一种制备钕铁硼永磁纳米粒子的方法技术

本发明专利技术公开了一种溶胶-凝胶工艺制备钕铁硼纳米永磁材料的方法。其特征在于将乙酰丙酮钕、乙酰丙酮铁、硼酸乙酯溶于无水乙醇中，搅拌均匀形成溶胶，然后与氨水共置于密闭的容器内形成凝胶，烘干使之成为干凝胶、研磨、退火处理得到钕铁硼氧化物，在氢气与氩气的混合气氛下进行还原，冷却后即得到钕铁硼纳米永磁材料。本发明专利技术提供了一种溶胶-凝胶工艺制备钕铁硼纳米永磁材料的简易方法，所得材料性能均匀，颗粒尺寸可控。

【技术实现步骤摘要】
一种制备钕铁硼永磁纳米粒子的方法
本专利技术涉及钕铁硼永磁材料，特指一种溶胶-凝胶工艺制备钕铁硼永磁纳米粒子的简易方法，属于高性能永磁材料领域。
技术介绍
自从1983年日本住友公司专利技术了钕铁硼永磁材料以来，主要发展有烧结、粘结NdFeB及其它稀土永磁材料，广泛应用于电子、汽车、计算机、电力、机械、能源、环保、国防、医疗器械等众多领域，前景十分广阔。Nd2Fe14B永磁材料的制备方法主要有粉末冶金和快淬等，具有高能源消耗和需要高纯度元素作为初始原料等特点，在制备Nd2Fe14B基粘结磁体、烧结磁体或工程应用中的磁弹性体时，磁性粉末是必不可少的，通常情况下，微米级的Nd2Fe14B永磁粉末采用旋淬、破碎、球磨或者HDDR技术来制取；在纳米尺寸范围内，永磁纳米粒子所具有的形状及大小分布的优点决定了永磁纳米粒子可应用于各向异性、交换耦合、单畴粒子、铁磁流体、冷却系统、兆位元储存等领域；永磁纳米粒子的制备目前有两种方法，其一为采用硼氢化钠对钕盐和铁盐进行还原；其二是采用多元醇的还原工艺，然而，由于稀土元素具有较高的电极电位，同时还原稀土元素和过渡族金属是很难的，且由于Nd2Fe14B合金具有易于氧化的缺点，因而使得Nd2Fe14B永磁纳米粒子的制备更富于挑战性；有文献以六水氯化钕、硼酸、柠檬酸和乙二醇为原料采用溶胶-凝胶工艺或水热的方法制备Nd2Fe14B永磁纳米粒子，但制备过程中所引入的氯元素很难去除，由于其基本性质和在后续工艺中的变化及其产物，除直接影响Nd2Fe14B永磁纳米粒子性能、增大工艺难度以外，对生产设备、厂房等也将造成损坏，对环境造成污染，对现场操作人员的健康造成危害；综上，Nd2Fe14B永磁纳米粒子的制备存在产品性能不达标、效率低、产量小、成本高且对环境污染严重等问题，寻求一种高性能、高效、高产、低成本、低污染的方法以实现Nd2Fe14B永磁纳米粒子的工业化生产迫在眉睫。本专利技术以乙酰丙酮钕、乙酰丙酮铁、硼酸乙酯为原料，采用溶胶-凝胶的工艺制备Nd2Fe14B永磁纳米粒子；其优点是不含恶化Nd2Fe14B永磁纳米粒子性能的氯元素，且前驱体所需原料在液相下能够均匀混合，并进行水解、缩合等化学反应，在溶液中形成稳定的溶胶体系，并且在凝胶缓慢聚合的过程中形成三维空间网络结构使溶剂失去流动性并充满在网络结构中，采用溶胶-凝胶工艺使各反应单元混合均匀，所得磁性材料性能均匀，颗粒尺寸可控。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种以溶胶-凝胶工艺制备钕铁硼纳米磁性粉末的简易方法，以解决性能不达标、效率低、产量小、高成本、高污染环境等问题。