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1、磁记录介质与氧化铁磁粉,第15章,化工B113 班,本章内容：,15.1 概述15.2 制备-Fe2O3 磁粉的传统工艺15.3-FeOOH微晶的合成15.4 钴改性氧化铁磁粉的制备15.5 均分散的氧化铁纳米颗粒15.6 四氧化三铁制备的研究进展,15.1 概述,15.1.1 磁记录过程简介 磁性记录材料分类：,按形状可分为磁带，磁盘，磁鼓，磁卡等多种；按功能可分为录音用，录像用，数据存储用等3种；按制造过程可分为涂布型和镀膜型2种。,一般将磁带、磁盘、磁鼓、磁卡等统称为磁性记录媒体。,记录磁头的线圈通电后在磁场间隙产生磁场，带有磁性记录材料的带或盘与磁头发生相对运动，线圈中的电流产生的磁头
2、场磁化介质磁层，随时间变化的电信号就沿着介质表面的磁迹转化成了空间磁性码被记录。,15.1.2 磁记录的基本知识,（1）磁化强度M、磁场强度H和磁感应强度B的关系 磁化强度M=H 磁化率=M/H=（真空磁导率，B0磁场在真空中的磁感应强度）磁性材料中磁感应强度为：B=（H+M)=(1+)=B0（2）磁化曲线和磁滞曲线 一般说来，磁介质在外磁场中呈现出与外磁场同向的、量值很大的磁感应强度而且磁性材料还具有下述特性：,1.磁介质的磁导率（以及磁化率）不是恒量，是随着所处磁场强度H而变化的，具有较复杂的关系；2.在外磁场撤除后，仍保留部分磁性。,当铁磁质达到饱和状态后，缓慢地减小H，铁磁质 中的B并
3、不按原来的曲线减小，并且H=0时，B不等于0，具有一定值，这种现象称为剩磁。,要完全消除剩磁Br，必须加反向磁场，当B=0时磁 场的值Hc为铁磁质的矫顽力。,当反向磁场继续增加，铁磁质的磁化达到反向饱和。反向磁场减小到零，同样出现剩磁现象。不断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线为一闭合曲线磁滞回线。,15.1.3.磁记录介质用磁粉,（1）颗粒细小，均匀整齐（2）晶型完整，孔洞、枝蔓等缺少，无烧结现象；（3）磁粉颗粒的表面状态良好，易分散在黏合剂中；（4）具有较高的饱和磁化强度MS、矩形系数S，从而有利于得到较高的剩磁；（5）具有合适的矫顽力（6）对磁头的磨损小（7）化学性能稳定不易受空气或水分
4、的影响而变化；（8）磁性能稳定，受热或受压退磁现象较轻；（9）成本低廉,完全满足上面这些条件的磁粉是没有的，只有根据不同的应用对象来选择。,15.2 制备-Fe2O3 磁粉的传统工艺,1.制备原理 铁氧化物的制备通常从可溶性铁盐加碱溶液开始。当向铁盐溶液加入。当向盐溶液加氢氧化钠或者氨水时，随着条件不同可能生成组成不同和晶体结构不同的氧化物、氢氧化物或碱式盐沉淀。,2.-Fe2O3 的制备 制氧化铁可从亚铁溶液出发，经过碱性溶液的沉淀和空气氧化脱水制得。但是通常形成各种形态的FeOOH,这些FeOOH在加热脱水时生成的事最为稳定的-Fe2O3，而不是-Fe2O3，所以这条路行不通。1954年M
5、.Camras提出了一个由FeSO4制备-Fe2O3的途径，过程如下：,(1)制备-FeOOH Fe2+2OH-=Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2=4-FeOOH+2H2O(2)脱水 2-FeOOH=-Fe2O3+H2O(3)还原 3-Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O(4)氧化 2Fe3O4+O2=3-Fe2O3,在以上的步骤中合成-FeOOH是最关键的步骤，它决定了-Fe2O3 的晶型，如果其他步骤控制得当它的晶型基本不变。影响-Fe2O3的因素：原料的纯度、Fe2+的浓度、碱的种类与添加量、反应温度、空气吹入量等。,15.3-FeOOH微晶的合成,合成原理：利用空气缓慢氧化碱作
