本發(fā)明涉及一種磁性材料及其制備方法，特別是一種含α-Fe₂O₃的磁性材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

利用磁性材料制成的磁性元器件具有轉(zhuǎn)換、傳遞、處理信息、存儲能量、節(jié)約能源等功能,廣泛地應(yīng)用于能源、電信、自動控制、通訊、家用電器、生物、醫(yī)療衛(wèi)生、輕工、選礦、物理探礦、軍工等領(lǐng)域,尤其在信息技術(shù)領(lǐng)域已成為不可缺少的組成部分

一般磁性材料按應(yīng)用類型分類可以分為:軟磁材料、永磁材料等。軟磁材料是既容易受外加磁場磁化,又容易退磁,矯頑力很低的磁性材料.其主要特征是:高的磁導(dǎo)率、低的矯頑力、高的飽和磁通密度、低的磁(功率)損耗以及高的穩(wěn)定性。目前應(yīng)用的軟磁材料,因使用功率、頻率的不同要求及材料磁特性的不同可分為Fe-Si系、Fe-Ni系、鐵氧體系、非晶材料系和其他系等。在軟磁材料的發(fā)展史上,最有代表性的材料有硅鋼、鐵氧體、坡莫合金、非晶及納米合晶等。

申請?zhí)枮?01280013134.6的專利，將磁鐵粉末與非晶質(zhì)金屬作為原料，磁鐵粉末與非晶質(zhì)金屬進行混合，同時加熱至比非晶質(zhì)金屬的結(jié)晶化溫度低30℃的溫度以上、或、當非晶質(zhì)金屬為金屬玻璃時，加熱至金屬玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度而制得，大概是500℃。磁鐵粉末為釹-鐵-硼系磁鐵粉末，非晶質(zhì)金屬含有稀土元素、鐵及硼，稀土元素不僅價格昂貴，而且是國家戰(zhàn)略物資。若采用干法混合，需要在惰性氣體下進行。

鐵氧體磁性材料的燒結(jié)技術(shù)，包括固相燒結(jié)、液相燒結(jié)、等離子體燒結(jié)以及微波燒結(jié)等。

固相燒結(jié)是制備磁性材料的傳統(tǒng)方法，由于其操作簡單，不需特殊設(shè)備，因此成為實際生產(chǎn)磁性材料的主要方法。但該方法存在燒結(jié)氣氛不易控制的問題，氧化物粉體混合容易不均勻。

比如申請?zhí)枮?01480004810.2的專利，經(jīng)過熔解步驟，將除了氮的金屬構(gòu)成元素熔解并合金化；粉末化步驟，將通過所述熔解步驟得到的合金粉末化；和熱處理步驟，在含有氮源的氣氛內(nèi)對通過所述粉末化步驟得到的粉末進行熱處理制備出所需要的磁性材料。通過合金化的方法會提高耗能，并且最后一步需要在含有氮源的氣氛熱處理，操作麻煩。

申請?zhí)枮?01080030725.5的專利，經(jīng)過配合工序、預(yù)燒工序、粉碎工序、成形工序以及燒成工序來加以制造鐵氧體磁性材料。在配合工藝中，通過使用濕式磨碎機、球磨機等進行混合，但是難免還是會混合不均勻。

申請?zhí)枮?01510061558.5的專利，公開的磁性材料，通過預(yù)燒、破碎、成型和燒結(jié)得到的鐵氧體磁性材料，預(yù)燒需要在氧氣條件下進行。破碎是將預(yù)燒后的原料進行破碎后與檸檬酸、羧甲基纖維素、碳酸鈣和有機硅混合，置于球磨機中，濕法球磨得到漿料；所以在成型過程中需要去除多余的水，工藝復(fù)雜。

液相燒結(jié)是指在未燒結(jié)的陶瓷粉體中加入助熔劑，燒結(jié)過程中使其成為液相，從而降低燒結(jié)溫度，提高陶瓷致密度。液相的黏度、表面張力以及顆?；驓饪椎某叽鐚Q定致密化的速度。但是加入助熔劑顯然會降低材料的耐高溫性質(zhì)。

