一種高性能鐵氧體磁體的制備方法及其磁體

邱偉國+蔡家海+趙修彬+馬寶+邵陳

摘 要：該文詳細介紹了一種高性能永磁鐵氧體磁體的制備方法及其磁體。并通過X射線衍射（XRD）和永磁材料自動測量裝置對所制備樣品的結構和磁性能進行觀測和研究，實驗結果表明，用此方法所制備的永磁鐵氧體磁體是單一的M型六角鐵氧體相和具有很高的磁性能， 在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj）。在實際生產中，用此方法生產的永磁鐵氧體磁體，價格低廉，減少昂貴金屬Co元素的用量，提高生產效率，保證制得鐵氧體的高磁性能，滿足揚聲器磁體、磁電機用磁瓦磁體、起動電機用磁瓦磁體等不同產品的性能要求。

關鍵詞：鐵氧體 ?磁體 ?高性能 ?磁性材料 ?La-Co取代

中圖分類號：TM27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0032-02

目前燒結鐵氧體磁體和粘結磁體的應用涉及到社會生活的各個領域，可以用于汽車電動機、摩托車發電機，用于電動車窗、ABS（防滑剎車系統）、刮水器、動力轉向裝置、門鎖、心軸、磁帶錄像機（VTR）旋轉頭、收錄機、電動工具驅動、干燥劑風扇、剃須刀驅動等家用電器和電動工具等[1-3]。

傳統的鐵氧體材料有如下幾類：第一類是磁鉛石型（M型）鐵氧體，M型鐵氧體用通式AO·6Fe2O3表示，作為構成A位置的元素，選擇Ba、Ca或者Sr，或者三者中至少兩種，然后加入相應的添加劑如Al2O3、H3BO3、SiO2、CaCO3、B2O3、Cr2O3等，對磁性能參數進行調整;第二類是部分離子取代（置換）的鐵氧體Sr（Ba）1-xRxFe12-yCoyO19（原子比），元素R至少是一種包容性的稀土元素，元素R中一定包含La，在M型鍶鐵氧體基礎上用La3+置換Sr2+，使具有4配位位置（4f1）的向下自旋磁矩的Fe3+離子用Co2+離子置換，使向上自旋磁矩的Fe3+量相對增加，有利于磁特性的提高，目前已知的以La3+，Co2+等離子部分置換Sr-Fe 的配方技術，大幅度地提高了永磁鐵氧體材料的磁性能[5-9]，但因加入了較多的Co等貴重金屬元素，因而其生產成本較高，同時鐵氧體產品合格率低，由鐵氧體制成的磁體不能滿足不同的產品性能要求。為了克服現有技術的缺陷，本文提供了一種高性能鐵氧體磁體的制備方法，保證制備鐵氧體的高磁性能，且滿足不同鐵氧體制品的磁體性能要求，降低生產成本。

1 制備方法

1.1 永磁鐵氧體磁體的制備

（1）制備M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預燒料。

①配料與混合：按化學結構式M0.5R0.5 Fe11.7N0.3O19的組成要求，M1為Sr=0.15，M2為Ca=0.35，R為La，N為Co，La2O3：7.41 wt%、CaCO3：3.17 wt%、Co2O3：2.26 wt%、Fe2O3：85.15 wt%、SrCO3：2.01 wt%在水中混合，用球磨機混合，料∶球∶水=1∶5∶1.5，再按重量百分比添加0.5 wt%Al2O3、0.1wt%H3BO3、0.3wt%SiO2、0.7wt%CaCO3、0.3wt%B2O3和0.1wt%Cr2O3，為了助溶促進固相反應，提高性能，可以添加有Ge、Sn、In、Mg的氧化物，其占總質量百分比為1.0wt%，然后進行混合攪拌3 h。

②預燒：將配料與混合工序得到的原料組合物在空氣中進行預燒，預燒溫度為1250℃，保溫時間為3 h。

③制粉：將步驟b得到的M0.5R0.5Fe11.7 N0.3O19預燒料先粗磨再細磨為平均粒徑為4 μm的粉末。

（2）制備HFe12O19預燒料。

①配料與混合：按化學結構式HFe12 O19的組成要求，H1為Sr=0.75，H2為Ba= 0.25，BaCO3：4.4 wt%、Fe2O3：85.73 wt%、SrCO3：9.87 wt%在水中混合，用球磨機混合，料：球：水=1：5：1.5，再按重量百分比添加0.1wt%H3BO3、0.25wt%SiO2、0.6wt%CaCO3和0.5wt%Cr2O3，然后進行混合攪拌4 h;

