CN100409979C

CN100409979C - 纳米SiO2包覆羰基铁粉的生产方法

Info

Publication number: CN100409979C
Application number: CNB2006100404937A
Authority: CN
Inventors: 高为鑫
Original assignee: TIANYI SUPERFINE METAL POWDERS CO Ltd JIANGSU
Current assignee: TIANYI SUPERFINE METAL POWDERS CO Ltd JIANGSU
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2026-05-19
Also published as: CN1895820A

Abstract

本发明公开了纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法，首先，分散预处理消除SiO₂或羰基铁粉的团聚，即采用振动磨、滚筒磨、行星磨或搅拌磨等预处理；其次，采用改性剂改变SiO₂或羰基铁粉表面极性，改性剂为碱性可溶性物质如偶联剂、氨水等；然后，采用物理方法将SiO₂粉体包覆吸附在羰基铁粉外；最后，包覆SiO₂粉体的羰基铁粉在真空或保护气氛下烘干、研磨、过筛、包装。包覆物SiO₂自动被被包覆物羰基铁粉吸附，且只吸附一层，确保了其吸附厚度只是包覆物粉体的粒径，实现在高频下各项磁性能的良好匹配，有效提高磁心品质。

Description

纳米SiO2包覆羰基铁粉的生产方法

技术领域

本发明涉及纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法。

技术背景

羰基铁粉是由Fe(CO)₅热解制取的平均粒径在3微米左右的球形超细铁粉，具有很多特殊的理化性能，尤其是用于高频下高品质因素高磁导率低功耗软磁材料，高频表面贴装(SMD)及抗电磁干扰(EMI)元件等方面，具有成本低、可靠性佳、易成形加工等诸多优点。由于SiO₂的特殊理化特性，利用纳米SiO₂包覆羰基铁粉所制作的磁心，在能有效提高磁心品质因素的前提下，不降低或少降低磁心的磁导率，实现在高频下各项磁性能的良好匹配，更适合制作高频、大功率、高品质因素、高磁导率、低损耗、好环境稳定性的磁性器件。

传统用羰基铁粉制作磁心的方法是将羰基铁粉与粉状树脂按比例放入混合机内，混合一定时间后，加入磷酸、丙酮混合液，搅拌混合，待自然干燥过筛后，即用于压制磁心。树脂、磷酸的添加量决定着制品的品质因素和磁导率，与品质因素呈正相关、与磁导率呈负相关，往往通过牺牲一方面来提高另一方面，当品质因素与磁导率的匹配要求较高时，这种传统方法便无法达到规定指标。

国内至今未见有采用纳米SiO₂包覆羰基铁粉的报道。王炳根等在“羰基铁粉热处理”一文中，介绍了把原始羰基铁粉与金属氧化物使用机械搅拌混合；或者是用硅酸钙、铝、铜和重晶石等与原始羰基铁粉搅拌混合，同时使用惰性气体保护，或者是用化学沉凝法在颗粒表面上形成薄膜作为滴淀层(《四川冶金》1998.20(b).-4b-50)；魏美玲等在羰基铁粉体表面化学镀镍改性的研究中，采用化学镀方法对羰基铁粉体实施化学镀镍表面改性，即在羰基铁粉体表面包覆了一层镍磷合金层(《硅酸盐通报》2003(5)，17-20)；程海斌等用化学沉淀法合成了纳米Fe₃O₄粒子(平均二次粒径为51.2nm)，以合成的纳米Fe₃O₄粒子与羰基铁粉复合配制了纳米复合磁流变(MR)液，并系统研究了其流变性变化规律(《中国粉体技术》2003(4)，22-55)。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法，将纳米SiO₂粉体均匀地包覆在羰基铁粉颗粒表面，且包覆层厚度在纳米级内，或只包覆一层纳米SiO₂粉体，实现在高频下各项磁性能的良好匹配，有效提高磁心品质。