“等離子放電燒結(jié)”又稱“等離子活化燒結(jié)”，是20世紀90年代出現(xiàn)的材料制備新技術(shù)之一。與熱壓燒結(jié)不同，它是利用脈沖大電流直接施加于模具和樣品，產(chǎn)生體熱，實現(xiàn)快速燒結(jié)，有效地抑制顆粒長大，提高致密度。同時，脈沖電流引起顆粒間的放電效應(yīng)，可凈化顆粒表面。功能梯度材料(FGM)的成分是梯度變化的，各層的燒結(jié)溫度不同，利用傳統(tǒng)的燒結(jié)方法難以一次燒成。采用階梯狀的石磨模具，由于模具上、下兩端的電流密度不同，因此可以產(chǎn)生溫度梯度。利用SPS在石磨模具中產(chǎn)生的梯度溫度場，從而制備出梯度材料。但是這種方法對設(shè)備有很高的要求。

微波燒結(jié)是利用在微波電磁場中材料的介質(zhì)損耗使陶瓷加熱至燒結(jié)溫度而實現(xiàn)致密化的快速燒結(jié)新技術(shù)。微波燒結(jié)具加熱和燒結(jié)速度快，能經(jīng)濟、簡便地獲得2000℃以上的高溫，避免了燒結(jié)過程中晶粒的異常長大。但是同樣這種方法對設(shè)備有很高的要求。

鐵的氧化物包括FeO，F(xiàn)e₂O₃，F(xiàn)e₃O₄。

FeO在575℃以下是不穩(wěn)定的，會轉(zhuǎn)化為Fe和Fe₃O₄。

Fe₃O₄是亞穩(wěn)定材料，在有氧氣氛下會轉(zhuǎn)變成Fe₂O₃，文獻(α-Fe₂O₃/Fe₃O₄納米復(fù)合材料的相變化及室溫磁性質(zhì)，左洪波等，2005年)報道由α-Fe₂O₃和Fe₃O₄組成的復(fù)合材料在大于650℃煅燒以后，F(xiàn)e₃O₄轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe₂O₃。

其中Fe₂O₃有α-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃兩種晶體結(jié)構(gòu)。γ-Fe₂O₃向α-Fe₂O₃晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的溫度>367～627℃，文獻(固相法制備氧化鐵納米粒子，作者嚴新，鹽城工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，第15卷第4期)報道了，加熱溫度和時間對γ-Fe₂O₃向α-Fe₂O₃轉(zhuǎn)變的影響。

α-Fe₂O₃在大概低于-13.15℃下是反鐵磁性，在-13.15℃到676.85℃之間有微弱的鐵磁性。

文獻(Magnetite Fe₃O₄nanoparticles and hematiteα-Fe₂O₃uniform oblique hexagonal microdisks,drum-like particles and spindles and their magnetic properties，Journal of Alloys and Compounds，2015年)報道了Fe₃O₄的磁滯回線，呈現(xiàn)明顯的鐵磁性，飽和磁化強度，剩磁，矯頑力分別為77.3emu/g,14.6emu/g,and 85.8Oe，不同形狀的α-Fe₂O₃表現(xiàn)了不同的磁滯回線，但是在室溫下都只變現(xiàn)出微弱的磁性，4000oe的磁場強度沒有使其飽和。

現(xiàn)有文獻磁性材料制備過程存在工藝復(fù)雜、難以控制和Fe₂O₃均勻混合不易均勻等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種磁性材料及其制備方法，解決了磁性材料制備過程中工藝復(fù)雜、控制復(fù)雜，F(xiàn)e₂O₃難以均勻混合的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種磁性材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將羰基鐵、二茂鐵與乙酰丙酮鐵中的至少一種和聚碳硅烷溶解于苯類溶劑中；

