CN103693951A

CN103693951A - 一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料及其制备方法

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Publication number: CN103693951A
Application number: CN201310391289.XA
Authority: CN
Inventors: 吕飞雨; 张小杭
Original assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Current assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: CN103693951B

Abstract

本发明公开了一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料及其制备方法，其组分包括主成分和辅助成分，主成分以摩尔百分比计算由43.5～44.5mol%的Fe₂O₃，53～56mol%的MnO和2～3mol%的ZnO组成，辅助成分包括CaCO₃，Nb₂O₅，MgO和V₂O₅。本发明克服了一般锰锌铁氧体电阻率小，无法在高频领域作为抗EMI材料的缺点，相比于镍锌铁氧体，对环境污染小，成本低，可以代替镍锌铁氧体作为在高频领域的抗EMI材料。

Description

一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铁氧体材料及其制备方法，尤其涉及一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料及其制备方法。

背景技术

随着各种电子设备、电视网络、程控交换机、移动通信机以及办公自动化的日益普及，电磁干扰也日益成为了人们担忧的一大环境污染。电磁干扰简称EMI，随着许多电子产品趋向高速、宽带、高灵敏度、高密集度和小型化和高频化方向发展，其危害性越来越大。软磁铁氧体材料属于磁介质型吸波材料，利用软磁铁氧体元器件，减小导体的电磁波干扰，已经成为抑制电磁波干扰的重要途径。

目前，抗EMI的软磁铁氧体材料多采用镍锌系铁氧体，特别是在高频领域。而抗EMI的锰锌铁氧体材料的发展和应用远不及镍锌系铁氧体，大多在低频1MHz以下应用。一般的锰锌铁氧体电阻率小，难以在高频领域作为抗EMI材料。但是镍锌铁氧体材料含镍、镉、钴等金属元素，不仅对环境污染严重，而且成本较高。

如中国专利授权公告号：CN101381226，授权公告日2009年03月11日的专利文件中，公开了一种锰锌铁氧体，包含主成分和副成分，主成分由52.0~59.0mol%的Fe₂O₃、4.0~10mol%的ZnO、剩余为MnO组成；副成分为SiO₂、CaO、Nb₂O₅、MgO和CoO。该锰锌铁氧体适用于换电变压器等磁芯，可以在100kHz~1MHz的广阔频率带中兼顾低损失以及饱和高磁通密度、高磁导率。但是该铁氧体材料用于抗EMI领域，特别是超过1MHz的高频领域，其电阻率小，阻抗低，无法适用。

发明内容

本发明是为了克服一般锰锌铁氧体电阻率小，无法在高频领域作为抗EMI材料，而使用镍锌铁氧体对环境污染严重，并且成本较高的缺点，提供了一种可以在高频领域代替镍锌铁氧体，同时成本低廉、对环境污染相对较小的锰锌铁氧体材料。本发明还提供了一种该锰锌铁氧体材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料，其组分包括主成分和辅助成分，所述主成分以摩尔百分比计算由43.5～44.5mol%的Fe₂O₃，53～56mol%的MnO和2～3mol%的ZnO组成，所述辅助成分包括CaCO₃，Nb₂O₅，MgO和V₂O₅，辅助成分的含量以主成分的总重量计：CaCO₃: 0.05～0.15wt％，Nb₂O₅: 0.01～0.04wt%，MgO: 0.05～0.2wt%，V₂O₅: 0.01～0.05wt%。

一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料的制备方法，其步骤包括：

1）按比例称取主成分原料，然后加入去离子水或蒸馏水放入砂磨机中进行砂磨，砂磨的时间为30～60分钟，得到料浆；

2）将料浆进行喷雾造粒，制得颗粒；

3）将上述颗粒料进行预烧，预烧温度为850℃～1050℃，预烧时间为4～8小时；

4）在上述预烧后得到的物料中加入按比例称好的辅助成分，然后加入去离子水或蒸馏水放入砂磨机中进行二次砂磨，二次砂磨时间为2～3小时；

5）将上述的二次砂磨料加入PVA粘结剂，进行喷雾造粒，制成粒径为50～200μm的颗粒，然后加压成型为坯件；

6）将上述成型后的坯件在1250℃～1320℃的温度下进行烧结，烧结过程是在氧气和氮气的混合气体环境下进行，烧结后得到铁氧体材料。

作为优选，步骤6）中烧结分为升温阶段、保温阶段和降温阶段，将温度提升至1250℃～1320℃的过程为升温阶段，将温度保持在1250℃～1320℃的过程为保温阶段，之后降温的过程为降温阶段。

作为优选，保温阶段的氧分压的范围为：2～6％，保温时间为5～8小时。保温阶段为烧结主要阶段。一般将保温时间也叫烧结时间。保温阶段的温度保持一定的时间，其对铁氧体电磁性能影响较大，其间坯件收缩至最终尺寸，晶粒逐步增大，必须根据粉料特性及坯件的状况合理地选择烧结温度和保温时间。烧结温度太高或保温时间过长会使铁氧体内金属离子脱氧，增加晶粒的不均匀性，晶界变得模糊或消失，使产品的电磁性能下降；而烧结温度太低或保温时间太短，则固相反应不完全，晶粒生长不好，气孔多，产品性能下降。

