磁記錄介質(zhì)與氧化鐵磁粉

磁記錄介質(zhì)與氧化鐵磁粉第1頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一磁記錄介質(zhì)與氧化鐵磁粉概述制備γ-Fe2O3磁粉的傳統(tǒng)工藝α-FeOOH微晶的合成鈷改性氧化鐵磁粉的制備均分散的氧化鐵納米顆粒四氧化三鐵制備的研究進(jìn)展第2頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一第3頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一一、概述1.磁記錄過程簡介

記錄磁頭的線圈通電后在磁場間隙產(chǎn)生磁場，帶有磁性記錄材料的帶或盤與磁頭發(fā)生相對運(yùn)動，線圈中的電流產(chǎn)生的磁頭場磁化介質(zhì)磁層，隨時(shí)間變化的電信號就沿著介質(zhì)表面的磁跡轉(zhuǎn)化成了空間磁性碼被記錄。

第4頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一所謂的讀取和存儲信息，其實(shí)是相互逆向的過程

讀?。河苫讛y帶的磁性碼通過磁頭，使磁頭內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，導(dǎo)致線圈內(nèi)部的磁通量改變，產(chǎn)生信號電流。由于磁性碼不同，信號電流不一樣，就可以產(chǎn)生不同的信息或內(nèi)容。相反，存儲就是讀取的逆向過程第5頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一磁記錄的基本知識磁化強(qiáng)度MM=χ*Hχ為磁化率：表征磁介質(zhì)屬性的物理量

磁化率越高，在相同的外磁場下，磁介質(zhì)的磁化強(qiáng)度就會越高。第6頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一磁性材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度

B=μ*（M+H）μ為真空磁導(dǎo)率第7頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一2.磁滯回線和基本磁化曲線

當(dāng)鐵磁質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)后，緩慢地減小H，鐵磁質(zhì)中的B并不按原來的曲線減小，并且H=0時(shí)，B不等于0，具有一定值，這種現(xiàn)象稱為剩磁。-HcdHc-BrefBrcbBHaO要完全消除剩磁Br，必須加反向磁場，當(dāng)B=0時(shí)磁場的值Hc為鐵磁質(zhì)的矯頑力。當(dāng)反向磁場繼續(xù)增加，鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到反向飽和。反向磁場減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象。不斷地正向或反向緩慢改變磁場，磁化曲線為一閉合曲線—磁滯回線。第8頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一由圖得以下幾點(diǎn)：1.有公式M=χ*H可知，當(dāng)M達(dá)到飽和值時(shí)，M不再變大，則H越大，χ越??；2.矯頑力Hc表示著該磁性材料被完全退磁的難度，Hc越大，則該材料越難被退磁。所以，一般的磁帶等信息存儲體常使用Hc較大的磁性材料作為制作原料第9頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一3.磁記錄介質(zhì)對磁粉的要求顆粒細(xì)小，均勻整齊晶型完整，孔洞、枝蔓等缺少，無燒結(jié)現(xiàn)象；磁粉顆粒的表面狀態(tài)良好，易分散在黏合劑中；具有較高的飽和磁化強(qiáng)度MS、矩形系數(shù)S，從而有利于得到較高的剩磁；具有合適的矯頑力對磁頭的磨損小化學(xué)性能穩(wěn)定不易受空氣或水分的影響而變化；磁性能穩(wěn)定，受熱或受壓退磁現(xiàn)象較輕；成本低廉

完全滿足上面這些條件的磁粉是沒有的，只有根據(jù)不同的應(yīng)用對象來選擇。第10頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一二、制備γ-Fe2O3磁粉的傳統(tǒng)工藝

1.制備原理鐵氧化物的制備通常從可溶性鐵鹽加堿溶液開始。向鐵鹽溶液中加入NaOH或者NH4OH時(shí)，隨著條件的不同可生成組成不同和晶體結(jié)構(gòu)不同的氧化物。

第11頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一2.γ-Fe2O3的制備

制備氧化鐵，一般都會想到，從亞鐵溶液出發(fā)，經(jīng)過堿性溶液的沉淀和空氣氧化脫水制得。但是通常形成各種形態(tài)的FeOOH,這些FeOOH在加熱脫水時(shí)生成的事最為穩(wěn)定的α-Fe2O3，而不是γ-Fe2O3，所以這條路行不通。傳統(tǒng)合成路線的缺陷：1.過程并非自發(fā)的，伴有很多影響因素，不易控制；2.過程中需要添加抑制劑，成本較高；3.部分轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化率低。第12頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一1954年M.Camras提出了一個(gè)由FeSO4制備γ-Fe2O3的途徑，這是一條迂回的但是比較可靠的途徑。該過程可分為以下幾步：第13頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一(1)制備α-FeOOH

