一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體及其製備工藝的製作方法

2023-05-25 03:24:11

一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體及其製備工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種鐵氧體，具體涉及一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體及其製備工藝。該鐵氧體由主要組分和輔助組分組成，主要組分包括：以Fe2O3換算為52-54mol％摩爾百分比的氧化鐵，以ZnO換算為18-21mol％摩爾百分比的氧化鋅，和餘量以MnO換算的氧化錳；相對於主要組分，輔助成分包括：以CaO換算計為100-500ppm的Ca，以Bi2O3換算計為300-1000ppm的Bi，以SnO2換算計為100-400ppm的Sn，以MoO3換算計為200-800ppm的Mo。並經混料、振磨、預燒、球磨、造粒成型和燒結得到最終產品。製備的產品在保證磁導率在12000±30%的基礎上，將Bs（飽和磁感應強度）提高到了470mT以上。
【專利說明】一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體

及其製備工藝
【技術領域】[0001]本發明涉及一種鐵氧體，具體涉及一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體及其製備工藝。
【背景技術】[0002]目前數位技術、光纖通信等行業對電感器、濾波器、扼流圈、寬帶和脈衝變壓器應用需求大量高磁導率軟磁鐵氧體。軟磁鐵氧體是以Fe2O3為主成分的亞鐵磁性氧化物，採用粉末冶金方法生產。有Mn-Zn、Cu-ZruN1-Zn等幾類，其中Mn-Zn鐵氧體的產量和用量最大，Mn-Zn鐵氧體的電阻率低，為1-10歐姆/米，一般在IOOkHZ以下的頻率使用。Cu-Zn、N1-Zn鐵氧體的電阻率為102-104歐姆/米，在IOOkHz-1O兆赫的無線電頻段的損耗小，多用在無線電用天線線圈、無線電中頻變壓器。[0003]軟磁鐵氧體的特點是:飽和磁通密度低，磁導率低，居裡溫度低，中高頻損耗低，成本低。前三個低是它的缺點，限制了它的使用範圍，現在正在努力改進。後兩個低是它的優點，有利於進入高頻市場，現在正在努力擴展。而目前的軟磁鐵氧體雖然有些的磁導率已經達到在12000 ±30%，但是其Bs (飽和磁感應強度)仍然在410mT左右，雖然相對以前已經得到了很大的提升，但是依然不能滿足目前實際的需要。[0004]一個申請號為200410036807.7的發明專利，公開了一種鐵氧體材料，它是作為主成分含有規定量的氧化鐵、氧化銅、氧化鋅以及氧化鎳的NiCuZn系的鐵氧體材料，作為輔助成分，含有規定量的氧化鉍、氧化矽、氧化鎂、氧化鈷，以此構成鐵氧體材料，因此能夠提供溫度特性極其良好(相對於溫度變化的磁導率的變化率小)、品質因數Q高、高強度的NiCuZn系鐵氧體材料。但是其Bs (飽和磁感應強度)遠遠達不到目前的需求。[0005]一個申請號為200310114712.8的發明專利，公開了一種Mn-Zn系鐵氧體，含有氧化鐵為按Fe2O3換算51-54摩爾％、氧化鋅按ZnO換算為14-21摩爾％、以及餘部為氧化錳的主成分，該專利公開的鐵氧體也不能滿足目前的高Bs的要求。

【發明內容】
[0006]本發明的針對目前現狀，一個目的是為了提供一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體。以滿足目前各領域對鐵氧體高性能的要求，將軟磁鐵氧體保持較高磁導率的基礎上，進一步提高其飽和磁感應強度。[0007]本發明的另一個目的是提供一種上述鐵氧體的製備工藝，通過該工藝，可以製備得到滿足目前各領域對高磁導率和高飽和磁感應強度的要求。[0008]為了達到上述發明目的，本發明採用以下技術方案:[0009]一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體，由主要組分和輔助組分組成，主要組分包括:以Fe2O3換算為52-54m0l%摩爾百分比的氧化鐵，以ZnO換算為18-21m0l%摩爾百分比的氧化鋅，和餘量以MnO換算的氧化錳；相對於主要組分，輔助成分包括:以CaO換算計為100-500ppm的Ca，以Bi2O3換算計為300-1000ppm的Bi，以SnO2換算計為100-400ppm的Sn,以MoO3換算計為200-800ppm的Mo。
