羰基多晶铁纤维合成CoZn-W铁氧体研究

王 娟，曹晓晖，孟锦宏，徐洋洋

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳 110159)

羰基多晶铁纤维合成CoZn-W铁氧体研究

王 娟，曹晓晖，孟锦宏，徐洋洋

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳 110159)

以羰基多晶铁纤维作为铁源取代传统的FeOOH原料，用化学沉淀-局部规整法制备了CoZn-W铁氧体。XRD、VSM和SEM分析结果表明，CoZn-W中无杂相出现其颗粒呈块状或长块状，颗粒尺寸约2～12μm。其饱和磁化强度Ms为70.90emu·g-1，矫顽力强度Hc为108.62Oe。

化学沉淀-局部规整法；W型铁氧体；羰基多晶铁纤维

W型铁氧体具有磁导率较大、频率特性较好、相对介电常数较小、高饱和磁化强度和低矫顽力等特点，因而其在吸波领域的应用日益显著[1]。

W型铁氧体的性能受结构、化学组成、纯度及颗粒尺寸和形貌的影响，因而近年来较多文献关注于其制备工艺的研究[2]。目前报道的W型铁氧体制备方法主要有溶胶凝胶法和化学共沉淀法。溶胶凝胶过程是在溶液中进行,反应能够达到分子水平上的混合；若前驱体形成时再引入凝胶自蔓延反应可避免高温预烧,使硬团聚几率减少[3]。因此该法制备的W型铁氧体颗粒较细小、均匀。但是，该法在烧结过程中易出现团聚，高温下晶化不易完全[4]；且凝胶生成过程的配合物形成机理和粉末生成过程的氧化还原反应机理尚未清晰[5]。叶云[2]等用该法制得BaCo2-W、BaCo1.5Zn0.5-W、BaCoZn-W、BaCo0.5Zn1.5-W、BaNi2-W、BaNi1.5Zn0.5-W和BaNiZn-W型铁氧体，但其中均含有α-Fe2O3、BaFe12O19、CoFe2O4、ZnFe2O4和/或NiFe2O4等其它杂质。化学共沉淀法制备W型铁氧体具有成本低﹑工艺简单、反应物化学活性高等特点。但是沉淀过程不均匀易造成粒子间的团聚，使烧结后形成较大的颗粒[6]。Muhammad Javed Iqbal[6]等用化学共沉淀法制备了BaCo2Fe16-2x(ZrMn)xO27(x=0.0～1.0),x=0.4时其饱和磁化强度Ms=67emu·g-1，剩余磁化强度Mr=34.7emu·g-1，矫顽力Hc=1861Oe。

化学沉淀-局部规整法[7]是近年来出现的一种铁氧体制备方法。该方法综合了化学沉淀法和局部规整法的优点。其突出优势之一是利用具有特殊形貌的反应物为模板及原料，进而控制产物形貌；优势之二是基于局部规整反应历程，提高产物的晶体结构规整程度和纯度。该方法通常是以针状FeOOH或棒状Fe2O3为原料，迄今鲜见其它原料的报道。董鸿飞，谭玉琢等[7-8]采用该法以α-FeOOH为模板及原料制备了棒状NiFe2O4、棒状BaFe12O19和片状BaFe12O19。葛如振[5]以α-FeOOH为原料制备了块状的BaCo2Fe16O27-W，但其中存在少量的CoFe2O4杂质。

本文以羰基多晶铁纤维为铁源取代传统的FeOOH，采用化学沉淀-局部规整法制备CoZn-W铁氧体。尝试经原料变化调变形成历程，进而提高产物的纯度和性能。

1 实验部分

用日本D/max-RB型X-射线衍射仪表征物相及晶体结构(CuKα辐射，靶电压：40KV，靶电流：100mA。扫描速度4°/min)。采用JXA-840型扫描电子显微镜分析粒子表面形貌(加速电压15kV)。用JDAW-2000C型震动样品磁强计测量铁氧体磁滞回线(施加的最大磁场为20.1KOe)。

