第十五章磁记录介质与氧化铁磁粉

1、第1515章 磁记录介质与氧化铁磁粉15.115.1概述概述15.215.2制备制备-Fe2O3-Fe2O3磁粉的传统工艺磁粉的传统工艺15.315.3-FeOOH-FeOOH微晶的合成微晶的合成15.415.4钴改性氧化铁磁粉的制备钴改性氧化铁磁粉的制备15.515.5均分散氧化铁纳米微粒均分散氧化铁纳米微粒CONTENTS目 录15.615.6四氧化三铁制备的研究进展四氧化三铁制备的研究进展 目前使用的磁性记录材料按形状可分为磁带，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。磁记录磁记录过程简介过程简介15.1.1 15.1.1

2、 磁记录过程简介磁记录过程简介 一般将磁带，磁盘，磁鼓，磁卡等称为磁性记录媒体。（1）15.1.2 15.1.2 磁记录的基本知识磁记录的基本知识磁化强度磁化强度M M、磁场强度、磁场强度H H和磁感应强度和磁感应强度B B M=H M=H 磁化率磁化率=M/H=M/H= 真空磁导率B0磁场在真空中的磁感应强度00/BM0（2）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。因此M（或B）与H的关系只能用磁化曲线来描述。15.1.2 15.1.2 磁记录的基本知识磁记录的基本知识磁化曲线和磁滞曲线磁化曲线和磁滞曲线

3、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：按磁滞曲线的形状不同，可以将磁性材料分为软磁材料和硬磁材料两大类，如图15-3所示。软磁材料的磁滞回线窄，面积小。硬磁材料的磁滞回线宽阔，面积大。磁滞曲线磁滞曲线磁滞曲线磁滞曲线流程15.2 15.2 制备制备-Fe-Fe2 2O O3 3磁粉的传统工艺磁粉的传统工艺-Fe2O3是应用最多的磁粉，其制备过程对产品性能影响很大。为了获得针状的-Fe2O3以保证其良好的磁性，流程可分为以下几步：在以上的几步中，制备针状在以上的几步中，制备针状-FeOOH-FeOOH即俗称的铁黄是关键即俗称的铁黄是关键

4、的第一步，它决定了以后形成的第一步，它决定了以后形成-Fe2O3-Fe2O3的晶形，因为其余的晶形，因为其余几步条件如控制得当，晶形基本上是不变的。几步条件如控制得当，晶形基本上是不变的。输输入入标题标题15.3 -FeOOH15.3 -FeOOH微晶的合成微晶的合成 利用空气缓慢氧化碱作用利用空气缓慢氧化碱作用下的亚铁盐溶液所形成的氢氧化铁下的亚铁盐溶液所形成的氢氧化铁悬浮液，合成悬浮液，合成-FeOOH-FeOOH铁黄。微晶，铁黄。微晶，是长期以来生产铁基颜料和磁性材是长期以来生产铁基颜料和磁性材料、磁记录介质用磁粉中间体的最料、磁记录介质用磁粉中间体的最广泛的方法。根据这一反应体系相广泛

5、的方法。根据这一反应体系相图中图中-FeOOH-FeOOH生成区可分为酸法和生成区可分为酸法和碱法两种合成方式。碱法两种合成方式。 酸法合成有碱耗低，容易酸法合成有碱耗低，容易洗涤等优点，尽管反应条件及产品洗涤等优点，尽管反应条件及产品质量控制较困难，仍是目前世界上质量控制较困难，仍是目前世界上磁粉生产的主要方法。磁粉生产的主要方法。15.3.1 -FeOOH15.3.1 -FeOOH酸法合成酸法合成 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-FeO

6、OH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，即可得到针状-FeOOH晶体。采用酸性法，先制出晶种，再在一定条采用酸性法，先制出晶种，再在一定条件下使其生长，严格控制工艺条件，有件下使其生长，严格控制工艺条件，有利于制备合适的利于制备合适的-FeOOH-FeOOH粒子。粒子。值得注意的是在酸性法制取-FeOOH时，晶种的纯度对-FeOOH粒子的成长有重要的影响，而晶种的纯度又在很大程度上取决于所用的硫酸亚

7、铁原料。因此在晶种制备过程中保持FeSO4D的新鲜状态或采取措施使Fe3+还原是极其重要的。注意注意15.3.2 -FeOOH15.3.2 -FeOOH的碱法合成的碱法合成 用电镜观察从Fe（OH）2胶粒沉淀析出及其解体，到针形。 -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。 -FeOOH微晶。微晶生长的整个过程较为复杂，大致可用如下步骤表示