本专利技术的实验步骤为：1)配制0.7g/mL的NdCl3·6H2O的水溶液，加稀盐酸调节pH值至5.0；另配制浓度为0.16g/mL乙酰丙酮的氨水溶液，在搅拌下将上述两种溶液缓慢混合，NdCl3·6H2O与乙酰丙酮的质量比为1:1.25-1.30；用稀盐酸使反应混合物的pH值保持在7.0，搅拌12小时，待结晶析出后，将所得产物用甲苯进行重结晶、过滤，在空气中干燥12小时，再在Mg(ClO4)上干燥4日，即获得乙酰丙酮钕。所述氨水的浓度为2mol/L。2)、将乙酰丙酮钕、乙酰丙酮铁、硼酸乙酯溶解于无水乙醇；乙酰丙酮钕、乙酰丙酮铁、硼酸乙酯的添加比例按NdxFe100-x-yBy的成分配比(原子百分数)进行添加；向上述溶液中加入去离子水进行水解，去离子水与金属盐(乙酰丙酮钕与乙酰丙酮铁摩尔量之和)摩尔比值为(1-10):1；其中5≤x≤19，0.2≤y≤5。所述无水乙醇的用量以能够完全溶解乙酰丙酮钕、乙酰丙酮铁、硼酸乙酯即可。3)、用三乙烯四胺调节上述溶液pH值为7-12，搅拌0.5-2小时，然后与稀氨水共置于密闭的干燥器内，放置4-10日得凝胶。所述稀氨水的浓度为0.2mol/L。4)、将所得凝胶进行干燥。所述干燥温度为80-150℃，干燥时间为5-10小时。5)、将步骤4所得产物研碎，置于马弗炉内进行退火，退火温度为400-800℃，退火时间为2-5小时。6)、将步骤5所得产物置于真空管式炉内，通入氢气和氩气的混合气体进行还原处理，还原温度为600-1000℃，还原时间为2-6小时，冷却后即得到Nd2Fe14B永磁纳米粒子粉末。所述氢气和氩气的混合气体中氢气与氩气的体积比为5：95。本专利技术提供了一种利用化学合成制备钕铁硼永磁纳米粒子的方法，方法简单，原料易得，为实现Nd2Fe14B永磁材料的工业化生产提供了一条新途径，采用上述工艺制备出的永磁纳米粒子颗粒均匀、尺寸可控、磁性能较高；上述方法同样适用于Dy2Fe14B和Pr2Fe14B的制备。附图说明图1为实施例1所得钕铁硼永磁纳米粒子的VSM图，由样品的磁滞回线形状可知，样品具有较高的永磁性能，磁性能可达：剩磁为50.1emu/g，矫顽力为4210G。图2为实施例2所得钕铁硼永磁纳米粒子的VSM图，由样品的磁滞回线形状可知，样品具有较高的永磁性能，磁性能可达：剩磁为61.4emu/g，矫顽力为4657G。图3为实施例2所得钕铁硼永磁纳米粒子的TEM图，样品颗粒尺寸可控制在50～100纳米范围内，且颗粒大小较为均匀。具体实施方式具体实施例1：1)配制0.7g/mL的NdCl3·6H2O的水溶液，取5mL于烧杯中，加稀盐酸调节pH值至5.0；另配制28mL浓度为0.16g/mL乙酰丙酮的氨水溶液(氨水浓度为2mol/L)，在搅拌下将上述两种溶液缓慢混合；用稀盐酸使反应混合物的pH值保持在7.0，搅拌12小时，待结晶析出后，将所得产物用甲苯进行重结晶、过滤，在空气中干燥12小时，再在Mg(ClO4)上干燥4日，即获得乙酰丙酮钕。2)称取乙酰丙酮钕2.211g，乙酰丙酮铁9.123g，硼酸乙酯0.365g溶于10mL无水乙醇，放磁力搅拌器上搅拌均匀，再滴加2.775g的去离子水。3)用三乙烯四胺调节pH值为8.0，持续搅拌2小时，将搅拌好的溶液与另一装满氨水(氨水浓度为0.2mol/L)的烧杯同置于一封闭的干燥器内。4)10天后取出干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为7小时得到干凝胶。5)将所得凝胶磨成粉状，放入马弗炉内在600℃下进行退火处理3.5h。