CN102225574A

CN102225574A - 一种温敏铁氧体注射成形方法

Info

Publication number: CN102225574A
Application number: CN 201110162330
Authority: CN
Inventors: 田建军; 曲选辉; 秦明礼
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2011-10-26

Abstract

本发明属于永磁材料领域，涉及一种温敏铁氧体的注射成形方法。将主体成分（摩尔比）为50%~60%Fe₂O₃、15%~30%ZnO、10%~25%Mn₃O₄和重量比为0.5%~2.5%添加剂组成的温敏铁氧体粉末，与石蜡基粘结剂体系混合，铁氧体粉末装载量为45vol％~65vol%；混合料在80℃~180℃下混炼0.5h~3h，然后破碎成颗粒状喂料；喂料在注射温度为90℃~180℃、注射压力为70MPa~100MPa条件下注射到模具中，获得成形坯；将成形坯浸入20℃~60℃的正庚烷或三氯乙烯溶剂中脱脂3h~12h，取出干燥；再以0.2℃/min~3℃/min的速度从室温升至450℃~800℃，将剩余粘结剂脱除；最后在1100℃~1500℃下烧结0.5h~6h，获得温敏铁氧体。本发明方法特别适合制备和批量生产薄壁、复杂形状和微型温敏铁氧体零器件，所制备的产品尺寸精度高，组织均匀，性能优越。

Description

一种温敏铁氧体注射成形方法

技术领域

本发明属于磁性材料制备技术领域，特别提供了一种温敏铁氧体注射成形方法。

背景技术

温敏铁氧体材料是近20年发展起来的新型材料，它的磁导率在居里点温度附近发生急剧下降现象，使材料由导磁材料转变为不导磁材料，这一现象随温度的变化是可逆转的。利用这一特性，温敏铁氧体可以制成“磁-机”一体化温度动作开关、“磁-电”一体化温度电气开关、“感（测）-控（制）-执（行）”一体化器件、自动控制系统中测控信号元件、磁性传感器等。这些器件体积小、寿命长、可靠性高，在很多领域中逐步替代传统的双金属、膨胀式和热敏电阻、热电耦等传统温敏温控元器件。此外，温敏铁氧体还具有开关性能良好、工作温度不随时间变化、居里温度可由配方组成进行调整以及原材料成本低等优点，在家电、汽车、机电、电子设备等领域中的应用逐年增加。目前，铁氧体温敏器件主要是采用传统的氧化物陶瓷制备工艺即：粉末制备→压制成形→烧结。随着电子、汽车等工业快速发展以及器件越来越小型化、轻量化，对微型、异型温敏铁氧体器件的需求量显著增加。目前传统的压制成形工艺很难大批量、连续性生产微型、异型器件，必须进行后续机械加工，但因铁氧体的硬度高、脆性大、不导电，难以加工，导致生产率降低、生产成本增加，同时材料的一致性较差，无法满足现代科技发展和市场的需求。

粉末注射成形技术是近年来发展起来的新型近终型成形技术，它是将现代塑料注塑成形技术与传统粉末冶金工艺相结合而形成，特别适合薄壁、复杂形状零部件的近终形批量化生产，所制备的产品尺寸精度高，组织均匀，性能优越。将粉末注射成形技术应用于温敏铁氧体零部件的制备，可望彻底解决传统工艺中面临的困难（如批量化生产微型和异型器件，材料一致性差、后续加工成本高、材料利用率低等），并成为一条达到高性能、高效率和低成本的生产途径。

发明内容

本发明提出了一种温敏铁氧体注射成形方法，目的是为了解决传统陶瓷制备工艺难以批量化生产微型和异型温敏铁氧体器件以及材料一致性差、后续加工成本高、材料利用率低等问题。

本发明是将温敏铁氧体粉末与粘结剂混炼、造粒制成喂料，通过粉末注射成形技术得到成形坯，再经溶剂脱脂、热脱脂和烧结获得温敏铁氧体材料，具体工艺步骤：

a、喂料制备：将温敏铁氧体粉末与粘结剂混合，铁氧体粉末装载量为45vol％～65vol％，在80℃~180℃下混炼0.5h~3h，然后破碎成颗粒；

b、注射成形：喂料在注射温度为90℃～180℃、注射压力为70MPa～100MPa条件下注射到模具中，获得成形坯；

c、脱脂：包括溶剂脱脂和热脱脂，溶剂脱脂是将成形坯浸入20℃～60℃的正庚烷或者三氯乙烯溶剂中脱脂3h～12h，脱除粘结剂中可溶物质，然后取出干燥；热脱脂是将溶剂脱之后的成形坯，以0.2℃/min~3℃/min的速度从室温升至450℃~800℃，将剩余粘结剂脱除；

d、烧结：烧结温度为1100℃～1500℃，烧结时间为0.5h～6h，获得温敏铁氧体材料。

本发明采用的温敏铁氧体粉末主体成分以摩尔计为：50%~60% Fe₂O₃、15%~30% ZnO、10%~25% Mn₃O₄和重量比为0.5%~2.5%的添加剂，所述添加剂是由SiO₂、CaO、CuO、TiO₂、Co₂O₃、V₂O₅、Bi₂O₃、MoO₃一种或几种组成。

