Brevet FR2549821A1 — publié le 19850201

La présente invention se rapporte à un procédé par voie humide de préparation de particules fines et en forme de plaques d'une ferrite ayant une structure de magnétoplumbite appropriée à une utilisa5 tion dans des supports magnétiques d'enregistrement. Dans le domaine de l'enregistrement magnétique, il y a une demande croissante pour améliorer la densité de l'enregistrement Pour répondre à cette demande, on a récemment proposé d'employer une méthode 10 d'enregistrement par magnétisation perpendiculaire qui peut améliorer la uensité d'enregistrement d'au moins plusieurs fois en comparaison aux méthodes conventionnelles d'enregistrement o la matière magnétique dans une bande ou un disque maqnétique est magnétisé dans une 15 direction parallèle à la surface de la bande ou du disque et la nouvelle méthode d'enregistrement est en développement pour des applications pratiques. Dans les supports magnétiques d'enregistrement pour une utilisation dans la méthode d'enregis20 trement par magnétisation perpendiculaire, il est nécessaire qu'une direction axiale facile à magrnétiser de la matière magnétique soit perpendiculaire à la surface de la bande ou du disque magnétique Dans les bandes et disques magnétiques en développement pour une utilisa25 tion dans la nouvelle méthode d'enregistrement, les méthodes de formation d'un film magnétique de revêtement sont largement réparties en type dépôt o un alliage magnétique approprié comme Co-Crest soumis à une pulvérisation ou évaporation sous vide et le type tradi30 tionnel de revêtement utilisant une bouillie ou une peinture contenant une poudre magnétique Actuellement, on peut s'attendre à ce que la méthode de revêtement utilisant une peinture magnétique soit supérieure par rapport à la productivité en masse, la stabilité et 1 'économie Comme poudre magnétique dans ce but, on attache un intérêt particulier à Ba- ferrite, Ba O n(Fe 203) o N est usuellement de 5 à 6, qui est typique de ferrites ayant la structure de magnétoplumbite Les poudres de Ba-ferrite à utiliser dans la méthode d'enregistrement par magnétisation perpendiculaire doivent avoir une forte dispersibilité et une très petite dimension de particule à condition que les poudres ne deviennent pas superparamagnétiques, pour avoir une forme de particule permettant une orientation facile, et elles doivent avoir un assez faible champ coercitif. La publication de la demande de Brevet Britannique N 2 108 100 A montre un procédé par voie humide de préparation de particules généralement en forme de plaqueshexagonaleset fines (par exemple 1,5-2 p) en Ba-, Sr et /ou Pb-ferrites ayant la structure de magné15 toplumbite par un traitement hydrothermique d'une poudre d'oxyde de fer et d'un ou plusieurs composés de baryum, de strontium et/ou de plomb dans une solution alcaline aqueuse en présence d'un agent oxydant L'oxyde de fer est soit -Fe 203 ou Fe 30 o 4 ou bien (Fe O) Fe 203 ( O ix britannique ne mentionne pas les propriétés magnétiques des poudres obtenues de ferrite. En général, les ferrites ayant la structure de magnétoplumbite représentées par la Ba-ferrite, ont 25 un champ coercitif relativement élevé et ce champ coercitif a tendance à augmenter avec la diminution de la grandeur de la particule de ferrite Par exemple, on a trouvé que la coercivité intrinsèque i Hc de Ba-ferrite ayant une dimension de particule d'environ 0,35 attei30 gnait 3000-5000 gilberts /cm Pour une utilisation dans la méthode d'enregistrement magnétique perpendiculaire, des poudres de ferrite ayant de plus faibles valeurs de coercivité sont souhaitables Un niveau approprié du champ coercitif d'une poudre de ferrite pour cette uti35 lisation diffèrera selon la matière de la tête d'enregistrement (qui peut être une ferrite frittée, un alliage ou amorphe), mais en général on considère que la