6)将退火后所得粉末置于真空管式炉内进行还原处理，通入氢气(5％，体积分数)和氩气(95％，体积分数)的混合气体进行还原处理，还原温度为900℃，还原时间为3小时，冷却后即得到钕铁硼磁性纳米粒子粉末,所得产物剩磁为50.1emu/g，矫顽力为4210G。具体实施例2：1)配制0.7g/mL的NdCl3·6H2O的水溶液，取5mL于烧杯中，加稀盐酸调节pH值至5.0；另配制28mL浓度为0.16g/mL乙酰丙酮的氨水溶液(氨水浓度为2mol/L)，在搅拌下将上述两种溶液缓慢混合；用稀盐酸使反应混合物的pH值保持在7.0，搅拌12小时，待结晶析出后，将所得产物用甲苯进行重结晶、过滤，在空气中干燥12小时，再在Mg(ClO4)上干燥4日，即获得乙酰丙酮钕。2)称取乙酰丙酮钕1.032g，乙酰丙酮铁4.709g，硼酸乙酯0.146g溶于8mL无水乙醇，放磁力搅拌器上搅拌均匀，再滴加1.41g的去离子水。3)用三乙烯四胺调节pH值为8.5，持续搅拌1小时，将搅拌好的溶液与另一装满氨水(氨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备钕铁硼永磁纳米粒子的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将乙酰丙酮钕、乙酰丙酮铁、硼酸乙酯溶解于无水乙醇；乙酰丙酮钕、乙酰丙酮铁、硼酸乙酯的添加比例按钕铁硼永磁纳米粒子的成分配比进行添加；向上述溶液中加入去离子水进行水解，去离子水与金属盐的摩尔比值为(1‑10)：1； 金属盐指乙酰丙酮钕和乙酰丙酮铁；（2）调节上述溶液pH值为7‑12，搅拌0.5‑2小时，然后与稀氨水共置于密闭的干燥器内，放置4‑10日得凝胶；（3）将所得凝胶进行干燥；（4）将步骤3所得产物研碎，置于马弗炉内进行退火；（5）将步骤4所得产物置于真空管式炉内，通入氢气和氩气的混合气体进行还原处理，冷却后即得到Nd2Fe14B永磁纳米粒子粉末。

【技术特征摘要】
1.一种制备钕铁硼永磁纳米粒子的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将乙酰丙酮钕、乙酰丙酮铁、硼酸乙酯溶解于无水乙醇；乙酰丙酮钕、乙酰丙酮铁、硼酸乙酯的添加比例按钕铁硼永磁纳米粒子的成分配比进行添加；向上述溶液中加入去离子水进行水解，去离子水与金属盐的摩尔比值为(1-10)：1；金属盐指乙酰丙酮钕和乙酰丙酮铁；(2)调节上述溶液pH值为7-12，搅拌0.5-2小时，然后与稀氨水共置于密闭的干燥器内，放置4-10日得凝胶；(3)将所得凝胶进行干燥；(4)将步骤(3)所得产物研碎，置于马弗炉内进行退火；(5)将步骤(4)所得产物置于真空管式炉内，通入氢气和氩气的混合气体进行还原处理，冷却后即得到Nd2Fe14B永磁纳米粒子粉末。2.如权利要求1所述的一种制备钕铁硼永磁纳米粒子的方法，其特征在于：步骤(1)中所述乙酰丙酮钕的制备方法如下：1)配制0.7g/mL的NdCl3·6H2O的水溶液，加稀盐酸调节pH值至5.0；另配制浓度为0.16g/mL乙酰丙酮的氨水溶液，在搅拌下将上述两种溶液缓慢混合，NdCl3·6H2O与乙酰丙酮的质量比为1:1.25-1.30；用稀盐酸使反应混合物的pH值保持在7.0，搅拌12小时，待结晶析出后，将所得产物用甲苯进行重结晶、过滤，在空气中干燥1...

【专利技术属性】
技术研发人员：付猛，李丽丽，刘春林，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32