CN101859621B

CN101859621B - 一种高磁导率MnZn铁氧体材料及其制造方法

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Publication number: CN101859621B
Application number: CN2009101337261A
Authority: CN
Inventors: 汪南东; 李喜雄; 王家永; 黄爱萍; 豆小明; 谭福清; 冯则坤
Original assignee: JIANGMEN ANCI ELECTRONIC CO Ltd; JPMF GUANGDONG CO Ltd
Current assignee: Jiangmen Jiangyi magnetic material Co.,Ltd.
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-04-08
Also published as: CN101859621A

Abstract

本发明提供了一种高磁导率MnZn铁氧体材料，其主成分包括：以Fe₂O₃计，50mol％-54mol％的三氧化二铁、以MnO计，22mol％-30mol％的四氧化三锰和以ZnO计，20mol％-24mol％的氧化锌；辅助成分选自TiO₂、Co₂O₃、V₂O₅、Bi₂O₃、MoO₃、SiO₂、CaCO₃中的至少四种。本发明提供的高磁导率MnZn铁氧体材料具有大于15000的起始磁导率，同时还具有大于120℃的居里温度和大于410mT的常温饱和磁感应强度。本发明还提供了一种高磁导率MnZn铁氧体材料的制造方法，其包括混料、烘干、预烧、球磨、造粒、压制成型和烧结步骤。本发明提供的方法具有工艺简单、成本低的优势。

Description

一种高磁导率MnZn铁氧体材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种MnZn铁氧体材料及其制造方法，尤其涉及一种高磁导率MnZn铁氧体材料及其制造方法。

背景技术

随着社会的发展，人民生活水平的提高，人们对电器设备、电讯设施的要求也越来越高。不仅要求产品性能越来越高，同时还要求产品体积越来越小，产品的适用范围越来越广。

高居里温度、高饱和磁感应强度(Bs)、高磁导率的MnZn软磁铁氧体材料具有高磁导率的特性，因为磁导率愈高，元件体积可愈小，所以由其制成的产品体积也会愈小；同时还因为具有高居里温度和常温高Bs的特性，使得这种材料具有更高的应用温度和较好的抗饱和性能。正是因为具有上述优良的特性，所以高磁导率MnZn铁氧体材料的应用范围越来越广，在迅猛发展的通信领域里，尤其需要这种高磁导率MnZn铁氧体材料制作的滤波器、宽带变压器和脉冲变压器等电子器件。

通常情况下，对起始磁导率达到15000的高磁导率MnZn铁氧体材料而言，由于其磁导率很高，所以要求主成分中Zn的含量高，这相应地就会造成材料的居里温度和Bs都不高。如日本TDK公司的材料牌号为H5C3的高磁导材料，其标准是居里温度大于等于105℃，常温饱和磁感应强度Bs为360mT。这样就限制了这种高磁导率材料的使用温度范围和抗饱和性能。因此，需要一种MnZn铁氧体材料，其不仅具有高磁导率的特性，同时还具有高居里温度、高Bs的特性。此外，还需要一种制造这种MnZn铁氧体材料的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高磁导率MnZn铁氧体材料。

本发明提供的高磁导率MnZn铁氧体材料包括主成分和辅助成分，所述主成份是50mol％-54mol％的Fe₂O₃、以MnO计，22mol％-30mol％的Mn₃O₄和20mol％-24mol％的ZnO；以及所述辅助成分选自TiO₂、Co₂O₃、V₂O₅、Bi₂O₃、MoO₃、SiO₂、CaCO₃中的至少四种，所述辅助成分的总重量是所述主成分总重量的0.02wt％-0.4wt％。

优选地，基于所述主成分的总重量，TiO₂是0.02wt％-0.15wt％、Co₂O₃是0.002wt％-0.05wt％、V₂O₅是0.01wt％-0.05wt％、Bi₂O₃是0.01wt％-0.18wt％、MoO₃是0.01wt％-0.18wt％、SiO₂是0.001wt％-0.01wt％、CaCO₃是0.01wt％-0.08wt％。

本发明还提供了一种高磁导率MnZn铁氧体材料的制造方法，其包括以下步骤：1)将Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO按所述比例混合均匀并烘干；2)将步骤1)所得的粉料在800℃-1000℃下预烧1-3小时；3)向步骤2)所得的粉料中按所述比例添加四种以上的所述辅助成分，再加入以占所述主成分总重量计的60wt％-120wt％的去离子水、0.5wt％-3wt％的分散剂、0.5wt％-3wt％的消泡剂一起进行球磨，使球磨后的粉料粒径达到1-2微米；4)基于所述步骤3)所得的粉料的总重量，向所述步骤3)所得的粉料中添加5wt％-12wt％的有机粘合剂的水溶液，混合均匀造粒得颗粒料；5)采用50Mpa-200MPa的压力，将颗粒料压制成生坯样品；6)将步骤5)所得的生坯样品在1310℃-1420℃的烧结温度下烧结，并在烧结温度下保温4-10小时，然后冷却至180℃出炉，其中保温段氧分压为1％-15％。

