百科:钕铁硼磁粉制备方法


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[导读]NdFeB磁粉的制备方法大致有以下几种

www.188betkr.com 讯20世纪以来,随着磁学领域的发展与革新,磁学在生活中得到了非常广泛的应用,如在国防、医疗器械、航空航天、数据储存、磁共振、计算机、电子器械等领域得到了广泛应用。随着稀土永磁材料问世,磁学得到了飞速的发展,永磁材料器件也因此更加轻量化和集成化。其中第三代稀土永磁材料NdFeB,因其优异的性能和相对低廉的成本,使得稀土永磁材料在永磁材料中占有最高的地位。


NdFeB磁粉的制备方法大致有以下几种:


化学法

化学法目前为实验室制备Nd2Fe14B的主要方法,化学法的重点为金属氧化物前驱体的制备,接着使用还原剂对氧化物体前驱体进行还原。

还原扩散法

还原扩散法的原材料是较为稳定的氧化物,还原剂为Ca、CaH2,Ca具更高还原电位,经过还原扩散过程后,将得到CaO与稀土永磁粉末的混合物,因此需要去除CaO,最终获得纯净的稀土永磁材料。通常采用氧化钕或钕盐作为稀土Nd的来源。

还原扩散法的原材料成本较低且合成的样品直接即为粉状,不需要额外球磨,工艺简单,但合成的粉末在微米范畴,粉末的晶粒尺寸严重影响其磁性能的优良。为了制备纳米级的NdFeB颗粒,科学家研究出首先用化学法合成纳米尺寸的NdFeB前驱体,然后通过还原扩散得到NdFeB颗粒的方法。

溶胶凝胶法

溶胶凝胶法是制备纳米NdFeB前驱体的方法之一,在低温环境下,有机络合物聚合形成溶胶,再经热处理即可。溶胶-凝胶法是一种较为简单的合成金属纳米颗粒的方法,已经成为制备磁性纳米颗粒的高效且常用方法之一。

热分解法

热分解法是通过加热乙酰丙酮盐,金属羰基盐等来制备NdFeB氧化物前驱体。再与Ca或CaH2一起在高温下还原得到Nd2Fe14B磁粉的过程。

燃烧法

包括自燃烧法和微波辅助燃烧法。自燃烧法的特点是靠自身反应释放的热量维持的合成方式。其过程是把甘氨酸、尿素等与金属硝酸盐混,还原剂与氧化剂混合瞬间反应释放大量热量,从而制备出金属氧化物。而另一种微波辅助加热的反应方法,是靠微波传递能量进行加热,其特点是加热速度快、反应物受热均匀且方便控制反应能量。

共沉淀法

共沉淀法利用沉淀剂将含有多种离子的溶液变为均匀沉淀,它是制备复合氧化物超细粉末的重要方法。

机械化学法

机械化学法的基本原理是,通过机械能将反应物进行破碎研磨,反应物可以为粉末、固体以及固液混合物,球磨后便可以进行接下来的操作,使球磨后的样品发生化学反应。由于高能球磨后的样品颗粒被细化,且混合均匀,使得化学反应更加彻底且均匀,最后形成新的物质。

机械化学法反应速度快,相比物理法与其他的化学法,机械化学法具有成本低且环保等优势。机械化学法也随之成为合成的主流方向。


物理法


熔体快淬法

熔体快淬是在真空环境下,金属或合金被融化后射向高速旋转的水冷铜辊上,在极冷的温度下凝固而获得纳米晶或非晶组织,使金属或合金材料具有新的力学和物理性能。通过改变温度控制冷却的速度从而调节晶粒尺寸的大小,这种方法易于控制,因此方便其批量生产,应用广泛。但冷却过程中由于金属或合金表面和内部冷却不均匀,会导致材料的组织不均匀。

HDDR法

HDDR工艺是一个氢化-分解-脱氢-再结合的过程,可以保证粉末不被氧化的情况降低磁晶粒的尺寸,此方法得到的NdFeB具有较高的各向异性,但是热稳定性差,目前HDDR工艺制备钕铁硼磁粉仅停留在实验室层次。

小结

现阶段NdFeB的制备,多数采用物理方法,但物理方法需要高纯度稀土作为初始原料,还要依次对原材料进行熔锭与破碎,造成了额外的能量损耗和成本损耗。因此研究者逐渐将注意力转移到化学合成的方法,化学合成法降低了能量损耗与成本,且在晶粒尺寸调节与形态控制方面更具优势,也更利于调节材料的磁性能。但由于稀土元素的还原电位较高,且热处理条件复杂,化学合成过程中会使用大量的有机溶剂,产生较多的废液,在某种程度上增加了成本,同时对环境造成污染。

资料来源:李昊阳:Nd-Fe-B磁性材料的机械化学合成及其磁性能研究,长春工业大学

(www.188betkr.com 编辑整理/平安)

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作者:平安

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