6、用下的亚铁盐溶液所形成的氢氧化铁悬浮液，合成铁黄-FeOOH微晶。根据这一反应体系的相图中的-FeOOH生成区可以分为酸法和碱法两种合成方法。,1.-FeOOH的酸法合成 合成路径：先制出晶种，再在一定条件下使其生长，严格控制工艺条件，有利于制备合适的-FeOOH粒子。合成步骤：先在三口瓶中，加入75ml的浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，加热至30度，再加入125ml、新配的浓度为0.2mol/L的硫酸亚铁溶液，并保持30度反应2到3小时，就可以得到细小的-FeOOH晶种，将此晶种滤出并用蒸馏水洗至中性。然后将上述晶种和250ml的硫酸亚铁溶液以及过量的铁屑至于三口瓶中，调节PH值，升至
7、反应温度，以每分钟300ml空流速鼓入空气，反应一定时间后将沉淀物与铁屑分离，沉淀用水洗至中性，在60度下烘干，既可以得到-FeOOH晶体。,2.-FeOOH的酸法合成-FeOOH的晶核形成和长大过程为:在惰性气氛(一般为N2)下，往FeSO4溶液中加人过量NaOH溶液，六角板状的白色胶粒Fe（OH）2快速形成;往悬浮液中鼓人空气后，Fe（OH）2胶粒逐渐凝聚成较大的团粒，并在胶团与溶液界面上形成针形-FeOOH晶核，进而使团粒逐渐分裂解体，直至全部转变为针形。,微晶生长的整个过程较为复杂，大致步骤如下：Fe(OH)2胶粒的沉淀和凝聚：mFe2+2mOH-mFe(OH)2 Fe(OH)2m F
8、e(OH)2胶粒的离解和解体：Fe(OH)2m mFe(OH)2=mFe2+2mOH-氧化析出：2Fe2+1/202+4OH-2-FeOOH+H2O小于临界晶核尺寸的微粒趋于溶解，大于临界晶核尺寸的微晶得到长大。,15.4钴改性氧化铁磁粉的制备,掺杂的优越性：高矫顽力的磁粉在使用上有很大的优越性，通过控制-Fe2O3的粒度，针形比（轴比），掺杂等方式都可提高磁粉的矫顽力，其中钴改性的氧化铁磁粉效果较好。掺Co的-Fe2O3缺点：是微晶各向异性常数K1及矫顽力Hc的温度系数大和温度稳定性差，Mr随温度上升下降很快。包Co的氧化铁优势：结构非均匀，其表面分布 高浓度的钴含量，内核不局限与-Fe2O
9、3，也可以是Fe3O4，其内部的多相结构中Co离子移动困难，磁性稳定。可作多种高密度磁记录介质。,钴改性氧化铁磁粉的包钴方法：（1）吸附法 将精制的-Fe2O3粉分散于CoCL2中，加入NaOH溶液使PH12，这样就使生成的Co(OH)2沉淀包裹到-Fe2O3表面上，然后低温静置，水洗和干燥便得到包Co的氧化铁磁粉。（2）压热合成法,(3)配位法 添加配位剂使氧化铁与Co2+离子形成配合物，加入碱液后，吸附在氧化铁表面的钴配何物逐渐分解形成Co(OH)2均匀的包覆在氧化铁表面。该法克服了吸附法中Co(OH)2公布不均匀的缺点。(4)磁场处理法 以磁粉微内核，采用吸附方法在表面包覆一层Co(OH