②預燒：將配料與混合工序得到的原料組合物進行預燒，在空氣中進行預燒，預燒溫度為1200℃，保溫時間為2 h;

③制粉：將步驟②得到的HFe12O19預燒料先粗磨再細磨為平均粒徑為4 μm的粉末。

（3）混合M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預燒料、HFe12O19預燒料與球磨。

將M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預燒料與HFe12O19預燒料按照比例1：0.1混合，然后按料粉重量百分比添加0.05%H3BO3、1.0%SiO2、0.5%BaCO3和0.1%Al2O3，添加分散劑1.0%的葡萄糖酸鈣和0.5%的山梨醇，用濕式球磨，磨至平均粒徑為0.8μm。

（4）壓制生坯：將上述步驟（3）所得混合料的含水量控制在30 %，然后在磁場中進行壓制生坯，壓制的壓力為550 kg/cm3，成型磁場強度為0.9T。

（5）燒結：將生坯在100℃下保溫5 h，充分除去毛坯中的水分及有機物，然后在空氣中1100℃下保溫5 h，升溫速率為25℃/h。

（6）將步驟（5）燒結磁體經過磨加工、清洗、檢測工序得到最終的永磁鐵氧體磁體。

將M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預燒料與HFe12O19預燒料按照不同比例（1∶0.1、1∶0.25、1∶1、1∶3、1∶5.7）混合，可以得到滿足不同要求的磁性能。

1.2 永磁鐵氧體的相成分分析

采用日本Mac Science公司MXP18A HF型轉靶X射線衍射儀（XRD）分析磁體的物相結構，X射線源采用Cu-Ka靶，波長0.15418 nm，管壓40 kV，掃描步長0.02o，掃描速度8o/min。采用中國計量科學院MATS-2000型永磁材料自動測量裝置測量塊材樣品的磁學性能。

2 結果與討論

圖1是M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預燒料與HFe12O19預燒料以不同比例混合所制磁粉的XRD譜，由圖可知所有的樣品為單一的M型六角鐵氧體相，并無其它雜峰。

表1所示為將M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預燒料與HFe12O19預燒料按照不同比例（1∶0.1、1∶0.25、1∶1、1∶3、1∶5.7）混合，所得到的永磁鐵氧體磁體的磁性能。表2是不同磁性能的永磁鐵氧體磁體在不同產品上的應用，從表1、2中數據可知，用本方法制備的燒結永磁鐵氧體磁體，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產品對高磁性能的要求，見表2，不僅滿足料漿的性能和粒度要求，而且縮短球磨時間，提高生產效率，在一定程度上保證料漿性能的穩定性。

M型鐵氧體具有較大的磁晶各向異性常數K1，由于磁晶各向異性的作用，外加磁場成型時，單疇顆粒內分子磁矩都沿六角單晶的易磁化軸c軸方向排列，這樣排列的一致性越好，取向度越高，燒結后材料磁性能就越好。在M型六角鐵氧體結構中，Co2+取代了4f2亞點陣上的鐵離子，削弱反向離子磁矩，獲得更大的玻爾磁子數，從而提高鐵氧體的飽和磁化強度。

3 結論

用該方法成功制備出高性能永磁鐵氧體材料，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產品對高磁性能的要求。在實際生產中，用此方法生產的永磁鐵氧體磁體，價格低廉，減少昂貴金屬Co元素的用量，提高生產效率，保證制得鐵氧體的高磁性能，滿足揚聲器磁體、磁電機用磁瓦磁體、起動電機用磁瓦磁體等不同產品的性能要求。

參考文獻

[1] 尹有祥.粘結磁體及其應用[J].新材料產業，2004（9）：24-30.

[2] 龍毅，張正義，等.新功能磁性材料及其應用[M].北京：機械工業出版社，211.

[3] 李健三，曾德長，鐘喜春，等.稀土Dy摻雜SrFe12O19永磁鐵氧體的結構和性能[J].功能材料，2011.