plage de 300 à 2000 gilberts/cm est appropriée. La présente invention a pour objet un procédé par voie humide de préparation de particules fines et en forme de plaquesd'une ferrite ayant la structure de magnétoplumbite, le champ coercitif des particules de ferrite étant à un niveau assez bas, souhaitable dans la méthode d'enregistrement par magnitisation perpendiculaire. Un procédé selon l'invention pour la préparation de particules fines d'une ferrite ayant la structure de magnétoplumbite comprend l'étape de soumettre une poudre d'un oxyde de fer choisi parmi Fe 203 et (Fe O) Fe 203, o O d' étain tétravalent. 4 + Une méthode d'introduction des ions Sn dans le système réactionnel consiste à introduire un composé d'étain tétravalent soluble dans l'eau dans la solution alcaline aqueuse ci-dessus mentionnée avant de débuter le traitement hydrothermique Une autre méthode consiste à introduire l'étain tétravalent dans l'oxyde de fer employé comme matière primaire par precipitation de l'oxyde de fer dans une solution conte4 + nant les ions Sn Dans chaque cas, il est nécessaire qu'au moins une sorte d'ions d'un métal divalent (que 55 l'on représentera par M 2 +) dont le rayon de l'ion est proche de celui de Fe 3 + soit présente dans le système réactionnel en même temps que les ions Sn 4 + En effet, le produit du traitement hydrothermique est une ferrite de structure magnétoplumbite o les ions Fe 3 + sont partiellement substitués par M 2 + Sn 4 + Plus particuliè5 rement, les ions du métal divalent M 2 + sont choisis parmi 2 + i 2 + 2 + et M 2 2 + F 2 +, CU 2 +, zn 2 +, Co 2 + Ni 2 +, Mn 2 + et Mg Si My est Fe 2 + et que l'oxyde de fer de départ comprend Fe 2 + comme dans le cas de la magnétte Fe O Fe 203, il n'est pas nécessaire d'utiliser une source supplémentaire de Fe 2 +. 10 Une poudre de ferrite obtenue par un procédé selon l'invention comprend des particules fines en forme de plaques qui sont généralement hexagonales La ferrite a la structure de magnétoplumbite exprimée par la formule générale ( 1) qui suit. A On F 3 + 2 4 A On(Fe 2 -( 2 x/6) Mx/6 Snx/603) ( 1) dans laquelle A représente Ba, Sr et/ou Pb, n est compris entre 4 et 6 et de préférence entre 5 et 6, x est compris entre 0,3 et 0,9. On a découvert que le champ coercitif 20 de la poudre de ferrite préparée par le traitement hydrothermique pouvait être avantageusement abaissé par la substitution partielle de Fe 3 + soit par Sn 4 + ou M 2 + -Sn 4 +, avec peu d'influence sur les autres propriétés de la poudre de ferrite et que le champ coercitif pouvait être 25 contrôlé en faisant varier le degré de substitution. Parmi les Ba-, Sr et Pb ferrites, la Ba-ferrite est la mieux appropriée pour une application pratique de la présente invention étant donnée la facilité de préparation et la tendance à l'abaissement de la coercivité. 30 De plus, on a découvert que la dimension des particules de la poudre de ferrite pouvait facilement être réduite au niveau d'environ O, 2 i en utilisant une poudre d'oxyde de fer (qui peut contenir Sn 4 + ou M 2 + Sn 4 +) ayant une dimension moyenne de particules ne dépassant 50 nm et en ajoutant un agent tensio-actif au système réactionnel du traitement hydrothermique. Le procédé selon l'invention conserve les avantages décrits dans le Brevet Britannique N 2 108 100 A comme la facilité des opérations et la faiblesse de la consommation alcaline. La figure unique est un graphique montrant les effetsdu degré de la substitution de M 2 + -Sn 4 + selon l'invention sur les propriétés magnétiques de la poudre de ferrite obtenue. Dans la présente invention, l'oxyde de fer en tant que matière primaire est choisi parmi -Fe 2 o 3, Fe 304 et les oxydes intermédiaires exprimés par (Fe O)x Fe 203 o 04 x forme de la particule de l'oxyde de fer, donc cette forme de particule peut être en aiguille, en plaque ou généra20 lement en