CN101367645A - 一种制备铁氧体陶瓷软磁材料新方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁氧体陶瓷软磁材料制备方法，属于电子陶瓷制备及应用技术领域。所述陶瓷为纯相尖晶石相铁氧体。所述材料制备方法包括“配料→高能球磨→烘干→混合整粒→过筛→压制成型→烧结”等工艺步骤。与传统铁氧体材料制备方法相比，所述方法只需一次烧结，简称“一步合成法”；由于制备工艺更简单，降低了设备和工艺成本，提高了工艺可靠性和可控性；采用高纯高耐磨氧化锆磨介，可精确控制掺杂元素比例；采用特殊烧结助熔剂，烧结温度低。由于材料组成精确可控、晶粒大小均匀可控、缺陷少，所得铁氧体材料磁学性能优异，高频特性好，品质因素高，可广泛用于高质量高频器件制备和生产。本发明也可用于其他类型电子陶瓷材料等。

Description

一种制备铁氧体陶瓷软磁材料新方法

技术领域

本发明涉及一种铁氧体陶瓷软磁材料制备方法，属于电子陶瓷制备及应用技术领域。

背景技术

尖晶石相铁氧体是一种广泛使用的陶瓷软磁材料。铁氧体的制备工艺对其性能影响很大。传统铁氧体陶瓷制备工艺为：配料→一次球磨→烘干→粉碎→预烧→二次球磨→烘干→混合整粒→成型→烧结(翁兴园.Ni-Zn软磁铁氧体材料运用与市场发展.新材料产业，2002，4：23-24)。该方法工艺步骤较多，设备复杂，耗时长，成本高，且烧结温度高，烧结时间长，杂质含量高，组成难于控制，缺陷多。减少工艺步骤不但可以节约设备、工时成本，还可以减少不可控因素，提高产品性能。具有重要工程价值。

高能球磨技术的出现使材料的混匀和磨细程度大幅度提高，增强了原料之间的反应能力，无须多次烧结即能合成尖晶石相铁氧体；高纯高耐磨磨介的出现，为尖晶石相铁氧体组成的精确控制提供了有力的手段；低温烧结助剂的探索，为尖晶石相铁氧体的低温烧结提供了可能；特殊品质因素增强剂的发现，使尖晶石相铁氧体的性能提高如虎添翼。这些因素的优化组合，使低成本、高质量、高可靠性地制备尖晶石相铁氧体陶瓷软磁材料成为可能。

发明内容

本发明的目的在于克服传统铁氧体软磁材料制备工艺操作复杂等不足，提出一种工艺步骤简单，烧结温度低，材料组成和掺杂元素精确可控，烧结体性能优异的尖晶石相铁氧体陶瓷软磁材料制备方法，优化其烧结工艺参数，提高材料性能。

本发明提出的铁氧体陶瓷软磁材料制备新方法，其特征在于，所述方法依次采用“配料→高能球磨→烘干→混合整粒→过筛→压制成型→烧结”工艺方法和步骤。

在上述方法中，仅包括一个铁氧体烧结合成步骤。

在上述方法中，所合成材料为纯相的尖晶石相铁氧体软磁材料。

在上述方法中，配料时，除尖晶石相铁氧体形成元素外，加入了0-10％(质量分数)的Bi₂O₃、V₂O₅、CuO等一种或多种低熔点烧结助剂，0-10％(质量分数)MnCO₃、Nb₂O₅、ZrO₂、SiO₂等一种或多种品质因素增强剂和0-10％(质量分数)分散剂和粘接剂。

在上述方法中，混料用高能球磨机完成，磨介为高纯高耐磨氧化锆球，混合粉料:磨球:去离子水之质量比为1:(2-10):(1-10)，球磨时间12-72小时。

在上述方法中，烘干采用真空干燥或常压干燥，温度40-250℃，时间12-96小时。

在上述方法中，混合整粒、过筛后晶粒直径小于0.1μm，团聚体直径小于0.15mm。

在上述方法中，烧结时，升温速度40-60度/分钟、降温速度60-120度/分钟，300-500℃保温0.5-3小时排胶，最高温度保温1-5小时。

采用本技术制备尖晶石相铁氧体软磁材料，与传统方法相比，工艺步骤更少，设备更加简单，烧结温度更低；所获得的材料，与传统方法制备的同类材料相比，组成更加精确可控，晶粒大小均匀一致且可控，空隙、缺陷更少，饱和磁化强度和居里温度更高，高频特性更好(磁损耗和介电损耗更小)，适合高技术通讯器件使用。本技术也可以用来低成本、高质量制备其他电子陶瓷材料。

附图说明

图1是本发明实施例1所制得Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄软磁材料的X-光衍射谱；

图2是本发明实施例1所制得Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄软磁材料的断口扫描电镜显微结构；

图3是本发明实施例2所制得(Ni_0.5Zn_0.5)(Fe_1.93Al_0.07)O₄软磁材料的X-光衍射谱；

图4是本发明实施例2所制得样品(Ni_0.5Zn_0.5)(Fe_1.93Al_0.07)O₄断口扫描电镜显微结构。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