本发明采用的粘结剂是由重量比50％～80％的石蜡、5％～30％的聚乙烯、0％～15％聚丙烯、0~10%高密度聚乙烯和0％～8％的硬脂酸组成。

所述正庚烷或者三氯乙烯溶剂为纯溶剂。

本发明的优点是：

将粉末注射成形技术用于温敏铁氧体的制备，特别适合制备和批量生产薄壁、复杂形状和微型温敏铁氧体零器件，所制备的产品尺寸精度高，组织均匀，性能优越。

附图说明

图1为本发明工艺流程图；

图2为采用本发明制备的温敏铁氧体磁环样品图；

图3为采用本发明制备的温敏铁氧体的X射线衍射图谱，是烧结温度分别为1100℃、1200℃、1300℃和1400℃获得温敏铁氧体的组织结构；

图4为采用本发明制备的温敏铁氧体的微观结构形貌，是烧结温度分别为1100℃、1200℃、1300℃和1400℃获得温敏铁氧体的微观形貌。

具体实施方式

实施例1

温敏铁氧体粉末与粘结剂混合，粘结剂由70％的石蜡、15％聚乙烯、5％聚丙烯、5%高密度聚乙烯5％的硬脂酸组成，铁氧体粉末装载量为50vol％。混合物在180℃下混炼0.5h，然后破碎成颗粒。在注射温度为130℃、注射压力为70MPa条件下注射到模具中，获得成形坯。将成形坯浸入40℃的正庚烷溶剂中脱脂8h，然后取出干燥。再以2℃/min的速度从室温升至650℃，将剩余粘结剂脱除。脱脂后，成形坯进行烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为3h。表1是注射成形制备的不同成分组成的温敏铁氧体材料性能。图2为采用本发明制备的温敏铁氧体磁环样品图。

表1 注射成形制备的不同成分组成的温敏铁氧体材料性能

样品	Fe₂O₃/mol%	ZnO/mol%	Mn₃O₄/mol%	添加剂占总原料/wt%	磁导率	居里温度/℃
							1	50	30	20	0.5	1550	120
2	60	30	10	1.0	1620	-20
							3	60	15	25	0.8	1560	20
4	56	24	20	2.0	1860	40
							5	52	23	14	2.5	1780	70

实施例2

温敏铁氧体粉末成分组成为56mol% Fe₂O₃、24mol% ZnO、20mol% Mn₃O₄和重量比为2.0wt%的添加剂。铁氧体粉末与不同粘结剂混合，铁氧体粉末装载量为50vol％。在180℃下混炼0.5h，然后破碎成粒度为0.1mm~20mm的颗粒。在注射温度为130℃、注射压力为70MPa条件下注射到模具中，获得成形坯。将成形坯浸入40℃的正庚烷溶剂中脱脂8h，然后取出干燥。再以2℃/min的速度从室温升至650℃，将剩余粘结剂脱除。脱脂后，成形坯进行烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为3h。表2是不同粘结剂组成制备的温敏铁氧体性能。

表2 不同粘结剂组成制备的温敏铁氧体性能

样品	石蜡wt%	聚乙烯/wt%	聚丙烯 /wt%	高密度聚乙烯/wt%	硬脂酸/wt%	磁导率
							6	50	30	15	0	5	1832
7	80	5	0	10	5	1811
							8	70	10	10	10	0	1850
9	65	15	6	6	8	1836

实施例3

温敏铁氧体粉末成分组成为56mol% Fe₂O₃、24mol% ZnO、20mol% Mn₃O₄和重量比为2.0wt%的添加剂。粘结剂由70％的石蜡、15％聚乙烯、5％聚丙烯、5%高密度聚乙烯5％的硬脂酸组成。铁氧体粉末与粘结剂混合，在不同粉末装载量、混炼温度和时间下制备喂料，然后破碎成粒度为0.1mm~20mm的颗粒。在注射温度为130℃、注射压力为70MPa条件下注射到模具中，获得成形坯。将成形坯浸入40℃的正庚烷溶剂中脱脂8h，然后取出干燥。再以2℃/min的速度从室温升至650℃，将剩余粘结剂脱除。脱脂后，成形坯进行烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为3h。表3是不同粉末装载量和混炼工艺制备的温敏铁氧体性能。

表3 不同粉末装载量和混炼工艺制备的温敏铁氧体性能

样品	粉末装载量vol%	混炼温度/℃	混炼时间/h	磁导率	居里温度/℃
						10	45	180	3	1750	42
11	65	80	2	1820	41
						12	52	150	0.5	1862	40

