α″-Fe16N2纳米粉体的低温氮化法合成及其性能的研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zero_alan
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α"-Fe16N2由于其高的饱和磁化强度和适中的磁晶各向异性等优异的磁学特性,在磁记录和磁感元件材料等应用上具有巨大的潜能,受到整个磁性材料研究者的广泛关注。本文以纳米Fe3O4粉末作为原料,利用管式炉低温氮化法合成α"-Fe16N2纳米粉体。研究了实验中氢气还原和氨气氮化过程的工艺参数对α"-Fe16N2相形成及磁性能的影响,通过优化工艺获得了制备较高含量的α″-Fe16N2粉体的合成条件;同时研究了SiO2对α"-Fe16N2相包覆的制备工艺,进而对α"-Fe16N2相的热稳定性进行了深入研究。具体研究内容和结论如下:  (1)第一,实验采用低温氮化法,通过改变实验过程中的参数来制备纯度较高的α"-Fe16N2纳米粉体。研究发现最佳的制备条件是:选取尺寸为20 nm的Fe3O4置于管式炉中,通入H2在400℃进行还原反应4 h,将所得的α-Fe通入NH3在170℃氮化16 h合成质量百分比约为59.8%的α″-Fe16N2相,并测得其饱和磁化强度约为207 emu/g,矫顽力约为750 Oe;  (2)第二,通过VSM测试,获得样品磁性能随温度的变化趋势即M-T曲线,分析其相转变情况得出在250℃时 α″-Fe16N2相分解,且分解产物为α-Fe和γ′-Fe4N两相;参照M-T曲线,在特定的温度范围对α″-Fe16N2样品进行热处理,并在气氛保护下进行,通过对热处理前后样品的XRD和磁性能分析,研究了α″-Fe16N2的热稳定性,发现α″-Fe16N2相在225℃以下可以稳定存在,当温度超过225℃,α″-Fe16N2相会分解为α-Fe和γ′-Fe4N两相;当温度达到250℃时,α″-Fe16N2相分解完全;  (3)第三,采用St?ber法在原料纳米Fe3O4表面包覆一层SiO2保护层,将制得的包覆样品继续利用低温氮化法进行实验,通过改变实验参数优化制备条件获取更高纯度的α″-Fe16N2相。研究发现当制备条件为TEOS含量0.06 ml,氨水含量1 ml,搅拌温度30℃,氢气还原4 h、400℃,氨气氮化12 h、170℃时可以获得分散性更好、纯度更高的α″-Fe16N2相,其含量约占80.6 wt.%,并测得其饱和磁化强度约为138.223 emu/g。
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