本發(fā)明涉及永磁材料領(lǐng)域，特別是涉及一種石墨烯改性燒結(jié)釹鐵硼永磁材料，以及該材料的制備方法。
背景技術(shù)：
自十九世紀(jì)末第一代永磁材料開發(fā)以來，具有更優(yōu)越性能的新型永磁材料的研制一直是相關(guān)業(yè)界、學(xué)術(shù)界孜孜以求的重要方向，而第三代NdFeB永磁材料的問世更是大大促進(jìn)了永磁材料的發(fā)展及應(yīng)用。釹鐵硼永磁體相較其它材料的最大磁能積更大，高達(dá)460 kJ/m3，且研究相對成熟，被大量應(yīng)用于產(chǎn)量被用于生產(chǎn)計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器、手機(jī)、風(fēng)力發(fā)電以及自動(dòng)牽引裝置等。稀土永磁材料較低的居里溫度導(dǎo)致高溫下出現(xiàn)的磁通不可逆損失，極大的限制了其應(yīng)用，尤其是高溫環(huán)境下的使用，因此提高釹鐵硼永磁體矯頑力、溫度穩(wěn)定性等逐漸成為重要的研究方向。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
石墨烯有著良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性以及極高的強(qiáng)度，雖然石墨烯是本征無磁性的，但其與磁性物質(zhì)摻雜后，可具有鐵磁性，同時(shí)可改變基體材料的磁學(xué)性能。目前石墨烯在釹鐵硼永磁材料中的應(yīng)用大多為粘結(jié)釹鐵硼磁體，而燒結(jié)釹鐵硼磁體的制備并不多見，其主要原因在于石墨烯不易分散，在制備過程中出現(xiàn)團(tuán)聚，不僅不能提升相關(guān)性能，反而可能造成性能退化。因此，如何解決石墨烯的團(tuán)聚問題，同時(shí)配合一定的燒結(jié)工藝，兼顧成本，成為在制備燒結(jié)釹鐵硼永磁體中的關(guān)鍵問題。
本發(fā)明所提供的制備石墨烯改性燒結(jié)釹鐵硼永磁材料的方法，是針對石墨烯在釹鐵硼永磁材料中團(tuán)聚等問題，通過改善石墨烯在釹鐵硼永磁材料中的添加工藝，并配合一定的燒結(jié)工藝，達(dá)到提升釹鐵硼永磁材料矯頑力、居里溫度等磁性能的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種石墨烯改性燒結(jié)釹鐵硼材料的制備方法，包括如下步驟：
1）將石墨烯粉料、釹鐵硼粉料配成的燒結(jié)粉料放入燒結(jié)容器中；
2）倒入所述燒結(jié)粉料總重量0.56%的無水乙醇和0.135%四丁基氫氧化銨，與所述粉末混合均勻；
3）將所述混合后的原料放置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)；
4）冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料。
進(jìn)一步，步驟1）中石墨烯粉料的含量為所述燒結(jié)粉料總重量的0.1%至3.0%，所述石墨烯粉料為單質(zhì)形式。
進(jìn)一步，步驟2）中分3次往燒杯中倒入無水乙醇和四丁基氫氧化銨并加以機(jī)械攪拌。
進(jìn)一步，第一次倒入所述燒結(jié)粉料總重量0.4%~0.8%的無水乙醇和0.036%~0.054%的四丁基氫氧化銨，以5~15rpm速度機(jī)械攪拌粉末5~10min，靜置5~10min，第二次倒入燒結(jié)粉料總重量0.08%~0.4%的無水乙醇和0.036%~0.054%的四丁基氫氧化銨，以25~35rpm速度機(jī)械攪拌粉末10~15min，靜止5~10min，第三次倒入燒結(jié)粉料總重量0.08%~0.24%無水乙醇和0.036%~0.054%的四丁基氫氧化銨，以50~60rpm速度機(jī)械攪拌粉末5~10min，靜置3~5min。
進(jìn)一步，步驟3）中燒結(jié)過程用氬氣保護(hù)，保持800℃±10℃，燒結(jié)爐腔體壓力50±5MPa，保溫時(shí)間5±1min。
進(jìn)一步，放電等離子體燒結(jié)設(shè)備升溫過程遵循由室溫升溫至100±10℃段時(shí)，升溫速率為25±5℃/min；由100±10℃升溫至750±10℃段，升溫速率為650±50℃/min；由750±10℃升溫至800±10℃段，升溫速率50±5℃/min。
本發(fā)明還公開了一種石墨烯改性燒結(jié)釹鐵硼材料，所述材料中石墨烯的含量為總重量的0.1%~3%；采用上述制備方法燒結(jié)而成。
進(jìn)一步，所述材料中石墨烯的含量為總重量的0.5%~3%。
本發(fā)明中，石墨烯與釹鐵硼粉末混合過程中須分3次加入無水乙醇和四丁基氫氧化銨，每次無水乙醇和四丁基氫氧化銨加入量與機(jī)械攪拌速度須加以配合，有利于石墨烯在攪拌過程中均勻分散至釹鐵硼粉末中；燒結(jié)過程溫度不低于790℃且不高于810℃，腔體壓力不低于45MPa且不高于55MPa，時(shí)間不低于4分鐘且不高于6分鐘，有利于燒結(jié)過程中石墨烯粉末與釹鐵硼粉末之間穩(wěn)定結(jié)合。本發(fā)明能夠顯著改善石墨烯在釹鐵硼永磁材料中的分布，提升材料矯頑力、剩磁、居里溫度，該方法中石墨烯改性釹鐵硼永磁材料的平均矯頑力可達(dá)11.5kOe，平均剩磁可達(dá)1.22T，平均居里溫度可達(dá)591K。