10、)2，然后把这种包覆了Co的磁粉分散到添有甲基纤维素类的增稠剂溶液中，再将其置于直流磁场中缓慢蒸发，在惰性气体的保护下热处理，最后以5/分的速率冷却。,15.5 均分散的氧化铁纳米颗粒,（1）特性：单分散或均分散体系在固-液或固-气但分散体系中的固体微粒呈现出大小一致，形状相同。这类细小均匀，形状规整的粒子在新材料、元器件的制备中有着十分重要的作用。（2）基本制备方法：将TETA对Fe3+的摩尔比（01）在50ml的磨口锥形瓶中加入TETA和10ml3.12x10-2mol/LFeCl溶液、5ml3.2x10-3mol/LHCl溶液，摇匀。将此瓶放在水浴中置于微波炉的中心位置。用高温加热，1m
11、in左右水浴沸腾。改为中火加热或解冻加热，维持沸腾，持续4min。取出后置于95的超级恒温器中陈化，2d后取出进行离心分离。用丙酮洗涤沉淀至中性。,15.6 四氧化三铁制备的研究进展,15.6.1 生产Fe3O4的传统工艺 Fe3O4为黑色立方尖晶石型结构，按照3个铁原子的氧化数总和为+8，可知由2个Fe(3+)和1个Fe(2+)组成，因此可以Fe(2+)为原料，在碱性介质中通入氧气或空气使部分Fe(2+)氧化成Fe(3+)而生成Fe3O4。合成机理：2FeOH+1/2O2+2H+=2Fe（OH）2+H2O 生成的FeOH2+与FeOH+发生共沉淀反应，生成Fe3O4粒子：2FeOH2+FeO
12、H+5OH-=Fe3O4+4H2O,制取Fe3O4方法：FeSO4溶液与NaOH溶液混合以生成Fe(OH)2悬浮液。为了避免Fe(OH)2中生成细微FeOOH杂质颗粒，FeSO4溶液中不应含有Fe(3+)，在升温过程中应通人N2，在搅拌条件下加人所需要的NaOH溶液。中和反应完成后，搅拌一定时间 通入空气氧化，或加人KNO3江溶液作氧化剂。将所得的Fe(OH)2悬浮液在7080温度下陈化46h，陈化后有黑色立方Fe3O4生成。,影响生成的Fe3O4粒子大小和均匀性的因素：（1）反应体系中各组分的浓度（2）PH值（3）反应温度（升高温度则促使粒径增大）（4）加大空气流量和采用双氧水作氧化剂，则促
13、使氧化反应加速，减缓了Fe3O4粒径的进一步增大。此外：在操作上应使反应溶液的温度和所鼓入空气在反应溶液中分布均匀，否则会导致最后生成的Fe3O4粒子的粒径显著不均。,15.6.2 表面包覆SiO2的Fe3O4的工艺研究,超细粉体通常因热处理二发生烧结、变形，形成大粒子团聚体。为防止烧结，表面包覆SiO2是常用方法之一。(1)传统方法：传统的包覆SiO2工艺是向粒子的浆料中加人碱性硅酸盐水溶液，然后缓慢滴加稀酸，调节pH值，使粒子表面生成一层SiO2包膜。缺点：消耗酸和碱 滴酸过程中可能局部过酸，可能形成单独的SiO2颗粒松弛地粘附在核上，不能形成完整的包膜；需要进行固液分离和干燥。,（2）流
14、化床反应器一化学气相沉积法原理：在还原气氛下，利用氧化铁水合物粒子-FeOOH在流化床反应器中脱水与正硅酸乙醋水解结合可实现在铁氧化物表面包覆上SiO2膜过程。优点：与传统方法相比，该法省去了固液分离与干燥，易于实现精密控制。具体方法：将酸法合成的-FeOOH置于流化床反应器中，用氮 气作流化气体及TEOS乙醇溶液和催化剂氨水的载气，分3路进入流化床反应器:,作为流化气体直接从反应器底部进入床层;经过处于4070恒温状态的TEOS乙醇溶液 饱和器从反应器底部进入床层;经过处于25恒温状态的氨水溶液饱和器从反应器顶部进人床层。,在反应器中的反应历程可表示为:,影响Si2O包覆量的因素：（1）反应温度（2）反应时间（3）TEOS浓度（4）氨浓度 一般地，Si2O包覆量随反应温度升高，反应时间延长，TEOS和氨浓度增加而增加。,谢谢观看！,绝对品质，欢迎学弟学妹下载参考，拿走不谢，请叫我雷锋。,
