一種具有高電阻率和低損耗的納米晶錳鋅鐵氧體材料及其製備方法

2023-04-27 07:02:16

專利名稱：一種具有高電阻率和低損耗的納米晶錳鋅鐵氧體材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種錳鋅鐵氧體材料，尤其涉及一種具有高電阻率和低損耗的納米晶 錳鋅鐵氧體材料，屬於氧化物磁性材料技術領域。本發明還涉及一種具有高電阻率和低損 耗的納米晶錳鋅鐵氧體材料的製備方法。
背景技術：
尖晶石結構的錳鋅鐵氧體由於其具有高電阻率、高磁導率、低損耗、低成本等優 勢，因而廣泛應用於各種電力電子器件中，特別是一些高頻器件中。錳鋅鐵氧體的性能與其 微觀結構密不可分，而微觀結構依賴於化學成分及其製備工藝。近年來，隨著納米技術的迅 猛發展，納米材料因其具有特殊的表面效應、體積效應和量子隧道效應等等受到了人們的 極大關注，一些納米晶MnSi鐵氧體相繼被開發出來。在納米晶MnSi鐵氧體的製備方法中， 高能球磨法與共沉澱法、溶膠-凝膠法、水熱法等方法相比具有工藝簡單、成分配比易於控 制、產量大、成本低廉的優點因而被廣泛使用，並實現了產業化。然而，電力電子器件高頻 化、小型化、輕薄化的發展趨勢給納米晶MnSi鐵氧體提出了更高的要求，希望其具有高電 阻率和高頻低損耗特性。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種具有高電阻率和低損耗的納米晶錳鋅鐵 氧體材料及其製備方法。為解決上述的技術問題，本發明的技術方案是一種具有高電阻率和低損耗的納 米晶錳鋅鐵氧體材料，該納米晶MnSi鐵氧體材料的化學式可以表示為ΜηχΖηι_χΙ^ ^2ι04， 其中 0. 2 < χ < 0. 8,0. 1 < y < 0. 4。稀土離子對MnSi鐵氧體的電、磁性能有著重要的影響。稀土離子La3+有著較大的 離子半徑，在MnSi鐵氧體中摻入La3+時，他們會進入八面體間隙位置(B)位取代狗3+，因此 減少了 B位置的!^3+的數量，降低了發生!^3+和!^2+之間的電子跳躍的數量，從而提高了 MnZn鐵氧體的電阻率。此外，La3+的取代導致微觀應力的產生，阻礙電子的運動，同樣提高 了 MnSi鐵氧體的電阻率。當La3+含量較大時，它們會聚集在晶粒的晶界處，從而增加了對 傳到電子的散射，提高了電阻率。MnSi鐵氧體在高頻使用時，其損耗主要為渦流損耗，電阻 率的增加能有效降低渦流損耗。同時，本發明的特殊燒結過程能有效去除高能球磨過程中 留下的內應力，降低了磁滯損耗。因而，採用本發明製備出的納米晶MnSi鐵氧體具有高電 阻率和低損耗特性。本發明的具有高電阻率和低損耗的納米晶MnSi鐵氧體材料製備方法包括如下步 驟(1)配料根據化學式ΜηχΖινχΙ^ ^-^中Mn、Zn、La、Fe的摩爾比稱取MnO、ZnO, La2O3Je3O4 原料，其中 0. 2 ^ χ ^ 0. 8,0. 1 ^ y ^ 0. 4 ；
(2)混合、球磨將各原料在球磨罐中混合均勻，用直徑為6 IOmm的硬質鋼球， 鋼球與原料質量之比為15 25 1。在室溫下進行，球磨轉速為180 400r/min，連續球 磨時間為100 120h ；(3)加粘合劑並造粒加入一定的有機溶液並進行過篩處理，將粉料製成圓形細 小顆粒；(4)成型使用臺式電動壓片機將粉料壓製成特定形狀尺寸的坯件；(5)燒結將坯件真空管式爐進行燒結，其中氬氣的平均壓力為200 ^Ombar。 以5 8K/min的加熱速度升溫到350°C 450°C，保溫時間30 50min。隨後以10 15K/ min的加熱速度升溫至550°C 970°C，保溫時間10 20min，保溫結束後隨爐冷卻至室溫。發明的優點(1)本發明加入了稀土元素La，從而得到了具有高電阻率、低的高頻損耗的MnSi 鐵氧體材料。(2)本發明的製備方法工藝簡單、成本低廉，易於實現工業化批量生產。