2 结果与分析

2.1 XRD分析

图1为实验所做CoZn-W型铁氧体的XRD图。

图1 CoZn-W型铁氧体的XRD图

CoZn-W的XRD(图1)显示明显的BaCo2Fe16O27-W的标准XRD图(PDF19-98)和BaZn2Fe16O27-W的标准XRD图(PDF52-1868)，峰形尖锐、对称，无其他物相衍射峰出现；由XRD数据计算晶胞参数得a=0.5902nm[9]，该值介于BaCO2Fe16O27的晶胞参数(0.5880nm)和BaZn2Fe16O27的晶胞参数(0.5907nm)之间，说明产物为结晶有序程度较高的纯相CoZn-W铁氧体。葛如振[5]以α-FeOOH为原料经化学沉淀-局部规整法合成Co2-W型铁氧体，指出其形成历程如式(1～5)，因而前驱体1300℃焙烧4h产物中仍存在少量CoFe2O4杂质。

α-FeOOH→H2O+α-Fe2O3

(1)

CoCO3+α-Fe2O3→CoFe2O4+CO2

(2)

BaCO3+α-Fe2O3→BaFe2O4+CO2

(3)

5α-Fe2O3+BaFe2O4→BaFe12O19

(4)

BaFe12O19+2CoFe2O4→BaCo2Fe16O27

(5)

以羰基多晶铁纤维为铁源取代α-FeOOH，前驱体焙烧过程中不再发生α-FeOOH脱-OH过程，铁纤维可能与表面包覆的Co和Zn盐沉淀在焙烧过程中直接生成CoFe2O4和ZnFe2O4，进而加快了生成W型的反应进程，故所得前驱体1300℃仅焙烧3h即可得到纯相产物。

2.2 SEM分析

图2为实验所做的CoZn-W型铁氧体和引用文献Co2-W铁氧体[5]的SEM图。

图2实验CoZn-W型铁氧体和Co2-W铁氧体[5]的SEM图

由CoZn-W的SEM图可知(图2a)，焙烧产物呈块状，部分呈现长块状，颗粒尺寸约2～12μm，有少量团聚现象。葛如振[5]以α-FeOOH制备的Co2-W型焙烧产物(图2b)为无规则的块状，颗粒尺寸约1～6μm，完全失去了模板α-FeOOH的一维形貌。CoZn-W的部分颗粒呈现长块状，可能与铁纤维较α-FeOOH呈现较大的长径比有关[1,5]。

2.3 VSM分析

图3为实验所做的CoZn-W型铁氧体的磁滞回线图。

图3 CoZn-W型铁氧体的磁滞回线

由BaCoZnFe16O27的磁滞回线(图3)可知，其饱和磁化强度Ms为70.98emu·g-1，剩余磁化强度Mr为7.05 emu·g-1，矫顽力Hc为108.62Oe。

Muhammad Javed Iqbal[10]等用化学共沉淀法制备了BaCoZnFe16-2yAlyCeyO27(y=0.0～1.0)，在x=0时所得BaCoZnFe16O27中存在少量Fe2O3杂质，其颗粒尺寸小于1μm，Ms=65.3emu·g-1，Hc=1310Oe。本文所制备的CoZn-W相对较高的纯度、颗粒尺寸和结晶有序程度，使其Ms较文献[10]提高5.68emu·g-1，Hc降低1201.38Oe。Yi Yang[11]等用化学共沉淀法制备的Ba(Co0.5Zn0.5)2Fe16O27的Ms为50emu·g-1，本文所制备的BaCoZnFe16O27较其提高20.98emu·g-1。