globule. Comme on l'a précédemment mentionné, il est préférable que la dimension moyenne de particules de la poudre d'oxyde de fer ne dépasse pas 50 nm Par exemple, une poudre de magnétite ayant une dimension moyenne de particules de 10-50 nm peut être préparée par une méthode de coprécipitation, o une solution aqueuse mélangée d'un sel ferreux et d'un sel ferrique contenant des ions Fe 2 + et des ions Fe 3 + à la proportion de I: 2 est maintenue à une température modérée tandis qu'un alcali est ajouté 30 afin de maintenir le p H de la solution au-delà d'environ 9 Si l'on souhaite obtenir une poudre de magnétite contenant Sn, un composé d'étain tétravalent est de plus dissous dans la solution mélangée ci-dessus mentionnée. Une poudre également très fine de (Fe O)x Fe 203 ( O aqueuse ou à l'air. Outre la poudre d'oxyde de fer, on utilise un composé de baryum, un composé de strontium ou un composé de plomb ou un mélange de ceux-ci, selon la compo5 sition de la ferrite voulue ayant la structure de magnétoplumbite Une large sélection peut être faite dans les composés inorganiques de baryum, de strontium et de plomb qui sont suffisamment solubles dans l'eau à des températures employées dans le traitement hydrothermique Usuel10 lement, on en choisitun approprié parmi les chlorures, nitrates et hydroxydes Il n'est pas approprié d'utiliser un sel de faible solubilité comme un carbonate ou un sulfate La proportion du ou des composés de baryum, de strontium et/ou de plomb à l'oxyde de fer est déterminée 15 pour réaliser la composition de ferrite selon la formule générale ( 1) En effet, le rapport atomique de Ba, Sr et/ ou Pb à Fe dans le système réactionnel du traitement hydrothermique est ajusté entre environ 1: 8 et environ I: 12. Des exemples préférés des composés d'étain tétravalent utilisés pour la substitution sont le stannate de sodium et le tétrachlorure d'étain. Dans le cas o l'on emploie également M 2 + pour remplacer une partie de Fe 3 +, le métal M est choisi 25 parmi Fe, Cu, Zn, Co, Ni, Mn et Mg comme on l'a précédemment mentionné Si on le souhaite, deux ou plusieurs de ces métaux divalents peuvent être utilisés en combinaison. Dans la pratique, il est préférable d'employer Fe 2 +, Cu 2 + et/ou Zn 2 + Comme source de chaque sorte de M 2 +, on uti30 lise un sel soluble dans l'eau de M 2 +, comme un chlorure. Un tel composé de M 2 + est utilisé en une quantité suffisante pour réaliser la composition de ferrite souhaitée selon la formule générale ( 1). Pour l'alcali dans ce procéde, il est usuel 35 d'utiliser un hydroxyde d'un métal alcalin comme de la soude ou de la potasse Il est approprié d'utiliser une quantité de l'alcali'telle que la concentration de l'alcali libre dans le liquide réactionnel après neutralisation du ou des composés de métal divalent soit comprise entre 0,01 et 10 N, et de préférence entre 0,05 et 2 N, lorsque l'on emploie de la soude ou de la potasse. Le traitement hydrothermique selon l'invention est usuellement effectué à des températures comprises entre environ 80 et environ 360 C et de préférence entre 220 et 280 WC. En ce qui concerne l'agent oxydant utilisé dans ce procédé, on peut presque librement choisir parmi les agents oxydants inorganiques populaires comme les nitrates, nitrites, chlorates, perchlorates, le peroxyde d'hydrogène et l'oxygène gazeux Si le composé de Ba, Sr 15 ou Pb est un nitrate, il est possible d'utiliser également ce nitrate comme agent oxydant sans addition d'une sorte différente d'agent oxydant Si l'oxyde de fer de départ est T-Fe 203, la présence d'un agent oxydant n'est pas une condition essentielle car l'utilisation d'un a20 gent oxydant a pour but d'oxyder, de manière intermédiaire, l'oxyde de métal de départ en I-Fe 203 Cependant, dans ce cas également il est recommandé d'utiliser une quantité relativement faible d'un agent oxydant pour emp 8 cher la formation d'une certaine matière réductrice de la matière du réacteur pendant le traitement hydrothermique en conditions de réaction alcaline. L'agent tensio-actif utilisé dans la présente invention pour aider à la formation de particules très fines de ferrite n'est pas particulièrement spécifié. 