本发明的纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法，包括以下步骤：首先，消除包覆物纳米SiO₂粉体和被包覆物羰基铁粉的团聚；其次，改变包覆物SiO₂粉体或被包覆物羰基铁粉的表面极性，使二者极性相反；然后，采用物理包覆方法进行包覆；最后，对包覆产品进行真空或保护气氛下的烘干、研磨、过筛、检测、包装。

该生产方法的特征在于：首先，分散预处理消除SiO₂粉体和羰基铁粉的团聚，即采用振动磨、滚筒磨、行星磨或搅拌磨等预处理；其次，采用改性剂改变SiO₂粉体或羰基铁粉表面极性，使SiO₂粉体与羰基铁粉的极性相反，改性剂为碱性可溶性物质，如硅烷偶联剂、氨水等，SiO₂粉体与改性剂的重量比为1∶0.5-4(偶联剂)或1∶0.1-4(氨水)，偶联剂的溶剂为乙二醇，乙二醇以浸透羰基铁粉为准；然后，采用物理方法将SiO₂粉体包覆吸附在羰基铁粉外；最后，包覆SiO₂粉体的羰基铁粉包覆产品在真空或保护气氛下烘干、研磨、过筛、包装。

按被包覆的羰基铁粉的量计算包覆的SiO₂粉体的量，即t＝4S·D/S’，式中：t为所求包覆物的包覆量，S为被包覆物比表面积(cm²/g)，D为包覆物平均粒径，S’为包覆物比表面积(cm²/g)。具体步骤为：首先，将纳米级的SiO₂粉体或将羰基铁粉分别作分散预处理；其次，将碱性硅烷偶联剂及溶剂倒入纳米级SiO₂粉体或微米级的羰基铁粉球磨0.5-8h，或将氨水倒入纳米SiO₂粉体或微米级的羰基铁粉球磨0.5-8h；然后，向经过上一步处理的SiO₂粉体中放入羰基铁粉球磨1-8h，或者向经过上一步处理的羰基铁粉中放入SiO₂粉体球磨1-8h；最后，在真空或保护气氛下对包覆SiO₂粉体的羰基铁粉低于150℃烘干1-10h，接着研磨、过筛、包装。

本发明的生产方法具有以下优点：1、包覆采用物理方法，包覆物与被包覆物互融混合，由于二者极性相反，包覆物便自动被被包覆物吸附，且只吸附一层，确保了其吸附厚度只是包覆物粉体的粒径；2、此方法可以用于包覆多种金属、非金属、有机、无机颗粒，只是需要掌握被包覆物的极性并按包覆要求对其改变；3、包覆SiO₂粉体的羰基铁粉实现在高频下各项磁性能的良好匹配，有效提高磁心品质。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图之一。

图2为本发明的工艺流程图之二。

图3为本发明的包覆产品扫描图。

图4为非包覆产品的扫描图。

具体实施方式

如图1所示，首先，分散预处理消除SiO₂和羰基铁粉的团聚，即采用振动磨、滚筒磨、行星磨或搅拌磨等预处理；其次，采用改性剂改变SiO₂或羰基铁粉表面极性，使SiO₂粉体与羰基铁粉极性相反，改性剂为碱性可溶性物质，如改性剂为硅烷偶联剂、氨水等，SiO₂粉体与改性剂重量比为1∶0.5-4(偶联剂)或1∶0.1-4(氨水)，偶联剂的溶剂为乙二醇，乙二醇以浸透羰基铁粉为准；然后，采用物理方法将SiO₂粉体包覆吸附在羰基铁粉外；最后，包覆SiO₂粉体的羰基铁粉在真空或保护气氛下烘干、研磨、过筛、包装。