具體實(shí)施方式
下面利用實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更全面的說明。本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)到預(yù)定技術(shù)目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合較佳實(shí)施例，對本發(fā)明的工藝過程、特征以及功效詳細(xì)說明如后。
實(shí)施例1
1）準(zhǔn)備石墨烯粉料0.1克（總重量的0.1%）、釹鐵硼粉料99.9克（總重量的99.9%），配制成燒結(jié)粉料100克，放入玻璃杯。
2）往燒杯中倒入0.5ml（燒結(jié)粉料總重量的0.4%）無水乙醇和0.04ml（燒結(jié)粉料總重量的0.036%）四丁基氫氧化銨，以5rpm速度機(jī)械攪拌粉末5min，靜置5min，再倒入0.1ml（燒結(jié)粉料總重量的0.08%）無水乙醇和0.04ml（燒結(jié)粉料總重量的0.036%）四丁基氫氧化銨，以25rpm速度機(jī)械攪拌粉末10min，靜止5min，再倒入0.1ml（燒結(jié)粉料總重量的0.08%）無水乙醇和0.04ml（燒結(jié)粉料總重量的0.036%）四丁基氫氧化銨，以50rpm速度機(jī)械攪拌粉末5min，靜置3min。如果一次倒入（燒結(jié)粉料總重量的0.56%）無水乙醇和（燒結(jié)粉料總重量的0.135%）四丁基氫氧化銨，進(jìn)行攪拌；則需要增加攪拌時(shí)間和靜置時(shí)間，以利于石墨烯在燒結(jié)粉料中分布均勻。
3）將所述粉末放置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)，由室溫升溫至100℃，升溫速率25℃/min；由100℃升溫至750℃，升溫速率650℃/min；由750℃升溫至800℃，升溫速率50℃/min。燒結(jié)過程保持800℃，燒結(jié)爐腔體以氬氣保護(hù)，壓力50MPa，保溫5min。
4）冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為9.1kOe，平均剩磁為1.24T，平均居里溫度為586K。
實(shí)施例2
與實(shí)施例1制備方法相同，區(qū)別為配制的燒結(jié)粉料中含石墨烯粉料0.5克（總重量的0.5%）、釹鐵硼粉料99.5克（總重量的99.5%）。
冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為11.9kOe，平均剩磁為1.29T，平均居里溫度為592K。
實(shí)施例3
與實(shí)施例1制備方法相同，區(qū)別為配制的燒結(jié)粉料中含石墨烯粉料3.0克（總重量的3%）、釹鐵硼粉料97.0克（總重量的97%）。
冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為12.5kOe，平均剩磁為1.35T，平均居里溫度為595K。
實(shí)施例4
1）準(zhǔn)備石墨烯粉料0.1克（總重量的0.1%）、釹鐵硼粉料99.9克（總重量的99.9%），配制成燒結(jié)粉料100克，放入玻璃燒杯。
2）往燒杯中倒入1.0ml（燒結(jié)粉料總重量的0.8%）無水乙醇和0.05ml（燒結(jié)粉料總重量的0.045%）四丁基氫氧化銨，以15rpm速度機(jī)械攪拌粉末10min，靜置10min，再倒入0.5ml（燒結(jié)粉料總重量的0.4%）無水乙醇和0.05ml（燒結(jié)粉料總重量的0.045%）四丁基氫氧化銨，以35rpm速度機(jī)械攪拌粉末15min，靜止10min，再倒入0.3ml（燒結(jié)粉料總重量的0.24%）無水乙醇和0.05ml（燒結(jié)粉料總重量的0.045%）四丁基氫氧化銨，以60rpm速度機(jī)械攪拌粉末10min，靜置5min。
3）將所述粉末放置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)，由室溫升溫至100℃，升溫速率25℃/min；由100℃升溫至750℃，升溫速率650℃/min；由750℃升溫至800℃，升溫速率50℃/min。燒結(jié)過程保持800℃，燒結(jié)爐腔體以氬氣保護(hù)，壓力50MPa，保溫5min。
4）冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為8.9kOe，平均剩磁為1.22T，平均居里溫度為585K。
實(shí)施例5
與實(shí)施例4制備方法相同，區(qū)別為配制的燒結(jié)粉料中含石墨烯粉料0.5克（總重量的0.5%）、釹鐵硼粉料99.5克（總重量的99.5%）。
冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為11.7kOe，平均剩磁為1.30T，平均居里溫度為591K。
實(shí)施例6
與實(shí)施例4制備方法相同，區(qū)別為配制的燒結(jié)粉料中含石墨烯粉料3.0克（總重量的3%）、釹鐵硼粉料97.0克（總重量的97%）。
冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為12.5kOe，平均剩磁為1.35T，平均居里溫度為595K。
實(shí)施例7
1）準(zhǔn)備石墨烯粉料0.1克（總重量的0.1%）、釹鐵硼粉料99.9克（總重量的99.9%），配制成燒結(jié)粉料100克，放入玻璃燒杯。
2）往燒杯中倒入0.5ml（燒結(jié)粉料總重量的0.4%）無水乙醇和0.06ml（燒結(jié)粉料總重量的0.054%）四丁基氫氧化銨，以5rpm速度機(jī)械攪拌粉末5min，靜置5min，再倒入0.1ml（燒結(jié)粉料總重量的0.08%）無水乙醇和0.06ml（燒結(jié)粉料總重量的0.054%）四丁基氫氧化銨，以25rpm速度機(jī)械攪拌粉末10min，靜止5min，再倒入0.1ml（燒結(jié)粉料總重量的0.08%）無水乙醇和0.06ml（燒結(jié)粉料總重量的0.054%）四丁基氫氧化銨，以50rpm速度機(jī)械攪拌粉末5min，靜置3min。
3）將所述粉末放置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)，由室溫升溫至90℃，升溫速率20℃/min；由90℃升溫至740℃，升溫速率600℃/min；由740℃升溫至790℃，升溫速率45℃/min。燒結(jié)過程保持790℃，燒結(jié)爐腔體以氬氣保護(hù)，壓力45MPa，保溫4min。
4）冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為9.2kOe，平均剩磁為1.22T，平均居里溫度為586K。
實(shí)施例8
與實(shí)施例7制備方法相同，區(qū)別為配制的燒結(jié)粉料中含石墨烯粉料0.5克（總重量的0.5%）、釹鐵硼粉料99.5克（總重量的99.5%）。
冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為11.7kOe，平均剩磁為1.29T，平均居里溫度為593K。
實(shí)施例9
與實(shí)施例7制備方法相同，區(qū)別為配制的燒結(jié)粉料中含石墨烯粉料3.0克（總重量的3%）、釹鐵硼粉料97.0克（總重量的97%）。
冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為12.7kOe，平均剩磁為1.34T，平均居里溫度為595K。
實(shí)施例10
1）準(zhǔn)備石墨烯粉料0.1克（總重量的0.1%）、釹鐵硼粉料99.9克（總重量的99.9%），配制成燒結(jié)粉料100克，放入玻璃燒杯。
2）沿著玻璃棒分次往燒杯中緩慢倒入0.5ml（燒結(jié)粉料總重量的0.4%）無水乙醇和0.06ml（燒結(jié)粉料總重量的0.054%）四丁基氫氧化銨，以5rpm速度機(jī)械攪拌粉末5min，靜置5min，再倒入0.1ml（燒結(jié)粉料總重量的0.08%）無水乙醇和0.05ml（燒結(jié)粉料總重量的0.045%）四丁基氫氧化銨，以25rpm速度機(jī)械攪拌粉末10min，靜止5min，再倒入0.1ml（燒結(jié)粉料總重量的0.08%）無水乙醇和0.04ml（燒結(jié)粉料總重量的0.036%）四丁基氫氧化銨，以50rpm速度機(jī)械攪拌粉末5min，靜置3min。
3）將所述粉末放置于放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)，由室溫升溫至110℃，升溫速率30℃/min；由110℃升溫至760℃，升溫速率700℃/min；由760℃升溫至810℃，升溫速率55℃/min。燒結(jié)過程保持810℃，燒結(jié)爐腔體以氬氣保護(hù)，壓力55MPa，保溫6min。
4）冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為9.0kOe，平均剩磁為1.23T，平均居里溫度為586K。
實(shí)施例11
與實(shí)施例10制備方法相同，區(qū)別為配制的燒結(jié)粉料中含石墨烯粉料0.5克（總重量的0.5%）、釹鐵硼粉料99.5克（總重量的99.5%）。
冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為11.5kOe，平均剩磁為1.31T，平均居里溫度為594K。
實(shí)施例12
與實(shí)施例10制備方法相同，區(qū)別為配制的燒結(jié)粉料中含石墨烯粉料3.0克（總重量的3%）、釹鐵硼粉料97.0克（總重量的97%）。
冷卻后，得到石墨烯改性釹鐵硼永磁材料，經(jīng)測定平均矯頑力為12.3kOe，平均剩磁為1.38T，平均居里溫度為596K。
以上實(shí)施例中釹鐵硼粉末雜質(zhì)含量小于0.5%。石墨烯粉料均為單質(zhì)形式，雜質(zhì)含量小于0.01%。當(dāng)然，也可以采用石英坩堝或其他容器作為燒結(jié)容器來盛裝上述燒結(jié)材料。
上述示例只是用于說明本發(fā)明，除此之外，還有多種不同的實(shí)施方式，而這些實(shí)施方式都是本領(lǐng)域技術(shù)人員在領(lǐng)悟本發(fā)明思想后能夠想到的，故，在此不再一一列舉。