2 結果與討論

圖1是M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預燒料與HFe12O19預燒料以不同比例混合所制磁粉的XRD譜，由圖可知所有的樣品為單一的M型六角鐵氧體相，并無其它雜峰。

表1所示為將M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預燒料與HFe12O19預燒料按照不同比例（1∶0.1、1∶0.25、1∶1、1∶3、1∶5.7）混合，所得到的永磁鐵氧體磁體的磁性能。表2是不同磁性能的永磁鐵氧體磁體在不同產品上的應用，從表1、2中數據可知，用本方法制備的燒結永磁鐵氧體磁體，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產品對高磁性能的要求，見表2，不僅滿足料漿的性能和粒度要求，而且縮短球磨時間，提高生產效率，在一定程度上保證料漿性能的穩定性。

M型鐵氧體具有較大的磁晶各向異性常數K1，由于磁晶各向異性的作用，外加磁場成型時，單疇顆粒內分子磁矩都沿六角單晶的易磁化軸c軸方向排列，這樣排列的一致性越好，取向度越高，燒結后材料磁性能就越好。在M型六角鐵氧體結構中，Co2+取代了4f2亞點陣上的鐵離子，削弱反向離子磁矩，獲得更大的玻爾磁子數，從而提高鐵氧體的飽和磁化強度。

3 結論

用該方法成功制備出高性能永磁鐵氧體材料，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產品對高磁性能的要求。在實際生產中，用此方法生產的永磁鐵氧體磁體，價格低廉，減少昂貴金屬Co元素的用量，提高生產效率，保證制得鐵氧體的高磁性能，滿足揚聲器磁體、磁電機用磁瓦磁體、起動電機用磁瓦磁體等不同產品的性能要求。

參考文獻

[1] 尹有祥.粘結磁體及其應用[J].新材料產業，2004（9）：24-30.

[2] 龍毅，張正義，等.新功能磁性材料及其應用[M].北京：機械工業出版社，211.

[3] 李健三，曾德長，鐘喜春，等.稀土Dy摻雜SrFe12O19永磁鐵氧體的結構和性能[J].功能材料，2011.

2 結果與討論

圖1是M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預燒料與HFe12O19預燒料以不同比例混合所制磁粉的XRD譜，由圖可知所有的樣品為單一的M型六角鐵氧體相，并無其它雜峰。

表1所示為將M0.5R0.5Fe11.7N0.3O19預燒料與HFe12O19預燒料按照不同比例（1∶0.1、1∶0.25、1∶1、1∶3、1∶5.7）混合，所得到的永磁鐵氧體磁體的磁性能。表2是不同磁性能的永磁鐵氧體磁體在不同產品上的應用，從表1、2中數據可知，用本方法制備的燒結永磁鐵氧體磁體，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產品對高磁性能的要求，見表2，不僅滿足料漿的性能和粒度要求，而且縮短球磨時間，提高生產效率，在一定程度上保證料漿性能的穩定性。

M型鐵氧體具有較大的磁晶各向異性常數K1，由于磁晶各向異性的作用，外加磁場成型時，單疇顆粒內分子磁矩都沿六角單晶的易磁化軸c軸方向排列，這樣排列的一致性越好，取向度越高，燒結后材料磁性能就越好。在M型六角鐵氧體結構中，Co2+取代了4f2亞點陣上的鐵離子，削弱反向離子磁矩，獲得更大的玻爾磁子數，從而提高鐵氧體的飽和磁化強度。

3 結論

用該方法成功制備出高性能永磁鐵氧體材料，在室溫（25℃）下具有3900～4600Gs的剩磁（Br），360～430kA/m的內稟矯頑力（Hcj）和95%以上的矩形比（Hk/Hcj），選擇M1-xRx（Fe12-yNy）zO19與HFe12O19不同配比，完全可以滿足不同產品對高磁性能的要求。在實際生產中，用此方法生產的永磁鐵氧體磁體，價格低廉，減少昂貴金屬Co元素的用量，提高生產效率，保證制得鐵氧體的高磁性能，滿足揚聲器磁體、磁電機用磁瓦磁體、起動電機用磁瓦磁體等不同產品的性能要求。

參考文獻

[1] 尹有祥.粘結磁體及其應用[J].新材料產業，2004（9）：24-30.

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