[0010]經過試驗發現，通過改變鐵氧體的各組分的含量配比，可以對鐵氧體的性能產生很大的影響。將Fe2O3含量控制在52-54m0l%摩爾百分比，可保證材料具有足夠的電阻率，如果Fe2O3含量低於本範圍，材料的Bs性能會得不到保障。本發明將ZnO的含量提高到了18-2 ImoI %摩爾百分比，在ZnO添加帶來的負影響的容忍範圍之內，極大地利用了 ZnO對材料磁導率的提高。在主要組分Fe2O3和ZnO的含量確定後，在其中添加CaO使材料晶粒間晶界偏析，提聞了電阻率；添加Bi2O3使晶粒更容易長大,從而間接提聞材料的磁導率；添加SnO2有效抑制空位缺陷,使晶粒均勻生長，添加MoO3使材料晶粒更加細化,從而提聞了 Bs和迭加性能。確定Fe2O3和ZnO的配比後發現比目前的鐵氧體的磁導率和Bs均提高了 1_5%。
[0011]作為優選，相對於主要組分，輔助成分包括:以CaO換算計為100-400ppm的Ca，以Bi2O3換算計為400-800ppm的Bi，以SnO2換算計為100_400ppm的Sn，以MoO3換算計為300-600ppm的Mo。經試驗發現，此範圍內的添加量，要比其他範圍的添加量對鐵氧體磁導率和Bs性能的提高多1-2%。這個範圍是各組分平衡的結果，在相互消除不利影響，達到的一個較佳的配比。[0012]作為優選，相對於主要組分，輔助成分還包括:以In2O3換算計為200-800ppm的IntJn3+可以置換八面體位置的Fe3+，從而降低磁晶各向異性，進一步提高飽和磁感應強度。
[0013]作為優選，相對於主要組分，輔助成分還包括:以SiO2換算計為50-200ppm的Si。Si可以提高材料的電阻率，降低比損耗。
[0014]作為優選，相對於主要組分，輔助成分還包括:以Ce2O3換算計為50-200ppm的Ce或以La2O3換算計為50-200ppm的La或以Gd2O3換算計為50-200ppm的Gd。當在整個組分中添加上述輔助成分後，Bs性能提高2-5%。
[0015]作為優選，燒結密度為5.00-5.08g/cm3。提高燒結密度的目的在於燒結過程儘量排除氣孔，控制晶粒均勻生長，進而最終提高材料的Bs性能，在上述燒結密度範圍，可提升Bs性能1-2%。在本發明的主要組分和輔助組分的搭配下，並經實驗發現，當把燒結密度提高到5g/cm3以上，能夠比5g/cm3以下具有更好的磁導率，且飽和磁感應強度比5g/cm3以下提聞了 1%以上。
[0016]作為優選，燒結密度為5.01-5.05g/cm3。
[0017]一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體的製備工藝，包括以下步驟:
[0018](I)混料:按比例稱取主要組分和輔助組分各原料，用V型混料器乾式強混，混料的時間為0.5-1小時；
[0019](2)振磨:將步驟(1)混合完成的原料用振磨機振磨，振磨時間0.4-0.8小時；
[0020](3)預燒:採用空氣窯直接對振磨得到的粉料進行預燒，預燒溫度為900-1100°C，時間為1-5小時；
[0021](4)球磨:採用球磨機對預燒後的產物進行球磨，球磨時間為0.5-4小時，其中料:球:水的體積比為1:0.8-1.2:0.55-0.65 ;經球磨後的粉料平均粒度為0.8-1.4μ m ；
[0022](5)造粒成型:採用造粒機對球磨後的粉料進行造粒，然後採用全自動幹壓機進行成型，其中造粒時入口溫度控制在250-290°C，出口溫度110-150°C，成型時毛坯密度控制在2.5-3.6g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ；
[0023](6)燒結=N2保護下採用燒結爐進行燒結，燒結溫度控制在1220_1420°C，燒結時間為3-10小時，然後在平衡氣氛中冷卻得產品。平衡氣氛按以下公式控制:log P02=a-b/T(a為氣氛參數，b為常數=14540，P02為氧分壓，T為絕對溫度)。
[0024]作為優選，成型時毛坯密度控制在2.5-3.6g/cm3。
[0025]本發明與現有技術相比，有益效果是:在保證了高磁導率特性前提下，大大地提高了 Bs (飽和磁感應強度)的值，在f=10KHz、B ( 0.25mT，25°C的條件下測得各產品的磁導率均在12000±30%範圍內，而在f=50Hz、H=1194A/m、25°C、的條件下測得各產品的Bs均大於470mTo
【具體實施方式】
[0026]下面通過具體實施例對本發明的技術方案作進一步描述說明。
[0027]如果無特殊說明，本發明的實施例中所採用的原料均為本領域常用的原料，實施例中所採用的方法，均為本領域的常規方法。
[0028]實施例1:
[0029](I)混料:按比例稱取主成分和輔助成分原料:
