阅读说明：本技术 一种利用高压超声热分解法制备高性能永磁复合材料的方法 (Method for preparing high-performance permanent magnet composite material by using high-pressure ultrasonic thermal decomposition method ) 是由 杨杭福 吴琼 华思昊 葛洪良 于 2021-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用高压超声热分解制备高性能永磁复合材料的方法。本发明的永磁复合材料的化学组成式为A-(1-x)Ln-(x)Fe-(12)O-(19)/Co(Ni),所述化合物中元素A为Sr或Ba元素,Ln为La或Ca金属元素的一种或两张,0.0≤x≤0.3。本发明通过高压超声热分解法制备A-(x)Ln-(1-x)Fe-(12)O-(19)微米级永磁材料,并使用高能球磨将Co和Ni磨成纳米级颗粒,之后在气氛保护条件下,高温高压烧结得到永磁复合材料,该制备方法能够是的纳米铁磁颗粒均匀附着在微米级铁氧体颗粒表面,铁磁交换耦合作用更强,有效提高永磁铁氧体的磁性能,制备方法能够有效降低高温烧结温度与时间,节约能耗。(The invention discloses a method for preparing a high-performance permanent magnet composite material by utilizing high-pressure ultrasonic thermal decomposition. The chemical composition formula of the permanent magnet composite material is A 1‑x Ln x Fe 12 O 19 The element A in the compound is Sr or Ba, Ln is one or two of La or Ca metal elements, and x is more than or equal to 0.0 and less than or equal to 0.3. The invention prepares A by a high-pressure ultrasonic thermal decomposition method x Ln 1‑x Fe 12 O 19 The preparation method can uniformly attach the nano ferromagnetic particles on the surface of the micron ferrite particles, has stronger ferromagnetic exchange coupling effect, and effectively improves the permanent magnetThe magnetic property of the ferrite and the preparation method can effectively reduce the high-temperature sintering temperature and time and save energy consumption.)

一种利用高压超声热分解法制备高性能永磁复合材料的方法

技术领域

本发明涉及一种利用高压超声热分解法制备高性能永磁复合材料的方法，尤其涉及一种低能耗制备高性能的永磁复合材料的方法。

背景技术

近年来，永磁铁氧体材料得到了快速的发展，尤其是永磁铁氧体复合材料凭借其磁能积大、化学性质稳定、无毒等诸多优点，受到了广泛的关注。但是传统高温固相烧结制备得到的永磁铁氧体复合材料，其工艺流程复杂，尤其是对于二次烧结的永磁铁氧体而言，其烧结时间长，温度高，使得能耗非常高，且制备的材料磁性能较低。

为了提高永磁复合材料的磁性能和降低能耗，研究者采用溶胶凝胶法制备纳米级和微米级的永磁复合材料，提高了材料的均匀性，材料的磁性能也在一定程度上得到了提高，但是溶胶凝胶法造成的污染较大，成本较高，使得这种方法不能大规模应用于实际工业生产中。

本发明所采用高压超声热分解法制备的永磁铁氧体材料，其颗粒大小能够控制在5～10 μm之间，均匀性好，磁性能良好，再用固相烧结与Co、Ni等金属粒子双相复合，进一步提高磁性能，所需烧结温度和时间大大减小，能耗降低。

发明内容

本发明的目的提供利用高压超声热分解法制备高性能永磁复合材料的方法。与现有的制备永磁复合材料相比，本发明提供的方法工艺简单、反应速度快、能耗小。

本发明提供的利用高压超声热分解法制备高性能永磁复合材料的方法，包括以下制备步骤：

（1）溶液制备：将钡盐或锶盐、铁盐、镧盐及钙盐溶于水中，充分搅拌后，得到混合溶液；（2）永磁铁氧体制备：在以高压瓶和雾化喷头组成的气压式喷雾器中，利用高压超声喷雾原理，将步骤（1）中得到的混合溶液雾化，在载气和气压的作用下输送到管式炉中，在高温作用下蒸发脱水、盐热反应，最后被载气运输到管式炉末端的收集器上，得到永磁铁氧体微米颗粒；（3）金属纳米颗粒：用高能球磨机将Co或Ni的金属磨成纳米级金属颗粒；（4）热处理：将步骤（2）得到的永磁铁氧体和步骤（3）得到的Co或Ni纳米金属颗粒在氮气或氩气气氛下高压热处理，得到永磁复合材料。

尤其，优选地，所述步骤（1）中的盐类可以是硝酸盐、硫酸盐或者氯化盐中的一种或多种。

尤其，优选地，所述步骤（2）中的气体流速为3-6L/min，运输的载气为氩气、氮气等惰性气体，管式炉长度为1.5m。

尤其，优选地，所述步骤（2）中管式炉的中心温度为800-900℃，沿着长度方向上形成中心对称的温度梯度，所述永磁体为A_1-xLn_xFe₁₂O₁₉，化合物中元素A为Sr或这Ba元素，Ln为La、Ca金属元素的一种或两种，0.0≤x≤0.3。