8、。强碱法合成铁黄强碱法合成铁黄-FeOOH-FeOOH的工艺条的工艺条件如下：件如下： 小于临界晶核尺寸的微粒趋于溶解。大于临界核尺寸的微晶小于临界晶核尺寸的微粒趋于溶解。大于临界核尺寸的微晶 得到长大。得到长大。此法由于微晶生长条件较容易控制，所得微晶性能好，颗粒均匀，易_化，是当前制备高档磁粉-Fe2O3，Co-Fe2O3和N-Fe2O3的中间体常用工艺。-Fe2O3磁粉 与掺Co的-Fe2O3磁粉不同，包Co氧化磁铁粉的结构是非均匀性的，其表面分布着高浓度的钴含量，而且内核也不局限于-Fe2O3，也可以是Fe2O3，在包Co氧化铁磁粉多相结构中，15.4 15.4 钴改性氧化铁磁粉的制备

9、钴改性氧化铁磁粉的制备早期的掺早期的掺CoCo研究是立方状掺研究是立方状掺CoCo的的-Fe2O3-Fe2O3磁粉。磁粉。吸附法将精制的-Fe2O3粉分散于CoCL2中，加入NaOH溶液使P H 1 2 ， 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。压热合成法压热合成法磁场处理法磁场处理法钴改性氧化铁磁粉有以下几种包钴方法：钴改性氧化铁磁粉有以下几种包钴方法：配位法配位法略。这样制得的这样制得的CoCo氧化铁磁粉的氧化铁磁粉的HcHc高，矩形比大，磁特性稳定。高，矩形比大，磁特性稳定。工艺流程如图：15.5 15.5

10、 均分散氧化铁纳米微粒均分散氧化铁纳米微粒单分散或均分散体系在固-液或固-气单分散体系中的固体微粒呈现出大小一致，形状也相同的优良性质，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意义。重要性基本制备方法是：基本制备方法是：按TETA对三价铁离子的摩尔比，在50ml的磨口锥形瓶中加入TETA和30ml的0.0312mol/L氯化铁溶液、5ml的0.0320mol/L的盐酸溶液，摇匀。将此瓶放在水浴中置于微波炉内中心位置。用高火加热，1min左右水沸腾。改为中火加热或解冻加热，维持沸腾，持续4min。从微波炉中取出后盖上瓶塞，放在95度的超级恒温器中陈化，2d后取出进行离心

11、分离，用丙酮洗涤至中性，将酸性的氯化铁溶液在微波辐照4min陈化2d可得粒径约为100nm的-Fe2O3粒子。基本制备方法基本制备方法对产物的红外光谱和投射电镜分析表明，将酸性氧化铁溶液在微波辐照4nm陈化2d可以得到粒径约100nm的均分散的-Fe2O3粒子，粒子形状为立方体，在溶液中加入少量TETA可以使粒子变小，增加TETA的用量，由于TETA与Fe3+络合作用使Fe3+有效浓度降低，形成晶核较少而导致产物Fe2O3粒子变大，趋于球形，与普通加热法相比，微波辐照可以在很短的时间内促使体系中生成大量的晶核，使陈化时间由7d缩短到2d.制取Fe3O4的第一步是FeSO4溶液与NaOH溶液混合

12、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，FeSO3溶液中不应含有Fe（）。故在升温过程中应通入N2气。在搅拌条件下加入所需的NAOH溶液，feso4溶液和NAOH溶液都经过预先标定，并均经过孔径为0.2um的微孔过滤膜，以除去溶液中有害的粒子性杂质。中和反应完成后，搅拌一定时间，再通入，或加入KNO3溶液作氧化剂，将所得的Fe（OH）2悬浮液在70- 摄氏度下陈化，陈化后有Fe3O4生成。反应过程分离反应时应使Fe（OH）2过量，使Fe（OH）2完全转化，将反应所得的黑色沉淀物通过离心沉淀分离，先用纯水洗涤，并用浓度为1mol/L的HNO3处理，以除去少

13、量的未转化的Fe（OH）2，再经离心沉降分离，将沉淀物分散于纯水中，在超声波振荡下用磁铁反复进行磁悬浮分离，这种方法可以分离除去反应过程中可能产生的少量-FeOOH夹杂物。有助于得到纯净的Fe3O4胶体粒子。15.6.1 15.6.1 生产生产FeFe3 3O O4 4的传统工艺的传统工艺15.6 15.6 四氧化三铁制备的研究进展四氧化三铁制备的研究进展15.6.2表面包裹SiO2的Fe3O4的工艺研究15.6 15.6 四氧化三铁制备的研究进展四氧化三铁制备的研究进展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。方法一过程传统的包覆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。 缺点15.6.2表面包裹SiO2的Fe3O4的工艺研究15.6 15.6 四氧化三铁制备的研究进展四氧化三铁制备的研究进展流化床反应器一化学气相沉积法方法二过程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