葛如振[5]以α-FeOOH为原料制备BaCo2Fe16O27其Ms为70.74emu·g-1，Hc为128Oe。徐春旭[12]等指出随着Zn含量的增加，磁性离子间的超交换作用减弱，故而饱和磁化强度降低。另外复相的产生，磁性相的减少，也使得比饱和磁化强度降低。本文以铁纤维取代α-FeOOH制备CoZn-W，虽然Co部分被Zn取代，但由于产物纯度提高，并有颗粒尺寸及形貌的变化，进而CoZn-W能够保持与BaCo2Fe16O27相同的Ms，同时Hc有所降低。

3 结论

以羰基多晶铁纤维作为铁源取代传统的FeOOH原料，用化学沉淀-局部规整法制备了纯相的CoZn-W铁氧体，其颗粒呈块状或长块状，颗粒尺寸约2～12μm。进而，其Ms为70.98emu·g-1，Mr为7.05emu·g-1，Hc为108.62Oe。

以铁纤维为铁源取代FeOOH，使化学沉淀-局部规整法制备W型铁氧体过程中不再经历α-FeOOH脱-OH形成中间相α-Fe2O3的过程，形成历程的变化使产物的纯度和磁性能较传统制备过程提高，前驱体焙烧时间减少。

[1]徐洋洋.一维磁铅石型铁氧体的制备、形成历程及性能研究[D].沈阳：沈阳理工大学,2012.

[2]叶云,杨辉,李保东,等.纳米掺杂W型钡铁氧体的制备与性能研究[J].分析测试技术与仪器,2009,15(2):89-94.

[3]李茹民,刘致阳,徐春旭,等.铁氧体SrNi2Fe16O27超微粉的制备与磁性能研究[J].功能材料,2007,38(7):1082-1084.

[4]王琦洁,黄英,熊佳.纳米钡铁氧体末制备技术的研究进展[J].硅酸盐学报,2005,24(3):49-53.

[5]葛如振.W型钡铁氧体的制备与性能研究[D].沈阳：沈阳理工大学,2011.

[6]Muhammad J I,Rafaqat A K,Shigemi M,et al.Tailoring of structural,electrical and magnetic properties of BaCo2W-type hexaferrites by doping with Zr-Mn binary mixtures for useful applications[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2011,323(16):2137-2144.

[7]谭玉琢,孟锦宏,孙杰,等.化学沉淀-局部规整法制备棒状M型钡铁氧体的形成历程[J].无机化学学报,2008,24(12):1989-1993.

[8]董鸿飞.化学沉淀-局部规整法制备棒状铁氧体及其性能研究[D].沈阳：沈阳理工大学,2010.

[9]关山月.二维M型钡铁氧体的制备、形成历程及性能研究[D].沈阳：沈阳理工大学,2012.

[10]Muhammad J.I,Rafaqat A.K,Shigeru T,et al.W-type hexaferrite nanoparticles:A consideration for microwave attenuation at wide frequency band of 0.5-10 GHz[J].Journal of Alloys and Compounds,2011,509(28):7618-7624.

[11]Yang Y,Zhang B,Xu W,et al.Microwave absorption studies of W-hexafer- rite prepared by co-precipitation/mechanical milling[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2003,265(2):119-122.

[12]徐春旭.W型铁氧体的制备及磁性研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2004.

SynthesisofCoZn-W-typeHexagonalFerritewithCarbonylIronFiber

WANG Juan,CAO Xiaohui,MENG Jinhong,XU Yangyang

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

Using carbonyl iron fiber as raw materials to replace the traditional FeOOH,CoZn-W type ferrite precursor was prepared by precipitation-toptactic reaction method.The synthesized CoZn-Wwas pure phase without impurity,appeared block or long block morphology with particle size of 2～12μm,and thus presented the saturation magnetization (Ms) of 70.90 emu·g-1,and coercive force (Hc) of 108.62 Oe.

precipitation-toptactic reaction method;W type ferrite;carbonyl iron fiber

2013-07-15

国家自然科学基金项目(51172148)

王娟(1987—),女，硕士研究生；通讯作者：曹晓晖(1964—),男，教授，博士，研究方向:功能材料.

1003-1251(2014)01-0024-04

TB34

A

马金发)