尤其，优选地，所述步骤（3）中使用氧化铝或者氧化锆陶瓷球，球料比为

10:1-20:1，球磨时间4h-8h。

尤其，优选地，所述步骤（3）中的Co、Ni纳米颗粒粒径尺寸约为100-300nm。尤其，优选地，所述步骤（4）中的Co或Ni金属纳米颗粒的质量分数约为复合材料总质量的5%-20%,热处理温度为500 ^oC -600 ^oC,压力为5Mpa-15Mpa,时间为30min~5h。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）以硝酸盐或硫酸盐为原材料，避免使用有机盐，使得原料成本低，且实验无毒；

（2）与传统的固相烧结法相比，高压超声热分解法反应时间短，能耗降低；

（3）得到的复合材料，由于Co,Ni铁磁性纳米颗粒与微米永磁铁氧体表面磁性充分耦合，有效了提高材料的剩磁和磁能积。

附图说明

图1制备铁氧体材料的高压超声热分解装置的示意图，1、空气压缩机 2、空气过滤器 3、储液罐 4、泵 5、流量计 6、超声雾化器 7、温控炉 8、石英管 9、捕粉器 10、洗气装置。

图2 热分解法制备得到的Sr_0.7La_0.3Fe₁₂O₁₉的SEM电镜照片。

具体实施方式

下面结合具体实例说明制备A_1-xLn_xFe₁₂O₁₉/Co和A_1-xLn_xFe₁₂O₁₉/Ni永磁复合材料的方法。

实施例1

（1）利用高压超声热分解制备A_1-xLn_xFe₁₂O₁₉前驱体, A为锶，Ln为镧，其中x=0.3,制备Sr_0.7La_0.3Fe₁₂O₁₉前驱体,所述高压超声热分解装置如图1所示。

将Sr(NO₃)₂、La(NO₃)₃、Fe(NO₃)₃按照摩尔比0.7：0.3：12的比例配置成1mol/L的500mL金属盐溶液，将其倒入高压瓶中，以10℃/min的速率将管式炉升温至800℃，打开雾化器，高压内气压为10 MPa，N₂的气流速率设为5L/min，运载气体将雾化好的水雾运输到管式炉中，在管尾的收集器中收集产物。将收集到的产物放入研钵中研磨至无颗粒感，在研钵底部放一块磁铁，利用磁性分离原理，将洗液倒去，再用无水乙醇清洗3遍。将洗净的产物放入真空干燥箱内60℃烘12h，得到纯净的Sr_0.7La_0.3Fe₁₂O₁₉永磁颗粒，如图2所示。

（2）使用高能球磨机，球料比为10:1-20:1,球磨时间4-8h，将Co金属磨成100-300nm颗粒。

（3）烧结法制备Sr_0.7La_0.3Fe₁₂O₁₉/Co永磁复合材料,将Sr_0.7La_0.3Fe₁₂O₁₉前驱体和Co纳米颗粒放入烧结炉中，通入氮气，在8MPa压力，以10 ^oC /min的升温速度升至500^oC,烧结2h，缓慢降至室温，得到Sr_0.7La_0.3Fe₁₂O₁₉/Co永磁复合材料，利用VSM测量磁滞回线，得到永磁复合材料的磁性能：(BH)_max=4.25MGOe，与未复合的Sr_0.7La_0.3Fe₁₂O₁₉相比，Sr_0.7La_0.3Fe₁₂O₁₉/Co磁能积提高了21%。

实施例2

（1）利用高压超声热分解制备A_1-xLn_xFe₁₂O₁₉前驱体, A为钡，Ln为钙，其中x=0.3,制备Ba_0.7Ca_0.3Fe₁₂O₁₉前驱体,所述高压超声热分解装置如图1所示。

将Ba(NO₃)₂、Ca(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃按照摩尔比0.7：0.3：12的比例配置成1mol/L的500mL金属盐溶液，将其倒入高压瓶中，以10℃/min的速率将管式炉升温至800℃，打开雾化器，高压内气压为10MPa，N₂的气流速率设为5L/min，运载气体将雾化好的水雾运输到管式炉中，在管尾的收集器中收集产物。将收集到的产物放入研钵中研磨至无颗粒感，在研钵底部放一块磁铁，利用磁性分离原理，将洗液倒去，再用无水乙醇清洗3遍。将洗净的产物放入真空干燥箱内60℃烘12h，得到纯净的Ba_0.7Ca_0.3Fe₁₂O₁₉铁氧体。

（2）使用高能球磨机，球料比为10:1-20:1,球磨时间4-8h，将Ni金属磨成100-300nm颗粒。

（3）烧结法制备Ba_0.7Ca_0.3Fe₁₂O₁₉/Ni永磁复合材料,将Ba_0.7Ca_0.3Fe₁₂O₁₉前驱体和Ni纳米颗粒放入烧结炉中，通入氩气，在10MPa压力下，以20 ^oC/min的升温速度升至600^oC,烧结6h，缓慢降至室温，得到Ba_0.7Ca_0.3Fe₁₂O₁₉/Ni永磁复合材料，利用VSM测量磁滞回线，得到永磁复合材料的磁性能：(BH)_max=4.13 MGOe，与未复合的Ba_0.7Ca_0.3Fe₁₂O₁₉相比，Ba_0.7Ca_0.3Fe₁₂O₁₉/Ni磁能积提高了12%。