30 Un large choix peut ëtre fait parmiles agents tensioactifs conventionnels dont les groupes fonctionnels ont une forte tendance à une adsorption sur les surfaces des particules Par exemple, des agents tensioactifs ayant des radicaux carboxyliques, sulfoniques, sul fosucciniques, 35 phosphoniques, phosphoriques, polyphosphoriques, succinimide ou acétate de viny lepeuvent être utilisés aussi bien que certaines amines et sels de morpholine Plus particulièrement, l'oléate de sodium, le linolate dé sodium, le stéréate de sodium, le linoléate de sodium, la triéthanolamine et le dodécylbenzènesulfonate de sodium peuvent être nommés comme exemples d'agents tensio-actifs appropriés Il n'y a pas de limite stricte à la quantité de l'agent tensio-actif En général, cette quantité peut atteindre 70 % en poids des particules d'oxyde de fer et peut varier selon la dimension des particules d'oxyde de fer De préférence, l'agent tensioactif ateint 10-50 %o des particules d'oxyde de fer, en poids. La présente invention sera mieux illustrée dans les exemples non-limitatifs qui suivent. 15 Exemple 1 A l'exemple 1 A, on a mélangé et bien agité une solution aqueuse contenant-0,12 mole de chlorure ferreux et une autre solution aqueuse contenant 0,24 mole de chlorure ferrique et 2,4 g de stannate de sodium, 20 pour obtenir une solution mélangée ole rapport atomique de Sn à Fe total était de 0,3: 12 En introduisant goutte à goutte une solution aqueuse de soudedans la solution mélangée afin de maintenir le p H à 12, la réaction a été effectuée à 45 C pendant 2 heures avec pour résultat la précipitation de particules très fines et de couleur noire de mageétite contenant Sn Par des mesures sur l'échantillon préparé par un autre essai dans les mêmes conditions de réaction, on a pu confirmer que les particules de magnétite contenant Sn (ayant la 30 structure du spinelle) avec une dimension moyenne de 12 nm, par calcul à-partir des valeurs de demi -largeur dans l'analyse de diffraction des rayons X. Les particules de magnétite contenant Sn précipitées dans l'essai initial ont été laissées dans 35 la liqueur mère et on y a ajouté 14 g d'oléate de sodium, 6 g de soude, 12 g de nitrate de baryum et 6 g de nitrate de sodium,chacun sous la forme d'une solution aqueuse Le mélange résultant a été introduit dans un autoclave de 2 litres pourvu d'un agitateur et il a été soumis à un traitement hydrothermique a 265 C pendant 5 heures Le produit pulvérulent de la réaction a été séparé de la liqueur mère, lavé et séché La poudre sèche a été soumise à une analyse par diffraction des rayons X, une photographie au microscope électronique et des mesures concernant la magnétisation. lu O La poudre était d'une Ba-ferrite du type substitution de Fe 2 + -Sn 4 + que l'on peut à peu près exprimerpar Ba Fe 3 + Fe 2 + Sn 4 + O Les particules de cette 12 _e 0,6 0,3 0,3 19 ferrite étaient en forme de plaqueset généralement hexagonales et avec une dimension moyenne de 0,20/ et des 15 rapports de la largeur à l'épaisseur d'environ 10-20. En ce qui concerne les propriétés magnétiques de cette poudre de ferrite, la coercivité intrinsèque i Hc était de 1950 gilberts /cm et la magnétisation à la saturation d Cs était de 47 emu/g. Pour les exemples 1 B et 1 C, deux essais supplémentaires ont été effectués dans les mêmes conditions de réaction à l'exception que la quantité de stannate de sodium a été modifiée pour augmenter le rapport atomique de Sn à Fe au total à 0,15: 12 et à 0,7:12, 25 respectivement, pour obtenir des poudres de Ba-ferrite à substitution