具體實施例方式以下為本發明的具體實施方式
，對本發明的技術特徵做進一步的說明，但本發明 不僅限於這些實施例。實施例1(1)配料根據化學式 Mn。. Jna8LEia2Fe1.804(其中 0. 2 ≤ χ ≤ 0. 8,0. 1 ≤ y ≤ 0. 4) 中 Mn、Zn、La、Fe 的摩爾比稱取 MnO, ZnO, La203、Fe3O4 原料；(2)混合、球磨將各原料在球磨罐中混合均勻，用直徑為6mm的硬質鋼球，鋼球與 原料質量之比為15 1。在室溫下進行，球磨轉速為400r/min，連續球磨時間為IOOh;(3)加粘合劑並造粒加入一定的有機溶液並進行過篩處理，將粉料製成圓形細 小顆粒；(4)成型使用臺式電動壓片機將粉料壓製成特定形狀尺寸的坯件；(5)燒結將坯件真空管式爐進行燒結，其中氬氣的平均壓力為280mbar。以5K/ min的加熱速度升溫到350°C，保溫時間50min。隨後以MK/min的加熱速度升溫至970°C， 保溫時間20min，保溫結束後隨爐冷卻至室溫。實施例2(1)配料根據化學式 Mn。. J5Zna4LEiaiFe1.904(其中 0. 2 ≤ χ ≤ 0. 8,0. 1 ≤ y ≤ 0. 4) 中 Mn、Zn、La、Fe 的摩爾比稱取 MnO, ZnO, La203、Fe3O4 原料；(2)混合、球磨將各原料在球磨罐中混合均勻，用直徑為IOmm的硬質鋼球，鋼球 與原料質量之比為25 1。在室溫下進行，球磨轉速為180r/min，連續球磨時間為120h ；(3)加粘合劑並造粒加入一定的有機溶液並進行過篩處理，將粉料製成圓形細 小顆粒；(4)成型使用臺式電動壓片機將粉料壓製成特定形狀尺寸的坯件；(5)燒結將坯件真空管式爐進行燒結，其中氬氣的平均壓力為200mbar。以8K/ min的加熱速度升溫到450°C，保溫時間30min。隨後以lOK/min的加熱速度升溫至550°C， 保溫時間15min，保溫結束後隨爐冷卻至室溫。
實施例3(1)配料根據化學式 MnaSZna2LEici.3FeL704 (其中 0. 2 彡 χ 彡 0. 8，0. 1 彡 y 彡 0. 4) 中 Mn、Zn、La、Fe 的摩爾比稱取 MnO, ZnO, La203、Fe3O4 原料；(2)混合、球磨將各原料在球磨罐中混合均勻，用直徑為8mm的硬質鋼球，鋼球與 原料質量之比為20 1。在室溫下進行，球磨轉速為300r/min，連續球磨時間為IlOh ；(3)加粘合劑並造粒加入一定的有機溶液並進行過篩處理，將粉料製成圓形細 小顆粒；(4)成型使用臺式電動壓片機將粉料壓製成特定形狀尺寸的坯件；(5)燒結將坯件真空管式爐進行燒結，其中氬氣的平均壓力為250mbar。以8K/ min的加熱速度升溫到400°C，保溫時間40min。隨後以MK/min的加熱速度升溫至970°C， 保溫時間lOmin，保溫結束後隨爐冷卻至室溫。實施例4(1)配料根據化學式 MnaSZna2LEici.4FeL604 (其中 0. 2 彡 χ 彡 0. 8,0. 1 ^ y ^ 0. 