[0030]主成分及含量為:Fe203:53mol%, ZnO:21mol%, MnO:26mol% ;按佔主成分總重量計的輔助成分及含量為:CaO:100ppm, Bi2O3:600ppm, SnO2:200ppm, MoO3:400ppm, In2O3:400ppm，SiO2: IOOppm ；
[0031 ] 用V型混料器乾式強混，混料的時間為0.5小時；
[0032]( 2 )振磨:步驟(1)混合完成的原料用振磨機振磨，振磨時間0.5小時；
[0033](3)預燒:採用空氣窯直接對振磨得到的粉料進行預燒，溫度為900°C，時間為3小時；
[0034]( 4 )球磨:採用球磨機對預燒產物進行球磨，球磨時間為2小時；其中料:球:水=1:0.8:0.55 ;經球磨後的粉料平均粒度為I~1.4 μ m ;
[0035](5)造粒成型:採用造粒機對球磨後的粉料進行造粒，然後採用全自動幹壓機進行成型，其中造粒時入口溫度控制在270°C，出口溫度130°C，成型時毛坯密度控制在3.0g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm。
[0036](6)燒結:採用燒結爐進行燒結，並用N2保護燒結，燒結溫度控制在1380°C:燒結時間為8小時，控制燒結密度為5.01g/cm3然後在平衡氣氛中冷卻得產品。
[0037]通過以上方法製備出的材料磁心性能如下:
[0038]測試條件:f=10KHz、B≤ 0.25mT、25°C、μ i (磁導率):11267
[0039]測試條件:f=50Hz、H=1194A/m、25°C、Bs(飽和磁感應強度):473mT
[0040]實施例2:
[0041](I)混料:按比例稱取主要組分和輔助組分各原料，
[0042]主成分及含量為:Fe203:52mol%, ZnO:18mol%, MnO:30mol% ;按佔主成分總重量計的輔助成分及含量為:CaO:400ppm, Bi2O3:300ppm, SnO2:400ppm, MoO3:200ppm, In2O3:800ppm，SiO2:50ppm，La203200ppm ；
[0043]用V型混料器乾式強混，混料的時間為I小時；[0044](2)振磨:將步驟(1)混合完成的原料用振磨機振磨，振磨時間0.8小時；
[0045](3)預燒:採用空氣窯直接對振磨得到的粉料進行預燒，預燒溫度為1000°C，時間為5小時；
[0046](4)球磨:採用球磨機對預燒後的產物進行球磨，球磨時間為4小時，其中料:球:水的體積比為1:0.8:0.65 ;經球磨後的粉料平均粒度為0.8-1.2 μ m ;
[0047](5)造粒成型:採用造粒機對球磨後的粉料進行造粒，然後採用全自動幹壓機進行成型，其中造粒時入口溫度控制在290°C，出口溫度110°C，成型時毛坯密度控制在3.6g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ；
[0048](6)燒結:N2保護下採用燒結爐進行燒結，燒結溫度控制在1220°C，燒結時間為10小時，控制燒結密度為5.0Og/cm3，然後在平衡氣氛中冷卻得產品。
[0049]通過以上方法製備出的材料磁心性能如下:
[0050]測試條件:f=10KHz、B≤ 0.25mT、25°C、μ i (磁導率):12332
[0051]測試條件:f=50Hz、H=1194A/m、25°C、Bs(飽和磁感應強度):473mT
[0052]實施例3:
[0053](1)混料:按比例稱取主要組分和輔助組分各原料，
[0054]主成分及含量為:Fe203:54mol%, ZnO:19mol%, MnO:27mol% ;按佔主成分總重量計的輔助成分及含量為:CaO:300ppm, Bi2O3:100ppm, SnO2:100ppm, MoO3:800ppm, In2O3:200ppm，SiO2:200ppm，Gd20350ppm ；
[0055]用V型混料器乾式強混，混料的時間為0.7小時；
[0056](2)振磨:將步驟(1)混合完成的原料用振磨機振磨，振磨時間0.4小時；
[0057](3)預燒:採用空氣窯直接對振磨得到的粉料進行預燒，預燒溫度為1100°C，時間為I小時；
[0058](4)球磨:採用球磨機對預燒後的產物進行球磨，球磨時間為0.5小時，其中料:球:水的體積比為1:1.2:0.65 ;經球磨後的粉料平均粒度為0.8-1 μ--；
[0059](5)造粒成型:採用造粒機對球磨後的粉料進行造粒，然後採用全自動幹壓機進行成型，其中造粒時入口溫度控制在250°C，出口溫度150°C，成型時毛坯密度控制在2.5g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ；