de Fe 2 + -Sn 4 +, ayant un degré différent de substitution En outre, une poudre de Baferrite non substituée a été préparée d'une manière analogue mais sans utiliser aucun composé d'étain Dans chaque cas, la forme et la dimension moyenne des particules de ferrite obtenue étaient presque comme décrit cidessus Des mesures sur les poudres de ferrite obtenues dans ces expériences ont révélé que le champ coercitif baissait tandis que le degré de substitution par Fe 2 + -Sn 4 + aug35 mentait en une relation linéaire comme le montre la figure du dessin joint, tandis que la magnétisation à la saturation n'est pas influencée par la substitution. Sur la figure, le degré de substitution est indiqué sur l'axe des abscisses et le champ coercitif i Hc sur l'axe des ordonnées ainsi que la magnitisation à la saturation Pour les exemples 1 D, 1 E et 1 F, on a répété de manière identique le procéde de l'exemple 1 C (rapport de Sn à Fe total: 0,7: 12) à l'exception que l'oléate de sodium (agent tensio-actif) de l'exemple 1 C a été remplacé par la même quantité ( 14 g) de linolate de sodium, de stéréate de sodium et de dodécybenzènesulfonate de sodium, respectivement Dans chaque cas, le produit était une poudre fine de Bà-ferrite substituée par Fe 2 + -Sn 4 +, et les particules de la poudre de ferrite étaienten forme de plaqueset généralement hexagonales Dans ces exemples, la dimension des particules et les propriétés magnétiques étaient comme suit. Dimension -i Hc moyenne des is particules () Gilbert/cm (emu/g) xemple 1 D 0,22 550 47 Exemple l E 0,19 565 46 Exemple 1 F 0,28 530 44 Exemple 2 On a répété le processus de préparation d'une magnétite contenant Sn et puis de préparation d'une poudre de ferrite décrit à l'exemple 1 A, de manière identique, à l'exception que l'on a changé la quantité de stannate de sodium à 4,8 g et que l'on a ajouté une solution aqueuse contenant 3,1 g de chlorure cuprique, à la solution mélangée initialement préparée Par conséquent, dans la so- lution mélangée résultante, le rapport atomique de Sn à Fe total était de 0,6: 12 et le rapport atomique de Cu & Fe total était également de 0,6: 12. Par suite, on a obtenu une poudre fine de Ba-ferrite substituée par Cu 2 + -Sn 4 + Cette ferrite est 5 à peu près exprimée par Ba Fe 3 1 2 Cu 2 + O Les parti12 I 2 o 6 19 Le cules de cette poudre de ferrite étaient en forme de plaqueset généralement hexagonales et avec une dimension moyenne de O, 22 "I avec des rapports de la largeur à l'épaisseur d'environ 10-20. Le chaupcoercitif intrinsèque et la magnétisation à la saturation mesuréssur les particules de Baferrite substituée par Cu 2 + Sn 4 + étaient comme indiqué sur la figure par les marques carrées, indiquant l'accord de la relation entre le degré de substitution par Cu-Sn 15 et le champ coercitif avec le cas d'une substitution par Fe-Sn. Exemple 3 On a mélangé et bien agité une solution aqueuse contenant 0,12 mole de chlorure ferreux et une 20 autre solution aqueuse contenant 0,24 mole de chlorure ferrique En introduisant, goutte à goutte, une solution aqueuse de soude dans la solution mélangée de chlorures afin de maintenir le p H à environ 11, la réaction a été effectuée à 45 C pendant 2 heures avec pour résultat une 25 précipitation de particules très fines et de couleur noire de magnétite Par des mesures sur l'échantillon préparé par un autre essai dans les mêmes conditions de réaction, on a pu confirmer que les particules de magnétite avaient une dimension moyenne de 10,5 nm. Les particules de magnétite précipitées dans 1 ' essai initial ont été laissées dans la -liqueur mère et on y a ajouté une solution aqueuse contenant 4 g de stannate de sodium pour obtenir une bouillie dans laquelle le rapport atomique de Sn à Fe au total était de 0,5: 12, 35 Par ailleurs, on a ajouté, dans la bouillie, 14 g d'oléate de sodium, b g de soude, 12 