Fe2++2OH-=Fe(OH)2

4Fe(OH)2+O2=4α-FeOOH+2H2O(關(guān)鍵步驟)(2)脫水2α-FeOOH=α-Fe2O3+H2O(3)還原3α-Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O(4)氧化2Fe3O4+O2=3γ-Fe2O3

γ-Fe2O3的制備步驟第14頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一在以上的步驟中合成α-FeOOH是最關(guān)鍵的步驟，它決定了γ-Fe2O3的晶型，如果其他步驟控制得當(dāng)它的晶型基本不變。影響γ-Fe2O3的因素：原料的純度、Fe2+的濃度、堿的種類與添加量、反應(yīng)溫度、空氣吹入量等。第15頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一三、α-FeOOH微晶的合成

1、合成原理利用空氣緩慢氧化堿作用下的亞鐵鹽溶液所形成的氫氧化鐵懸浮液，合成鐵黃α-FeOOH微晶。根據(jù)這一反應(yīng)體系的相圖中的α-FeOOH生成曲可以分為酸法和堿法兩種合成方法。第16頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一1.α-FeOOH的酸法合成合成路徑：最佳工藝條件：c(Fe2+)約為0.2mol/L,溶液PH值3.5-4，溫度為60-70℃，陳化時(shí)間<9h酸法合成油堿耗低、容易洗滌等優(yōu)點(diǎn)，盡管反應(yīng)條件及產(chǎn)品質(zhì)量控制比較困難，但仍然是目前世界上磁粉生產(chǎn)的主要方法。第17頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一2.α-FeOOH的酸法合成

合成方法：在酸性條件下，制備晶種，在一定條件下使其生長，嚴(yán)格控制工藝條件，從而制備最佳工藝條件：c(Fe2+)約為0.2mol/L,溶液PH值3.5-4，溫度為60-70℃，陳化時(shí)間<9h。晶種純度對α-FeOOH粒子的成長有重要影響，F(xiàn)e3+的存在會影響α-FeOOH微晶的長大，因此在制備過程中要保持FeSO4的新鮮狀態(tài)或采取一定的措施使Fe3+還原是極其重要的。第18頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一溫度、PH值是重要的影響因素注意：必須使用新配的FeSO4，否則會使產(chǎn)生的α-FeOOH中帶有三價(jià)鐵離子，并附有紅色優(yōu)點(diǎn)：堿耗低；容易洗滌；

缺點(diǎn)：生產(chǎn)周期長，原料局限（僅限于低碳鋼廢屑），能耗大，經(jīng)濟(jì)效益不高難于擴(kuò)大生產(chǎn)第19頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一3.α-FeOOH的堿法合成工藝條件：NaOH/FeSO4≥4，且c[Fe2+]≈0.2-0.3mol/L,溫度為40-50℃。第20頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一微晶生長的整個(gè)過程較為復(fù)雜，大致步驟如下：①Fe(OH)2膠粒的沉淀和凝聚mFe2++2mOH-mFe(OH)2[Fe(OH)2]m②Fe(OH)2膠粒的離解和解體[Fe(OH)2]mmFe(OH)2mFe2++2mOH-③氧化析出2Fe2++1/202+4OH-2α-FeOOH+H2O④小于臨界晶核尺寸的微粒趨于溶解，大于臨界晶核尺寸的微晶得到長大。第21頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一主要涉及到α-FeOOH的晶核的形成與成長，控制晶核的形成、長大和裂解是影響堿式合成的重要因素優(yōu)點(diǎn)：此法由于微晶生長條件較易控制，所得微晶結(jié)晶性能較好，顆粒均勻，易微細(xì)化，是當(dāng)前制備高檔γ-Fe2O3，Co-γ-Fe2O3和α-Fe2O3的中間體常用工藝。第22頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一四、鈷改性氧化鐵磁粉的制備高矯頑力的磁粉在使用上有很大的優(yōu)越性，通過控制γ-Fe2O3的粒度，針形比（軸比），摻雜等方式都可提高磁粉的矯頑力，其中鈷改性的氧化鐵磁粉效果較好。摻Co的γ-Fe2O3缺點(diǎn)：是微晶各向異性常數(shù)K1及矯頑力Hc的溫度系數(shù)大和溫度穩(wěn)定性差，Mr隨溫度上升下降很快。第23頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一摻Co的氧化鐵優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)非均勻，其表面分布高濃度的鈷含量，內(nèi)核不局限與γ-Fe2O3

