形狀，然后在700°C下保溫后，隨爐冷卻至室溫，獲得鐵磁性Fe304納米微晶玻璃。
[0014]所述的步驟一中BaO由分析純的碳酸鋇引入。
[0015]所述的步驟一中B203由分析純的硼酸引入。
[0016]所述的步驟三中退火爐中的溫度為400?600°C。
[0017]所述的步驟三中退火爐中保溫的時間為2?4h。
[0018]所述步驟四中是以10°C /min的升溫速率從室溫升溫至700°C。
[0019]所述步驟四中保溫時間為4?6h。
[0020]與現有技術相比，本發明具有的有益效果:本發明首先將氧化鋇、氧化鐵、氧化硼、二氧化硅、氧化鈰及氧化銻按一定的化學配比進行配料并將其混合均勻得到配合料；然后將配合料進行熔融成玻璃液，并將其保溫一段時間使得玻璃液澄清、均化；隨后將熔融好的玻璃液快速澆注于經加熱的模具中成形，待成形后將其快速轉入退火爐中進行退火處理后隨爐冷卻，即可得到鋇鐵硼硅玻璃；最后將得到的玻璃塊體經切割加工后成一定的形狀，將其置于氧化鋁板上放入馬弗爐中升至所需溫度并保溫處理，隨爐冷卻后即可獲得鐵磁性Fe304納米微晶玻璃。本發明通過高溫加入原料，高溫熔融工藝，并將配合料置于剛玉坩禍中，避免了硼酸的揮發帶來的成分不均勻的影響；本發明中Ce02作為成核劑，引入Ce02有利于微晶玻璃在析晶的過程中晶相的析出；Sb203作為澄清劑，引入Sb203有利于鐵磁性玻璃液在高溫熔融的過程中氣泡的排除，保證得到的玻璃沒有氣泡等缺陷。本發明中選取i10°c加入配合料的目的在于，避免配合料中的硼酸在升溫的過程中揮發，影響玻璃組成，所以在此選取稍低于熔融溫度下進行加料。此外，硼酸的加入有助于降低玻璃的熔融溫度，隨著硼酸含量的增加，玻璃的熔融溫度降低。該方法操作簡單、制備周期短、成本低、制備過程中所用的原料均屬于環境友好型，符合綠色環保理念；所制備的鐵磁性Fe304尺寸小、晶體純度較高、雜相極少且組成致密。鐵磁性Fe304的飽和磁化強度為21.860emu/g,矯頑力為303.6580e，剩余磁化強度為6.647emu/g。
[0021]本發明的整體析晶法與通常的陶瓷成形工藝相比，更合適自動化操作和制備形狀復雜、尺寸精確的制品；由玻璃坯體制備的微晶玻璃在尺寸上變化不大，組成均勻，不存在氣孔等陶瓷中常見的缺陷。因此這種方法為微晶玻璃新材料的制備開辟了新天地。本發明采用整體析晶法制備鐵磁性Fe304納米微晶玻璃、使用原料價格低廉、節能環保、適用于工業化生產，整體析晶法可作為制備具有鐵磁性的Fe304納米顆粒的有效方法。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明鐵磁性Fe304納米微晶玻璃的XRD圖譜。
[0023]圖2是本發明鐵磁性Fe304納米微晶玻璃經拋光熱腐蝕處理后在掃描電鏡下的照片。
[0024]圖3是本發明鐵磁性Fe304納米微晶玻璃的磁滯回線，其中橫坐標為磁場強度，縱坐標為磁化強度。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖并通過具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0026]本發明采用整體析晶法制備鐵磁性Fe304納米微晶玻璃的制備方法，具體如下:
[0027]實施例1