实施例4

温敏铁氧体粉末成分组成为56mol% Fe₂O₃、24mol% ZnO、20mol% Mn₃O₄和重量比为2.0wt%的添加剂。粘结剂由70％的石蜡、15％聚乙烯、5％聚丙烯、5%高密度聚乙烯5％的硬脂酸组成。铁氧体粉末与粘结剂混合，铁氧体粉末装载量为50vol％。在180℃下混炼0.5h，然后破碎成粒度为0.1mm~20mm的颗粒。在不同注射工艺条件下获得成形坯。将成形坯浸入40℃的正庚烷溶剂中脱脂8h，然后取出干燥。再以2℃/min的速度从室温升至650℃，将剩余粘结剂脱除。脱脂后，成形坯进行烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为3h。表4是不同注射成形工艺制备的温敏铁氧体性能。

表4 不同注射成形工艺制备的温敏铁氧体性能

样品	注射温度/℃	注射压力/MPa	磁导率	居里温度/℃
					13	90	100	1852	40
14	180	70	1813	38
					15	150	85	1866	41

实施例5

温敏铁氧体粉末成分组成为56mol% Fe₂O₃、24mol% ZnO、20mol% Mn₃O₄和重量比为2.0wt%的添加剂。粘结剂由70％的石蜡、15％聚乙烯、5％聚丙烯、5%高密度聚乙烯5％的硬脂酸组成。铁氧体粉末与粘结剂混合，铁氧体粉末装载量为50vol％。在180℃下混炼0.5h，然后破碎成粒度为0.1mm~20mm的颗粒。在注射温度为130℃、注射压力为70MPa条件下注射到模具中，获得成形坯。将成形坯在不同脱脂工艺中进行脱脂。脱脂后，成形坯进行烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为3h。表5是不同脱脂工艺制备的温敏铁氧体性能。

表5 不同脱脂工艺制备的温敏铁氧体性能

样品	溶剂脱脂温度/℃	溶剂脱脂时间/h	溶剂	热脱脂升温速度/℃/min	热脱脂温度/℃	磁导率	居里温度/℃
								16	20	12	正庚烷	0.2	800	1811	42
17	60	3	正庚烷	3	650	1806	39
								18	40	8	正庚烷	2	450	1835	40
19	20	12	三氯乙烯	0.2	800	1810	42
								20	60	3	三氯乙烯	3	650	1802	39
21	40	8	三氯乙烯	2	450	1831	40

实施例6

温敏铁氧体粉末成分组成为56mol% Fe₂O₃、24mol% ZnO、20mol% Mn₃O₄和重量比为2.0wt%的添加剂。粘结剂由70％的石蜡、15％聚乙烯、5％聚丙烯、5%高密度聚乙烯5％的硬脂酸组成。铁氧体粉末与粘结剂混合，铁氧体粉末装载量为50vol％。在180℃下混炼0.5h，然后破碎成粒度为0.1mm~20mm的颗粒。在注射温度为130℃、注射压力为70MPa条件下注射到模具中，获得成形坯。将成形坯浸入40℃的正庚烷溶剂中脱脂8h，然后取出干燥。脱脂后，成形坯进行烧结，在不同烧结温度和时间获得温敏铁氧体。表6是不同烧结工艺制备的温敏铁氧体性能。图3和图4分别是样品22、25、24和26的XRD分析图和微观形貌图。

表6 不同烧结工艺制备的温敏铁氧体性能

样品	烧结温度/℃	烧结时间/h	磁导率	居里温度/℃
					22	1100	6	1320	37
23	1500	0.5	1455	43
					24	1300	3	1860	41
25	1200	3	1786	42
					26	1400	3	1809	40

Claims

1. 一种温敏铁氧体注射成形方法，其特征在于：温敏铁氧体粉末与粘结剂混炼、造粒制成喂料，通过粉末注射成形技术得到成形坯，再经溶剂脱脂、热脱脂和烧结获得温敏铁氧体材料，具体工艺步骤：

喂料制备：将温敏铁氧体粉末与粘结剂混合，铁氧体粉末装载量为45vol％～65vol％，在80℃~180℃下混炼0.5h~3h，然后破碎成颗粒；

注射成形：喂料在注射温度为90℃～180℃、注射压力为70MPa～100MPa条件下注射到模具中，获得成形坯；

脱脂：包括溶剂脱脂和热脱脂两个步骤，首先进行溶剂脱脂，将成形坯浸入20℃～60℃的正庚烷或者三氯乙烯溶剂中脱脂3h～12h，脱除粘结剂中可溶物质后取出干燥；将溶剂脱脂之后的成形坯进行热脱脂，以0.2℃/min~3℃/min的速度从室温升至450℃~800℃，将剩余粘结剂脱除；

烧结：烧结温度为1100℃～1500℃，烧结时间为0.5h～6h，获得温敏铁氧体材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：温敏铁氧体粉末主体成分组成以摩尔比计为：50%~60% Fe₂O₃、15%~30% ZnO、10%~25% Mn₃O₄和重量比为0.5%~2.5%的添加剂，所述添加剂由SiO₂、CaO、CuO、TiO₂、Co₂O₃、V₂O₅、Bi₂O₃、MoO₃一种或几种组成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述粘结剂是由重量比50％～80％的石蜡、5％～30％的聚乙烯、0％～15％聚丙烯、0~10%高密度聚乙烯和0％～8％的硬脂酸组成。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述正庚烷或者三氯乙烯溶剂为纯溶剂。