也可以是Fe3O4其內(nèi)部的多相結(jié)構(gòu)中的Co移動困難磁性穩(wěn)定。第24頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一摻Co的氧化鐵的制備方法：（1）吸附法將精制的γ-Fe2O3粉分散于CoCl2中，加入NaOH溶液中使PH>12,然后低溫（100℃以下）干燥靜置，水洗干燥可得到包Co的氧化鐵。第25頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一（2）壓熱合成法鐵黃脫水形成α-Fe2O3時(shí)表面包覆一層SiO2，然后用氫還原成包覆有SiO2的Fe3O4粒子。用吸附法在其表面再包覆一層Co(OH)2，再經(jīng)熱壓合成形成Co-Fe3O4

第26頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一(3)配位法添加配位劑使氧化鐵與Co2+離子形成配合物，加入堿液后，吸附在氧化鐵表面的鈷配何物逐漸分解形成Co(OH)2均勻的包覆在氧化鐵表面。該法克服了吸附法中Co(OH)2公布不均勻的缺點(diǎn)。(4)磁場處理法以磁粉微內(nèi)核，采用吸附方法在表面包覆一層Co(OH)2，然后把這種包覆了Co的磁粉分散到添有甲基纖維素類的增稠劑溶液中，再將其置于直流磁場中緩慢蒸發(fā)，在惰性氣體的保護(hù)下熱處理，最后以5℃/分的速率冷卻。第27頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一綜上所述，利用鈷改性的氧化鐵磁粉擁有很高的矯頑力，很適用于作為信息存儲的材料第28頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一五、均分散的氧化鐵納米顆粒

（1）特性：單分散或均分散體系在固-液或固-氣但分散體系中的固體微粒呈現(xiàn)出大小一致，形狀相同。這類細(xì)小均勻，形狀規(guī)整的粒子在新材料、元器件的制備中有著十分重要的作用

第29頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一（2）制備方法：將TETA對Fe3+的摩爾比（0~1）在50ml的磨口錐形瓶中加入TETA和10ml3.12x10-2mol/LFeCl溶液、5ml3.2x10-3mol/LHCl溶液，搖勻。將此瓶放在水浴中置于微波爐的中心位置。用高溫加熱，1min左右水浴沸騰。改為中火加熱或解凍加熱，維持沸騰，持續(xù)4min。取出后置于95℃的超級恒溫器中陳化，2d后取出進(jìn)行離心分離。用丙酮洗滌沉淀至中性。第30頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一六、四氧化三鐵制備的研究進(jìn)展（一）生產(chǎn)Fe3O4的傳統(tǒng)工藝

合成機(jī)理：

2FeOH++1/2O2+2H+=2FeOH2++H2O生成的FeOH2+與FeOH+發(fā)生共沉淀反應(yīng)，生成Fe3O4粒子，即：

2FeOH2++FeOH++5OH-=Fe3O4+4H2O第31頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一制取方法：①FeSO4溶液與NaOH溶液混合以生成Fe(OH)2懸浮液。②為了避免Fe(OH)2中生成細(xì)微FeOOH雜質(zhì)顆粒，F(xiàn)eSO4溶液中不應(yīng)含有Fe(3+)，在升溫過程中應(yīng)通人N2，在攪拌條件下加人所需要的NaOH溶液。③中和反應(yīng)完成后，攪拌一定時(shí)間④通入空氣氧化，或加人KNO3江溶液作氧化劑。⑤將所得的Fe(OH)2懸浮液在70~80℃溫度下陳化4~6h，陳化后有黑色立方Fe3O4生成。第32頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一FeSO4與NaOH的投入量也影響獲得產(chǎn)物的純度。如右圖所示，當(dāng)FeSO4與NaOH完全反應(yīng)生成Fe(OH)2時(shí)，恰好可以生成純正的Fe3O4且要求溫度高于70度第33頁，共37頁，2023年，2月20日，星期一影響因素：反應(yīng)體系中各組分的濃度，PH值以及反應(yīng)溫度等條件都能影響所生成的Fe3O4粒子的大小和均勻性。升高溫度則促使粒徑增大;加大空氣流量和采用雙氧水作氧化劑，則促使氧化反應(yīng)加速，減緩了Fe3O4粒徑的進(jìn)一步增大。在操作上應(yīng)使反應(yīng)溶液的溫度和所鼓入空氣在反應(yīng)溶液中分布均勻，否則會導(dǎo)致最后生成的Fe3O4粒子的粒徑顯著不均。第34頁，共37頁，2023