[0028]步驟一:將分析純的碳酸鋇、分析純的硼酸、Si02、Ce02以及Sb 203混合，使得按照質量份數計，滿足20份的Ba0、20份的Fe203、10份的B203、50份的Si02、0.3份的Ce02以及0.2份的Sb203，混合均勻，得到配合料；
[0029]步驟二:在1100°C下將該混合均勻的配合料加入到帶有蓋的剛玉坩禍中，升溫至1400°C進行熔制形成玻璃液，并在1400°C下保溫lh以獲得澄清、均質的玻璃液；
[0030]步驟三:將玻璃液快速倒于不銹鋼板上，待成形后立即轉移至500°C的退火爐中，并在500°C下保溫2h后隨爐冷卻至室溫，得到鋇鐵硼硅玻璃；
[0031]步驟四:將鋇鐵硼硅玻璃進行切割加工成一定的形狀，將切割好的樣品置于氧化鋁板上放入馬弗爐中，以10°C /min的升溫速率從室溫升溫至700°C保溫4h后隨爐冷卻至室溫，獲得鐵磁性Fe304納米微晶玻璃。
[0032]圖1為實施例1所制備的鐵磁性Fe304納米微晶玻璃的XRD圖譜。從圖中可以看出，所制備的晶體純度較高。
[0033]圖2為實施例1所制備的鐵磁性Fe304納米微晶玻璃的SEM照片。從圖中可以看出，大量的納米尺寸的晶體較為均勻的分布的析出。
[0034]圖3為所實施例1鐵磁性Fe304納米微晶玻璃的磁滯回線。該Fe304納米微晶玻璃的比飽和磁化強度為21.860emu/g，矯頑力為303.6580e，剩余磁化強度為6.647emu/g。
[0035]實施例2
[0036]步驟一:將分析純的碳酸鋇、分析純的硼酸、Si02、Ce02以及Sb 203混合，使得按照質量份數計，滿足20份的Ba0、20份的Fe203、20份的B203、40份的Si02、0.3份的Ce02以及0.2份的Sb203混合均勻，得到配合料；
[0037]步驟二:在1100°C下將該混合均勻的配合料加入到帶有蓋的剛玉坩禍中，升溫至1350°C進行熔制形成玻璃液，在1350°C下保溫lh以獲得澄清、均質的玻璃液；
[0038]步驟三:將熔制均勻的玻璃液快速倒于不銹鋼板上，待成形后立即轉移至500°C的退火爐中，保溫2h后隨爐冷卻至室溫，即得到鋇鐵硼硅玻璃；
[0039]步驟四:將所制備的鋇鐵硼硅玻璃進行切割加工成一定形狀，將切割好的樣品置于氧化鋁板上放入馬弗爐中，以10°C /min的升溫速率從室溫升溫至700°C保溫4h后隨爐冷卻至室溫，即可獲得鐵磁性Fe304納米微晶玻璃。
[0040]實施例3
[0041]步驟一:將分析純的碳酸鋇、分析純的硼酸、Si02、Ce02以及Sb 203混合，使得按照質量份數計，滿足20份的Ba0、20份的Fe203、30份的B203、30份的Si02、0.3份的Ce02以及0.2份的Sb203混合均勻，得到配合料；
[0042]步驟二:在1100°C下將該混合均勻的配合料加入到帶有蓋的剛玉坩禍中，升溫至1300°C進行熔制形成玻璃液，在1300°C下保溫lh以獲得澄清、均質的玻璃液；
[0043]步驟三:將熔制均勻的玻璃液快速倒于不銹鋼板上，待成形后立即轉移至500°C的退火爐中，保溫2h后隨爐冷卻至室溫，得到鋇鐵硼硅玻璃；
[0044]步驟四:將所制備的鋇鐵硼硅玻璃進行切割加工成一定形狀，將切割好的樣品置于氧化鋁板上放入馬弗爐中，以10°c /min的升溫速率從室溫升溫至700°C保溫4h后隨爐冷卻至室溫，即可獲得鐵磁性Fe304納米微晶玻璃。
[0045]實施