D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.11.015 第29卷第11期 北京科技大学学报 Vol.29 No.11 2007年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2007 自蔓延高温合成锰锌铁氧体粉料 杨珂郭志猛郝俊木高峰张斌 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要采用内氧化剂KCIO3,在常压空气中自蔓延高温合成锰锌铁氧体粉料.粉料性能用XRD,SEM、VSM等表征，讨论了 燃烧合成的影响因素·结果表明：当反应放热供氧系数m为0.54、反应控制放热系数k为0.6、燃烧合成速度为1.93mm· s1、燃烧温度为1593K时，可制备性能优良的锰锌铁氧体粉料，其比饱和磁化强度为64.44Am2kg1,比剩磁强度为1.349 Am2kg1,矫顽力为0.24kAm1,平均粒径为1.42m· 关键词锰锌铁氧体；氧化剂：自蔓延高温合成：磁性能 分类号TQ174.5 锰锌铁氧体是由锰、锌、铁组成的具有亚铁磁性 1 的非金属复合氧化物，是一良好的软磁材料，现已广 实验 泛应用在电脑、通信、办公自动化、远程监控、视听设 采用分析纯MnO2、Zn0、KClO3、Fe203及还原 备、家用电器以及电子信息技术].目前制备锰 铁粉.将原料按Mno.5Zno.5Fe204称量，加入KClO3 锌铁氧体粉料的主要方法分为湿法和干法，湿法有 供氧剂，加水湿磨1~2h,球料比3：1（质量比），然 共沉淀法[)、水热法[山、SolG;干法有传统陶瓷 后低温60~80℃干燥，置于耐火容器，接入钨丝线 工艺法山、自蔓延高温合成法可，湿法制备的粉体 圈，空气中通电点燃粉末，接入铂铑热电偶测温，以 分散均匀，一致性好；但其工艺要求严格，生产成本 Labview软件辅助测量燃烧速度和最高燃烧温度. 较高，传统陶瓷法工艺简单，生产成本低：但其预烧 将合成的粉末置于球磨罐中加水湿磨1~2h后用 过程较长，而自蔓延高温合成(self-propagating 水清洗，最后干燥得铁氧体粉末，见流程图1. high temperature synthesis,简称SHS,也称燃烧合 司-区和-球图-干阅-S因-数量茶 成)是一种利用原料化学反应放出的化学反应热的 自加热和自传导作用来合成材料的技术，其合成速 图1自蔓延高温合成锰锌铁氧体粉料流程图 度快、效率高及温度高，对于产物中的杂质有自净化 Fig-1 Flow chart of MnZn-ferrite powder synthesis by SHS 作用，不用外部提供能量而节能，因此近年来成为研 究铁氧体粉料合成的新技术， 采用Dmax一RB型X射线衍射仪、S一250MK2 型扫描电子显微镜、LM230激光衍射粒度分析仪 目前国外已采用自蔓延高温合成技术制备出 Mn☑n一、NZn一[]铁氧体粉体，近年来国内有学 以及LDJ96O0强磁场振动样品磁强计对产物的物 者研究了NiZn一、MnZn一、Mn一、Zn-[6.9山铁氧 相、形貌、粒度以及磁性能进行表征分析· 体的燃烧合成，但上述研究均采用铁粉置换部分氧 2结果与讨论 化铁，在高压氧气氛围中合成粉末，因此该法受限于 高压设备，使其效率受限， 2.1反应放热供氧系数对燃烧合成反应的影响 本文以Mno.Zno.sFe204为研究对象，采用内氧 自蔓延高温合成锰锌铁氧体属固一气反应，氧 化剂KCIO3供氧，避免使用高压设备，实现在常压 源提供方式及气体压力直接决定反应是否发生，前 空气氛围中自蔓延高温合成锰锌铁氧体粉料，初步 期实验表明锰锌铁氧体在常压空气中无法自蔓延， 研究了自蔓延高温合成锰锌铁氧体工艺的影响因 在101.3kPa以上的纯氧中仅在与氧气有接触的表 素，并对合成产物的结构和性能进行了表征. 层发生反应.因此内氧化剂KCO3的加入可以弥补 在快速高温的自蔓延过程中常压不能及时提供的氧 收稿日期：2006-07-16修回日期：2006-09-22 源而维持反应，其反应方程式如下： 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.20476008) 200℃，Mn02催化 作者简介：杨可(1982-)，女，硕士研究生：郭志猛(1959一)，男， m KC1O3 mKCI++2m0os↑， 教授，博士生导师自蔓延高温合成锰锌铁氧体粉料 杨 珂 郭志猛 郝俊杰 高 峰 张 斌 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 采用内氧化剂 KClO3‚在常压空气中自蔓延高温合成锰锌铁氧体粉料．