按被包覆的羰基铁粉的量计算包覆的SiO₂粉体的量，即t＝4S·D/S’，式中：t为所求包覆物的包覆量，S为被包覆物比表面积(cm²/g)，D为包覆物平均粒径，S’为包覆物比表面积(cm²/g)。具体步骤：首先，将纳米级的SiO₂粉体或羰基铁粉或将羰基铁粉分别作分散预处理；其次，按SiO₂粉体与改性剂的比例倒入碱性偶联剂和溶剂球磨0.5-8h，或将氨水倒入SiO₂粉体或微米级的羰基铁粉球磨0.5-8h；然后，向经过上一步处理的SiO₂粉体中放入羰基铁粉球磨1-8h，或者向经过上一步处理的羰基铁粉中放入SiO₂粉体球磨1-8h；最后，包覆SiO₂粉体的羰基铁粉在真空或保护气氛下低于150℃烘干1-10h，接着研磨、过筛、包装。

实例1：①取70g纳米SiO₂，35g碱性硅烷偶联剂、5000g乙二醇、10kg羰基铁粉备用；

②SiO₂作分散预处理；倒入碱性硅烷偶联剂35g球磨0.5h；加入乙二醇5000g，球磨0.5h；

③放入羰基铁粉10kg，在球磨机内球磨1h，即包覆完毕；

④取出包覆产品在真空或保护气氛下温度150℃烘干1h，研磨、过筛、包装。

通过本发明生产方法生产的包覆SiO₂粉体的羰基铁粉具有以下效果：

1.在外表扫描观察，其表面明显地包覆着一层白色SiO₂粉末；通过剖面扫描观察，其包覆厚度约为40nm，与包覆物所表征的粒径基本相吻合，见图2、图3。

2.将包覆与未包覆的羰基铁粉在相同条件下制成相同尺寸的磁心，在同等线径、同等匝数、同一测试人员、同一测试设备下进行测试，其结果表明在高频下磁性能及匹配得到大大改善，见下表。