g de nitrate de baryum et 6 g de nitrate de sodium, sous la forme d'une solution aqueuse Le mélange résultant a éteé introduit dans un autoclave de 2 litres pourvu d'un agitateur et a été soumis à un traitement hydrothermique a 265 C pendant 6 heures Le produit pulvérulent de la réaction a été séparé de la liqueur mère, lavé et séché. La poudre était Ba-ferrite substituée par Fe 2 + Sn 4 +, que l'on peut approximativement exprimerpar 3 + 2 4 u Ba Fe 11 2 + F + Sn Les particules de cette poudre 12-10 0,5 0,5 19 de ferrite étaient en forme de plaqueset généralement hexagonales et avec une dimension moyenne de 0, 20 ". avec des rapports de la largeur à l'épaisseur de 10-20. En ce qui concerne les propriétés magnétiques de cette poudre de ferrite, la coercivité intrinsèque i Hc etait de 15 1220 gilberts/cm et la magnétisation à la saturation 5 f était de 47 emu/g. 254982 1 R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de préparation de particules fines d'une ferrite ayant la structure de magnétoplumbite, du type comprenant l'étape de soumettre-une poudre d'un oxyde de fer choisi dans le groupe consistant en e-Fe 2 03 et (Fe O)x Fe 203, ou L'on a O magnétoplumbite soientpartiellement substitués par les 15 ions d'étain tétravalent. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ions d'étain tétravalent sont introduits dans le système réactionnel en introduisant un composé soluble dans l'eau d'étain tétravalent dans 20 ladite solution alcaline aqueuse en même temps que la poudre d'oxyde de fer et ledit composé avant de débuter le traitement hydrothermique. 3 Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit composé d'étain tétravalent est choisi dans le groupe consistant en stannate de sodium et tétrachlorure d'étain. 4 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les ions d'étain tétravalent sont introduits dans le système réactionnel en préparant la pou30 dre d'un oxyde de fer par précipitation d'une solution aqueuse contenant des ions d'étain tétravalent avec des ions de fer. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rapport atomique de Sn à Fe dans ledit système réactionnel est compris entre 0, 3:12 et 0,9: 12 6 Procédé selon la revendication I caracté- risé en ce que l'on introduit au moins une sorte d'ions d'un métal divalent choisis dans le groupe consistant en Fe 2 +, Cu 2 +, Zn 2 +, Co 2 +, Ni 2 +, Mn 2 + et-Mg 2 + dans ledit système réactionnel en même temps que lesdits ions d'étain té5 travalent de façon que les ions de fer trivalent dans la ferrite obtenue ayant la structure de magnétoplumbite soient partiellement substitués par une combinaison desdits ions de métal divalent et desdits ions d'étain tétravalent. 7 Procédé selon la revendication 6 carac10 térisé en ce que le rapport atomique de Sn a Fe dans ledit système réactionnel est compris entre 0,3: 12 et 0,9: 12, et le rapport molaire des ions d'étain tétravalent au total des ions du métal divalent dans ledit système réactionnel est sensiblement de 1: 1. 8 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la poudre d'un oxyde de fer a une dimension moyenne de particules ne dépassant pas 50 nm et en ce qu'un agent tensio-actif est ajouté à ladite solution alcaline aqueuse 9 Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'agent tensio-actif atteint 10 à 50 % en poids de la poudre d'oxyde de fer. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport atomique du total de Ba, Sr 25 et Pb à Fe dans le système réactionnel est compris entre I: 8 et 1: 12. 11 Procédé selon la revendication I caractérisé en ce que le composé d'un métal divalent est choisi dans le groupe consistant en chlorures, nitrates et hydro30 xydes de baryum, strontium et plomb. 12 Procédé selon la revendication I caractérisé-en ce que le traitement hydrothermique est effectué à des températures comprises entre 220 et 280 C