本发明提供的方法中，步骤4)中压制成的生坯密度为3.0±0.2g/cm³。

所述有机粘合剂为聚乙烯醇。

本发明中使用的分散剂和消泡剂可以是本领域中常用的分散剂和消泡剂，如消泡剂可以选用正辛酸、硬脂酸等，分散剂可以选用聚丙酸、葡糖酸、柠檬酸等。

本发明方法中的平衡氧分压根据公式lg(P(O₂))＝a-b/T计算，其中a取值5～10，b取值10000～15000，T为绝对温度。

通过添加合适的辅助成分，并控制合适的烧结条件，使得由本发明的方法制造的MnZn铁氧体材料不仅具有高磁导率的特性，同时还具有高居里温度和高Bs的特性，从而克服了现有的MnZn铁氧体材料不能兼具高磁导率特性与高居里温度和高Bs特性的缺陷。例如，本发明的MnZn铁氧体材料不仅具有15000以上的起始磁导率，同时还具有大于120℃的居里温度和大于410mT的Bs。因此，本发明的MnZn铁氧体材料可以使用在较高的温度环境中，或者对抗饱和性能要求较高的环境中，从而更好地满足了市场需求。本发明的方法具有工艺简单、成本低的优势。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案制造的高磁导率MnZn铁氧体材料的SEM照片。

具体实施方式

实例1：

采用市售的Fe₂O₃、Mn₃O₄、ZnO作为主成分，将52.0mol％的Fe₂O₃、25.0mol％的MnO(原料为Mn₃O₄)和23.0mol％的ZnO置于砂磨机中混合1小时后取出置于干燥箱中烘干。用箱式电阻炉，在800℃-900℃的条件下预烧2h。然后将预烧后的粉料放入球磨机中，同时加入辅助成分，辅助成分包括Bi₂O₃、MoO₃、CaCO₃、SiO₂，添加量分别为所述主成分总重量的0.04wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.01wt％，再加入以占所述主成分总重量计的60wt％的去离子水、1wt％的分散剂、1wt％的消泡剂一起进行球磨。将此粉料球磨至平均粒度为1.0±0.2μm左右，烘干后，基于球磨后的粉料的总重量，向该粉料中添加8wt％的聚乙烯醇的水溶液，混合均匀后造粒，压制成OR25×8-15mm的环形样品，最后在用计算机程序控制的钟罩炉内，在1310℃-1420℃的温度下烧结，并在烧结温度下保温4-10小时，在平衡气氛下冷却至180℃出炉，保温氧分压1％-15％，降温过程采用平衡氧分压。

采用SY-8258型B-H测试仪在50Hz、1194A/m、室温下测量样品的Bs。用HP4294阻抗分析仪(Agilent Technology 4294)和专用夹具(AgilentTechnology 16047E)测量常温下样品的电感量L，计算出相应的起始磁导率μ_i，并同时测量出样品的居里温度。结果为：起始磁导率μ_i为15813，居里温度为123℃，Bs为411mT。

合理的添加量和适当的烧结条件是制备样品的关键所在，本发明主要采用高Fe低Zn的主配方，这样能保证材料具有高居里温度和高Bs的特性，同时通过加入适当的添加剂提高磁导率，最终获得同时具有高居里温度、高饱和磁感应强度和高磁导率的MnZn软磁铁氧体材料。图1是根据本发明的实施例1制造的高磁导率MnZn铁氧体材料的SEM照片。在采用上述主成分和辅助成分，并使用合适的烧结条件制备的样品具有晶粒大小比较均匀、缺陷较少的特性，晶粒大小在10μm-30μm。

实施例2：

采用市售的Fe₂O₃、Mn₃O₄、ZnO作为主成分，将52.0mol％的Fe₂O₃、25.2mol％的MnO(原料为Mn₃O₄)和22.8mol％的ZnO置于砂磨机中混合1小时后取出置于干燥箱中烘干。用箱式电阻炉，在800℃-900℃的条件下预烧2h。然后将预烧后的粉料放入球磨机中，同时加入辅助成分，辅助成分包括Bi₂O₃、MoO₃、CaCO₃、Co₂O₃，添加量分别为所述主成分总重量的0.04wt％、0.04wt％、0.08wt％、0.03wt％，再加入以占所述主成分总重量计的60wt％的去离子水、1wt％的分散剂、1wt％的消泡剂一起进行球磨。将此粉料球磨至平均粒度为1.0±0.2μm左右，烘干后，基于球磨后的粉料的总重量，向该粉料中添加8wt％的聚乙烯醇的水溶液，混合均匀后造粒，压制成型OR25×8-15mm环形样品，最后在用计算机程序控制的钟罩炉内，在1310℃-1420℃的温度下烧结，并在烧结温度下保温4-10小时，在平衡气氛下冷却至180℃出炉，保温段氧分压1％-15％，降温过程采用平衡氧分压。