实例2：①取70g纳米SiO₂、160g碱性硅烷偶联剂、5000g乙二醇、10kg羰基铁粉备用；

②分散处理SiO₂；倒入碱性硅烷偶联剂160g球磨4.2h；加入乙二醇5000g，球磨4.2h；

③放入分散处理后的羰基铁粉10kg，在球磨机内球磨4.5h，即包覆完毕；

④取出包覆产品在真空或保护气氛下温度100℃烘干5.5h，研磨、过筛、包装。

实例3：①取70g纳米SiO₂、280g碱性硅烷偶联剂、5000g乙二醇、10kg羰基铁粉备用；

②SiO₂分散处理；倒入碱性硅烷偶联剂280g球磨8h；加入乙二醇5000g，球磨8h；

③放入分散处理后的羰基铁粉10kg，在球磨机内球磨8h，即包覆完毕；

④取出包覆产品在真空或保护气氛下温度100℃烘干10h，研磨、过筛、包装。

实例4：①取70g纳米SiO₂、35g碱性硅烷偶联剂、5000g乙二醇、10kg羰基铁粉备用；

②将35g碱性硅烷偶联剂放入5kg乙二醇，充分搅拌后放入分散后的羰基铁粉球磨0.5h；

③放入已分散的SiO₂粉体70g，在球磨机内球磨1h，即包覆完毕；

实例5：①取70g纳米SiO₂、160g碱性硅烷偶联剂、5000g乙二醇、10kg羰基铁粉备用；

②将碱性硅烷偶联剂160g加入乙二醇5000g充分搅拌后放入分散后的羰基铁粉，球磨4.2h；

③放入分散处理好的SiO₂粉体70g，在球磨机内球磨4.5h，即包覆完毕；

实例6：①取70g纳米SiO₂、280g碱性硅烷偶联剂、5000g乙二醇、10kg羰基铁粉备用；

②将280g碱性硅烷偶联剂放入5000g乙二醇充分搅拌后放入分散处理好的羰基铁粉10kg，球磨8h；

③放入分散处理好的SiO₂粉体70g，在球磨机内球磨8h，即包覆完毕；

实例7：①取70g纳米SiO₂、10kg羰基铁粉、7g氨水备用；

②在分散好的70gSiO₂中倒入氨水7g球磨0.5h；

③放入羰基铁粉10kg，在球磨机内球磨1h，即包覆完毕；

实例8：①取70g纳米SiO₂、10kg羰基铁粉、70g氨水备用；

②在分散处理好的70g SiO₂中倒入氨水140g球磨4.2h；

③放入羰基铁粉10kg，在球磨机内球磨4.5h，即包覆完毕；

实例9：①取70g纳米SiO₂、10kg羰基铁粉、280g氨水备用；

②在分散处理好的70g SiO₂中倒入氨水280g球磨8h；

③放入羰基铁粉10kg，在球磨机内球磨8h，即包覆完毕。

实例10：①取70g纳米SiO₂、10kg羰基铁粉、7g氨水备用；

②在10kg分散处理好的羰基铁粉中倒入氨水7g球磨0.5h；

③放入SiO₂粉体70g，在球磨机内球磨1h，即包覆完毕；

实例11：①取70g纳米SiO₂、10kg羰基铁粉、140g氨水备用；

②在10kg分散处理好的羰基铁粉中倒入氨水140g球磨4.2h；

③放入SiO₂粉体70g，在球磨机内球磨4.5h，即包覆完毕；

④取出包覆产品在真空或保护气氛下温度120℃烘干5.5h，研磨、过筛、包装。

实例12：①取70g纳米SiO₂、10kg羰基铁粉、280g氨水备用；

②在10kg分散处理好的将羰基铁粉中倒入氨水280g球磨8h；

③放入SiO₂粉体70g，在球磨机内球磨8h，即包覆完毕。

Claims

1. 纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法，其特征在于：首先，消除包覆物纳米SiO₂粉体或被包覆物羰基铁粉的团聚；其次，改变包覆物SiO₂粉体或被包覆物羰基铁粉的表面极性，使二者极性相反；然后，采用物理包覆方法进行包覆；最后，对包覆产品进行真空或保护气氛下的烘干、研磨、过筛、检测、包装。

2. 根据权利要求1所述的纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法，其特征在于：首先，分别预处理消除SiO₂和羰基铁粉的团聚，即采用振动磨、滚筒磨、行星磨或搅拌磨预处理SiO₂和羰基铁粉粉体；其次，采用改性剂改变SiO₂或羰基铁粉粉体表面极性，使SiO₂粉体与羰基铁粉极性相反，改性剂为碱性可溶性物质；然后，采用物理方法将SiO₂粉体包覆吸附在羰基铁粉外；最后，包覆SiO₂粉体的羰基铁粉在真空或保护气氛下烘干、研磨、过筛、包装。

3. 根据权利要求2所述的纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法，其特征在于：改性剂为碱性硅烷偶联剂，偶联剂的溶剂为乙二醇。

4. 根据权利要求3所述的纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法，其特征在于：SiO₂粉体与偶联剂的重量比为1∶0.5-4。

5. 根据权利要求3所述的纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法，其特征在于：偶联剂的溶剂乙二醇的量以浸透羰基铁粉为准。

6. 根据权利要求2所述的纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法，其特征在于：改性剂为氨水。

7. 根据权利要求6所述的纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法，其特征在于：SiO₂粉体与氨水的重量比为1∶0.1-4。

8. 根据权利要求1所述的纳米SiO₂包覆羰基铁粉的生产方法，其特征在于：首先，纳米级的SiO₂粉体和微米级的羰基铁粉分别作分散预处理；其次，将碱性偶联剂及溶剂倒入纳米级SiO₂粉体或微米级羰基铁粉球磨0.5-8h，或者，在分散处理后的羰基铁粉或SiO₂粉体中加入氨水球磨0.5-8h；然后，向经过上一步处理的SiO₂粉体中放入羰基铁粉或者向经过上一步处理的羰基铁粉中放入SiO₂粉体球磨1-8h；最后，在真空或保护气氛下对包覆SiO₂粉体的羰基铁粉进行温度150℃以下烘干1-10h，接着研磨、过筛、包装。