[0060](6)燒結=N2保護下採用燒結爐進行燒結，燒結溫度控制在1420°C，燒結時間為3小時，控制燒結密度為5.08g/cm3，然後在平衡氣氛中冷卻得產品。
[0061]通過以上方法製備出的材料磁心性能如下:
[0062]測試條件:f=10KHz、B≤ 0.25mT、25°C、μ i (磁導率):13295
[0063]測試條件:f=50Hz、H=1194A/m、25°C、Bs(飽和磁感應強度):478mT。
【權利要求】
1.一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特徵在於，由主要組分和輔助組分組成，主要組分包括:以Fe2O3換算為52-54mol %摩爾百分比的氧化鐵，以ZnO換算為18-21m0l%摩爾百分比的氧化鋅，和餘量以MnO換算的氧化錳；相對於主要組分，輔助成分包括:以CaO換算計為100-500ppm的Ca，以Bi2O3換算計為300-1000ppm的Bi，以SnO2 換算計為 100-400ppm 的 Sn，以 MoO3 換算計為 200_800ppm 的 Mo。
2.根據權利要求1所述的一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特徵在於，相對於主要組分，輔助成分包括:以CaO換算計為100-400ppm的Ca，以Bi2O3換算計為400-800ppm的Bi,以SnO2換算計為100-400ppm的Sn,以MoO3換算計為300-600ppm的Mo。
3.根據權利要求1或2所述的一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特徵在於，相對於主要組分，輔助成分還包括:以In2O3換算計為200-800ppm的In。
4.根據權利要求1或2所述的一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特徵在於，相對於主要組分，輔助成分還包括:以SiO2換算計為50-200ppm的Si。
5.根據權利要求1或2所述的一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特徵在於，相對於主要組分，輔助成分還包括:以Ce2O3換算計為50-200ppm的Ce或以La2O3換算計為50-200ppm的La或以Gd2O3換算計為50_200ppm的Gd。
6.根據權利要求1或2所述的一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特徵在於，燒結密度為5.00-5.08g/cm3。
7.根據權利要求4所述的一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特徵在於，燒結密度為5.01-5.05g/cm3。
8.一種如權利要 求1所述的一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體的製備工藝，其特徵在於，包括以下步驟: Cl)混料:按比例稱取主要組分和輔助組分各原料，用V型混料器乾式強混，混料的時間為0.5-1小時； (2)振磨:將步驟(1)混合完成的原料用振磨機振磨，振磨時間0.4-0.8小時； (3)預燒:採用空氣窯直接對振磨得到的粉料進行預燒，預燒溫度為900-1100°C，時間為1-5小時； (4)球磨:採用球磨機對預燒後的產物進行球磨，球磨時間為0.5-4小時，其中料:球:水的體積比為1:0.8-1.2:0.55-0.65 ;經球磨後的粉料平均粒度為0.8-1.4μ m ； (5)造粒成型:採用造粒機對球磨後的粉料進行造粒，然後採用全自動幹壓機進行成型，其中造粒時入口溫度控制在250-290°C，出口溫度110-150°C，成型時毛坯密度控制在2.5-3.6g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ； (6)燒結=N2保護下採用燒結爐進行燒結，燒結溫度控制在1220-1420°C，燒結時間為3-10小時，然後在平衡氣氛中冷卻得產品。
9.根據權利要求8所述的一種具有高飽和磁感應強度高磁導率特性的Mn-Zn鐵氧體的製備工藝，其特徵在於，成型時毛還密度控制在2.5-3.6g/cm3。
【文檔編號】C04B35/26GK103588473SQ201310356164
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月15日 優先權日:2013年8月15日
【發明者】金鑫 申請人:橫店集團東磁股份有限公司