本发明提出一种制备铁氧体陶瓷软磁材料新方法，其特征在于：依次采用“配料→高能球磨→烘干→混合整粒→过筛→压制成型→烧结”工艺方法和步骤，并包括如下内容：

(1)按照铁氧体软磁材料设定理论组成称取原料，并添加一定比例的助熔剂、品质因素增强剂、分散剂和粘接剂。

(2)将所称粉料和高纯高耐磨磨介、去离子水按照一定比例混合，在高能球磨机上磨细、混匀。

(3)在干燥箱中，在一定温度下，对磨细混匀的浆料进行烘干。

(4)将烘干的粉料进行混合整粒。

(5)对混合整粒后的粉料进行过筛。

(6)按照器件设计尺寸和收缩率，对粉料干压成型。

(7)按照一定的烧结制度对铁氧体软磁材料进行合成和烧结。

(8)被银，制作电极。

所用工艺步骤中，只包括一个合成、烧结步骤，故称“一步合成法”。

所制备的陶瓷材料为纯相的尖晶石相铁氧体陶瓷软磁材料。

所用配料中，除尖晶石相铁氧体形成元素外，还包括0-10％(质量分数)的Bi₂O₃、V₂O₅、CuO等一种或多种低熔点烧结助剂，0-10％(质量分数)MnCO₃、Nb₂O₅、ZrO₂、SiO₂等一种或多种品质因素增强剂和0-10％(质量分数)分散剂和粘接剂。

所用球磨中，磨介为高纯高耐磨氧化锆磨球，密度6.3-6.5g/cm³，混合粉料:磨球:去离子水的质量比为1:(2-10):(1-10)，在高能球磨机上完成，球磨时间12-72小时。

所用干燥工艺中，采用真空干燥或常压烘干，温度40-250℃，时间12-96小时。

所用混合整粒粉经研磨或行星磨完成，整粒、过筛后晶粒直径小于0.1μm，团聚体直径小于0.15mm。

所用烧结制度中，升温速度40-60度/分钟、降温速度60-120度/分钟，300-500℃保温0.5-3小时排胶，最高温度保温1-5小时。

实施例1：将市售分析纯NiO、ZnO、Fe₂O₃按0.5:0.5:1摩尔比混料，并添加1％(质量分数)Bi₂O₃、2％(质量分数)MnCO₃、0.3％(质量分数)聚乙烯醇和0.05％(质量分数)DavonC，按1:2:1粉料:锆球:去离子水质量比投入聚氨脂球磨罐中，在高能球磨机上球磨48小时后，在空气中、干燥箱中130℃下48小时烘干，混合整粒过筛后，干压成型，在1150℃下烧结2小时。所得材料为纯相尖晶石铁氧体(见图1)，晶粒大小均匀(见图2)，单位质量饱和磁矩75.16emu/g，矫顽力2.34Oe，居里温度325℃；截止频率均在高频段，高频性能良好，1MHz下磁导率322.09；在频率1k-100MHz范围内，介电损耗小于1×10^-9。

实施例2：将市售分析纯NiO、ZnO、Fe₂O₃、Al₂O₃按0.5:0.5:0.965:0.035摩尔比混料，并添加1％(质量分数)Bi₂O₃、2％(质量分数)MnCO₃、0.3％(质量分数)聚乙烯醇和0.05％(质量分数)Davon C，按1:2:1粉料:锆球:去离子水质量比例投入聚氨脂球磨罐中，在高能球磨机上球磨48小时后，在空气中、干燥箱中130℃下48小时烘干，混合整粒过筛后，干压成型，在1170℃下烧结2小时。所得材料为纯相尖晶石铁氧体(见图3)，晶粒大小均匀(见图4)；单位质量饱和磁矩71.13emu/g，矫顽力2.7366 Oe，居里温度325℃；截止频率均在高频段，高频性能良好，1MHz下磁导率为255.02；在频率1k-100MHz范围内，介电损耗小于1×10^-9。

Claims (1)

1.尖晶石相铁氧体陶瓷软磁材料的“一步合成法”，其特征在于，所述方法仅用一次烧结合成步骤、依次采用“配料→高能球磨→烘干→混合整粒→过筛→压制成型→烧结”工艺步骤和方法并依特定工艺条件制备纯相的尖晶石铁氧体陶瓷软磁材料。所述工艺中，配料除尖晶石相铁氧体形成元素外，加入了0-10％(质量分数)的Bi₂O₃、V₂O₅、CuO等一种或多种低熔点烧结助剂，0-10％(质量分数)MnCO₃、Nb₂O₅、ZrO₂、SiO₂等一种或多种品质因素增强剂和0-10％(质量分数)分散剂和粘接剂。高能球磨在高能球磨机上完成，磨介为高纯高耐磨氧化锆磨球，混合粉料:磨球:去离子水的质量比为1:(2-10):(1-10)，球磨时间为12-72小时；烘干采用真空干燥或常压干燥，温度40-250℃，时间12-96小时；混合整粒、过筛后晶粒小于0.1μm，团聚体小于0.15mm；烧结时，升温速度40-60度/分钟、降温速度60-120度/分钟，300-500℃保温0.5-3小时排胶，最高温度保温1-5小时。

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