4) 中 Mn、Zn、La、Fe 的摩爾比稱取 MnO, ZnO, La203、Fe3O4 原料；(2)混合、球磨將各原料在球磨罐中混合均勻，用直徑為IOmm的硬質鋼球，鋼球 與原料質量之比為20 1。在室溫下進行，球磨轉速為400r/min，連續球磨時間為IlOh ；(3)加粘合劑並造粒加入一定的有機溶液並進行過篩處理，將粉料製成圓形細 小顆粒；(4)成型使用臺式電動壓片機將粉料壓製成特定形狀尺寸的坯件；(5)燒結將坯件真空管式爐進行燒結，其中氬氣的平均壓力為250mbar。以6K/ min的加熱速度升溫到400°C，保溫時間40min。隨後以MK/min的加熱速度升溫至900°C， 保溫時間15min，保溫結束後隨爐冷卻至室溫。用XRD檢測實施例1、2、3中樣品的相結構，用kherrer公式D = 0. 94 λ / β cos θ (D為晶粒直徑、λ為X射線波長0. 1542nm)來計算平均晶粒尺寸；用功率損耗儀測 量磁芯在100°C 50mT頻率為500kHz下的損耗Pev ；用四探針電阻率測試儀測量樣品的電阻 率。測量結果列於表1。由所列結果可知，本發明的納米晶軟磁鐵氧體材料具有高電阻率、低高頻損耗的 優異性能用它製成的磁芯可以廣泛應用於通信、廣播、電視、自動控制、航天技術、計算機技 術及其它IT產業中的各種類型的電感器、變壓器、扼流圈、抑制器等器件中。表 權利要求
1.一種具有高電阻率和低損耗的納米晶錳鋅鐵氧體材料，其特徵在於該納米晶錳鋅 鐵氧體材料的化學式表示為=MnxZnhLE^e2IO4,其中0. 2≤χ≤0. 8，0. 1≤y≤0. 4。
2.一種具有高電阻率和低損耗的納米晶錳鋅鐵氧體材料的製備方法，其特徵在於該制 備方法包括如下步驟(1)配料根據化學式ΜηχΖινχΙ^ ^-^中Mn、Zn、La、Fe的摩爾比稱取Mn0、ai0、La203、 Fe3O4原料，其中0. 2≤χ≤0. 8，0. 1≤y≤0. 4 ；(2)混合、球磨將各原料在球磨罐中混合均勻，用直徑為6 IOmm的硬質鋼球，鋼球 與原料質量之比為15 25 1，在室溫下進行，球磨轉速為180 400r/min，連續球磨時 間為100 120h ；(3)加粘合劑並造粒加入一定的有機溶液並進行過篩處理，將粉料製成圓形細小顆粒；(4)成型使用臺式電動壓片機將粉料壓製成特定形狀尺寸的坯件；(5)燒結將坯件真空管式爐進行燒結，其中氬氣的平均壓力為200 ^Ombar，以5 8K/min的加熱速度升溫到350°C 450°C，保溫時間30 50min，隨後以10 MK/min的 加熱速度升溫至550°C 970°C，保溫時間10 20min，保溫結束後隨爐冷卻至室溫。
全文摘要
本發明涉及一種具有高電阻率和低損耗的納米晶錳鋅鐵氧體材料，該納米晶MnZn鐵氧體材料的化學式可以表示為MnxZn1-xLayFe2-yO4，其中0.2≤x≤0.8，0.1≤y≤0.4，該發明的納米晶MnZn鐵氧體材料的顆粒尺寸10～25nm，室溫電阻率高達3.2×103Ωm，高頻損耗僅有70mW/cm3(100℃；50mT；500kHz)。此外，本發明中製備工藝簡單可控，成本低廉，易於進行批量生產，製備出的納米晶MnZn鐵氧體可以廣泛應用於通信、自動控制、電子設備等領域。
文檔編號C04B35/38GK102060518SQ201010563669
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者戴建中, 鄒仲鶴, 陸靜軍, 魏瑞明 申請人:蘇州天銘磁業有限公司