(2)將步驟(1)得到的溶液加熱，溶劑蒸發(fā)；

(3)將步驟(2)得到的溶液繼續(xù)升溫加熱，得到固體；

(4)將步驟(3)得到的固體加熱進行燃燒；

(5)將步驟(4)燃燒后的固體研磨成粉體；

(6)將步驟(5)得到的粉體加壓成塊體；

(7)將步驟(6)得到的塊體燒結(jié)。

進一步地，所述步驟(1)中，苯類溶劑為二甲苯，甲苯中的一種或是兩者的混合物。

進一步地，所述步驟(2)中，加熱溫度150～170℃，加熱時間為0.5～1h。以去除大部分溶劑。

進一步地，所述步驟(3)中，加熱溫度為250～300℃，加熱時間為2～4h。以使得溶劑徹底去除，并且聚碳硅烷和羰基鐵、二茂鐵與乙酰丙酮鐵中的至少一種充分反應(yīng)，利用化學(xué)反應(yīng)制備得到均勻的含鐵先驅(qū)體PFCS。

進一步地，所述步驟(4)中，加熱溫度900～1100℃，加熱時間為1～3h。使得步驟(3)得到的聚合物徹底無機化，這個過程中含鐵先驅(qū)體PFCS中的Si原子和氧原子結(jié)合形成SiO₂，F(xiàn)e原子和氧原子結(jié)合形成Fe的氧化物。

進一步地，所述步驟(5)中，研磨的細粉粒度小于0.1mm。

進一步地，所述步驟(6)中，加壓壓強為60～120MPa。

進一步地，所述步驟(7)中，燒結(jié)溫度為1600℃，時間為0.5～3h。

一種由上述的方法制備的磁性材料。

有益效果：本發(fā)明提供的方法利用羰基鐵、二茂鐵與乙酰丙酮鐵以及聚碳硅烷(PCS)均能溶解在苯類溶劑，在溶液狀態(tài)下羰基鐵、二茂鐵與乙酰丙酮鐵中的至少一種與聚碳硅烷完全混合均勻，然后經(jīng)過溶劑蒸發(fā)、燃燒、粉體成型和燒結(jié)等流程制備得到磁性材料。本發(fā)明的制備方法簡單，能耗低，對設(shè)備要求低。本發(fā)明制備的磁性材料，SiO₂和α-Fe₂O₃分布均勻，耐高溫。本發(fā)明可以通過簡單地控制PCS和所述鐵化合物的比例來控制磁性。本發(fā)明制備的磁性材料燒結(jié)較為致密。

附圖說明

圖1是實施例1的磁滯回線；

圖2是實施例1的XRD圖譜。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作更進一步的說明。

實施例1

按照質(zhì)量份數(shù)，1份PCS和1份乙酰丙酮鐵溶解于8份二甲苯中；在150℃加熱1h去除大部分溶劑；再在250℃加熱3h，以使得溶劑徹底去除以及聚碳硅烷(PCS)和乙酰丙酮鐵充分反應(yīng)；在900℃下加熱2h，從而徹底無機化；研磨至粒度小于0.08mm；用60MPa的壓強成型；在1600℃保溫1h燒結(jié)。

如圖1所示本發(fā)明制備的磁性材料呈現(xiàn)α-Fe₂O₃的微弱鐵磁性，單位飽和磁化強度大約為1.7emu/g,矯頑力低，呈現(xiàn)軟磁特性。

實施例2

按照質(zhì)量份數(shù)，2份PCS和1份乙酰丙酮鐵溶解于6份甲苯中；在170℃加熱40min去除大部分溶劑；再在300℃加熱2h，以使得溶劑徹底去除以及聚碳硅烷(PCS)和乙酰丙酮鐵充分反應(yīng)；在1100℃下加熱1h，從而徹底無機化；研磨至粒度小于0.06mm；用120MPa的壓強成型；在1600℃保溫3h燒結(jié)。

實施例3

按照質(zhì)量份數(shù)，10份PCS和1份乙酰丙酮鐵溶解于7份二甲苯和3份甲苯中；在160℃加熱50min去除大部分溶劑；再在270℃加熱3h，以使得溶劑徹底去除以及PCS和乙酰丙酮鐵充分反應(yīng)；在1000℃下加熱2h，從而徹底無機化；研磨至粒度小于0.09mm；用80MPa的壓強成型；在1600℃保溫0.5h燒結(jié)。

以上所述僅是本發(fā)明的部分實施方式，應(yīng)當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。