粉料性能用 XRD、SEM、VSM 等表征‚讨论了 燃烧合成的影响因素．结果表明：当反应放热供氧系数 m 为0∙54、反应控制放热系数 k 为0∙6、燃烧合成速度为1∙93mm· s －1、燃烧温度为1593K 时‚可制备性能优良的锰锌铁氧体粉料‚其比饱和磁化强度为64∙44A·m 2·kg －1‚比剩磁强度为1∙349 A·m 2·kg －1‚矫顽力为0∙24kA·m －1‚平均粒径为1∙42μm． 关键词 锰锌铁氧体；氧化剂；自蔓延高温合成；磁性能 分类号 T Q174∙5 收稿日期：2006-07-16 修回日期：2006-09-22 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．20476008） 作者简介：杨 珂（1982－）‚女‚硕士研究生；郭志猛（1959－）‚男‚ 教授‚博士生导师 锰锌铁氧体是由锰、锌、铁组成的具有亚铁磁性 的非金属复合氧化物‚是一良好的软磁材料‚现已广 泛应用在电脑、通信、办公自动化、远程监控、视听设 备、家用电器以及电子信息技术［1－2］．目前制备锰 锌铁氧体粉料的主要方法分为湿法和干法．湿法有 共沉淀法［3］、水热法［4］、Sol－Ge ［5］；干法有传统陶瓷 工艺法［1］、自蔓延高温合成法［6］．湿法制备的粉体 分散均匀‚一致性好；但其工艺要求严格‚生产成本 较高．传统陶瓷法工艺简单‚生产成本低；但其预烧 过程 较 长．而 自 蔓 延 高 温 合 成 （self-propagating high-temperature synthesis‚简称 SHS‚也称燃烧合 成）是一种利用原料化学反应放出的化学反应热的 自加热和自传导作用来合成材料的技术‚其合成速 度快、效率高及温度高‚对于产物中的杂质有自净化 作用‚不用外部提供能量而节能‚因此近年来成为研 究铁氧体粉料合成的新技术． 目前国外已采用自蔓延高温合成技术制备出 MnZn－、NiZn－［7－8］ 铁氧体粉体‚近年来国内有学 者研究了 NiZn－、MnZn－、Mn－、Zn－［6‚9－11］铁氧 体的燃烧合成．但上述研究均采用铁粉置换部分氧 化铁‚在高压氧气氛围中合成粉末‚因此该法受限于 高压设备‚使其效率受限． 本文以 Mn0∙5Zn0∙5Fe2O4 为研究对象‚采用内氧 化剂 KClO3 供氧‚避免使用高压设备‚实现在常压 空气氛围中自蔓延高温合成锰锌铁氧体粉料‚初步 研究了自蔓延高温合成锰锌铁氧体工艺的影响因 素‚并对合成产物的结构和性能进行了表征． 1 实验 采用分析纯 MnO2、ZnO、KClO3、Fe2O3 及还原 铁粉．将原料按 Mn0∙5Zn0∙5Fe2O4 称量‚加入 KClO3 供氧剂‚加水湿磨1～2h‚球料比3∶1（质量比）．然 后低温60～80℃干燥‚置于耐火容器‚接入钨丝线 圈‚空气中通电点燃粉末‚接入铂铑热电偶测温‚以 Labview 软件辅助测量燃烧速度和最高燃烧温度． 将合成的粉末置于球磨罐中加水湿磨1～2h 后用 水清洗‚最后干燥得铁氧体粉末‚见流程图1． 图1 自蔓延高温合成锰锌铁氧体粉料流程图 Fig．1 Flow chart of MnZn-ferrite powder synthesis by SHS 采用 Dmax－RB 型 X 射线衍射仪、S－250MK2 型扫描电子显微镜、LM2－30激光衍射粒度分析仪 以及 LDJ9600强磁场振动样品磁强计对产物的物 相、形貌、粒度以及磁性能进行表征分析． 2 结果与讨论 2∙1 反应放热供氧系数对燃烧合成反应的影响 自蔓延高温合成锰锌铁氧体属固－气反应‚氧 源提供方式及气体压力直接决定反应是否发生．前 期实验表明锰锌铁氧体在常压空气中无法自蔓延‚ 在101∙3kPa 以上的纯氧中仅在与氧气有接触的表 层发生反应．因此内氧化剂 KClO3 的加入可以弥补 在快速高温的自蔓延过程中常压不能及时提供的氧 源而维持反应．其反应方程式如下： mKClO3 200℃‚MnO2 催化 mKCl＋ 3 2 mO2↑‚ 第29卷 第11期 2007年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．11 Nov．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．11．015