按照与实施例1相同的方式进行测量。结果为：起始磁导率μ_i为16524，居里温度为121℃，Bs为416mT。

实施例3：

采用市售的Fe₂O₃、Mn₃O₄、ZnO作为主成分，将53.0mol％的Fe₂O₃、25.0mol％的MnO(原料为Mn₃O₄)、22.0mol％的ZnO置于砂磨机中混合1小时后取出置于干燥箱中烘干。用箱式电阻炉，在800℃-900℃的条件下预烧2h。然后将预烧后的粉料放入球磨机中，同时加入辅助成分，辅助成分包括Bi₂O₃、MoO₃、V₂O₅、TiO₂，添加量分别为所述主成分总重量的0.04wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.05wt％，再加入以占所述主成分总重量计的60wt％的去离子水、1wt％的分散剂、1wt％的消泡剂一起进行球磨。将此粉料球磨至平均粒度为1.0±0.2μm左右，烘干后，基于球磨后的粉料的总重量，向该粉料中添加6wt％的聚乙烯醇的水溶液，混合均匀后造粒，压制成OR 25×8-15mm的环形样品，最后在用计算机程序控制的钟罩炉内，在1310℃-1420℃的温度下烧结，并在烧结温度下保温4-10小时，在平衡气氛下冷却至180℃出炉，保温段氧分压为1％-15％，降温过程采用平衡氧分压。

按照与实施例1相同的方式进行测量，结果为：起始磁导率μ_i为15158，居里温度为125℃，Bs为421mT。

虽然此处已经详细描述了本发明的具体实施例，但是这么做只是为了描述本发明的各种特征和各方面的目的，且就本发明的范围而言，不期望是限制性的。设想可以对所公开的实施例做出各种替换、改动和/或修改，包括但不限于，此处可能已经被提到的这些实施例的变化而并不偏离由下面所附的权利要求界定的本发明的主旨和范围。

Claims

1.一种高磁导率MnZn铁氧体材料，其特征在于：所述MnZn铁氧体材料包括主成分和辅助成分，其中所述主成份是50mol％-54mol％的Fe₂O₃、以MnO计，22mol％-30mol％的Mn₃O₄和20mol％-24mol％的ZnO，且晶粒大小在10μm-30μm；以及

按所述辅助成分的重量占所述主成分总重量计，所述辅助成分为0.01wt％-0.18wt％的Bi₂O₃、0.01wt％-0.18wt％的MoO₃、0.02wt％-0.15wt％的TiO₂和0.01wt％-0.05wt％的V₂O₅的组合或0.01wt％-0.18wt％的Bi₂O₃、0.01wt％-0.18wt％的MoO₃、0.01wt％-0.08wt％的CaCO₃和0.002wt％-0.05wt％的Co₂O₃的组合。

2.如权利要求1所述的MnZn铁氧体材料，其特征在于：所述MnZn铁氧体材料具有15000或更高的起始磁导率，以及具有大于120℃的居里温度、大于410mT的常温饱和磁感应强度。

3.一种如权利要求1所述的高磁导率MnZn铁氧体材料的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO混合均匀并烘干；

2)将步骤1)所得的粉料在800℃-1000℃下预烧1-3小时；

3)向步骤2)所得的粉料中添加四种所述辅助成分，再加入以占所述主成分总重量计的60wt％-120wt％的去离子水、0.5wt％-3wt％的分散剂和0.5wt％-3wt％的消泡剂一起进行球磨，使球磨后的粉料粒径达到1-2微米；

4)基于所述步骤3)中所得的粉料的总重量，向所述步骤3)所得的粉料中添加5wt％-12wt％的有机粘合剂的水溶液，混合均匀造粒得颗粒料；

5)采用50Mpa-200MPa的压力，将颗粒料压制成生坯样品；

6)将步骤5)所得的生坯样品在1310℃-1420℃的烧结温度下烧结，并在所述烧结温度下保温4-10小时，然后冷却至180℃出炉，其中保温段氧分压为1％-15％，降温过程采用平衡氧分压。

4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述步骤4)中的所述有机粘合剂为聚乙烯醇。

5.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述步骤5)中压制成的所述生坯密度为3.0±0.2g/cm³。