作为优选，升温阶段又分为排胶区和致密化区，其中室温至500℃为排胶区，其它为致密化区。

作为优选，致密化区的的氧分压范围为：0.005～0.01％，致密化区的升温速率控制在0.5～3℃/分钟。

排胶区主要是坯件内的水份蒸发和粘合剂的挥发过程，需缓缓升温，以避免水份和粘合剂的急剧挥发引起坯件开裂。致密化区中坯件逐渐收缩，坯件颗粒间发生固相反应,形成晶粒。此时升温速度可快些。所以分为两个区处理。

铁氧体制成的磁环的阻抗和它本身的电阻率成正比。镍锌系铁氧体有低的磁导率和高的电阻率，PHILIPS公司研制的4S2型镍锌铁氧体的电阻率一般能达到10⁵Ω·m。但是镍锌铁氧体材料含镍、镉、钴等金属元素，对环境污染严重。而且这些贵金属价格昂贵，成本较高。相比于镍锌铁氧体材料，锰锌系的铁氧体不含以上对环境污染的金属元素。通常的锰锌系铁氧体电阻率较低，电阻率在10Ω·m以下，限制了它在高频领域作为抗EMI材料的应用。本发明制成的锰锌铁氧体的电阻率高达10³~10⁵Ω·m，为其在高频领域替代镍锌铁氧体作为抗EMI材料提供给了可能。同时，本发明制成的锰锌铁氧体还具有较高的饱和磁通密度，25℃下，其值为300~400mT。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1：

以Fe₂O₃ 44mol%，MnO53.5mol%和ZnO 2.5mol%为主成分含量称取原材料，加入去离子水放入砂磨机中进行砂磨，砂磨的时间为40分钟，得到料浆。其次，将料浆进行喷雾造粒，制备成颗粒料。第三，将上述颗粒料在回转窑进行预烧，预烧温度为950℃，预烧时间为7小时。第四，在上述预烧料中加入按比例称好的辅助成分原料，按主成分总重量计：CaCO₃0.1wt％、Nb₂O₅ 0.02wt%、MgO 0.12wt%和V₂O₅ 0.03wt%，然后将混合物加入去离子水后放入砂磨机中进行二次砂磨，二次砂磨时间为2小时，得到固体颗粒平均粒径为1.0～1.1μm的二次砂磨料。第五，在上述的二次砂磨料中加入重量比为20:1的PVA和消泡剂正辛醇后，进行喷雾造粒，制成粒径为60μm的颗粒；然后加压成型为H25×15×8的坯件。第六，将上述成型后的坯件进行烧结，烧结温度为1300±10℃，烧结过程是在氧气和氮气的混合气体环境下进行。烧结分为升温阶段、保温阶段和降温阶段。将温度提升至烧结温度的过程为升温阶段，将温度保持在烧结温度的过程为保温阶段，之后降温的过程为降温阶段。首先升温至500℃，为升温阶段的排胶区，排除坯件内的水份和粘合剂。然后升温至1300℃，此为致密化区，控制致密化区的氧分压的范围为：0.008％，致密化区升温速率在3℃/分钟。在保温阶段控制温度在1300±10℃，保温时间为5小时，保温阶段氧分压为5%。最后进行降温，制得铁氧体材料。

制得的锰锌铁氧体材料用RM-220电阻率仪测试电阻率为10⁴Ω·m。

制得的锰锌铁氧体材料通过X荧光分析仪，检测铁氧体的最终组成与设计组成是否一致。组成检测无误后，用该铁氧体材料制成5mm×2mm×10mm规格的磁环，用IWATSU-4291B阻抗分析仪在25℃，30MHz、100MHz、300MHz三种条件下测试铁氧体的阻抗。30MHz，阻抗|Z|为33Ω；100MHz，阻抗|Z|为69Ω；300MHz，阻抗|Z|为125Ω。

相比于镍锌铁氧体和普通锰锌铁氧体材料：

Figure 201310391289X100002DEST_PATH_IMAGE002

Figure 201310391289X100002DEST_PATH_IMAGE004

由表1、表2可以看出，实施例1制得的锰锌铁氧体电阻率较普通铁氧体高，能媲美镍锌系铁氧体。而且在30MHz以上高频领域，其阻抗值也比较较高，阻抗值与镍锌系铁氧体接近，可以作为高频领域的抗EMI的软磁铁氧体材料。

实施例1制得的锰锌铁氧体同时具有较高的饱和磁通密度。用IWATSU-8258交流B-H分析仪在25℃、50Hz、1194A/m条件下测试铁氧体的饱和磁通密度为362mT。

实施例2：

与实施例1的不同之处是以Fe₂O₃ 43.5mol%，MnO53.5mol%和ZnO 3mol%为主成分含量。

制得的锰锌铁氧体材料通过X荧光分析仪，检测铁氧体的最终组成与设计组成是否一致。组成检测无误后，用该铁氧体材料制成5mm×2mm×10mm规格的磁环，用IWATSU-4291B阻抗分析仪在25℃，30MHz、100MHz、300MHz三种条件下测试铁氧体的阻抗。30MHz，阻抗|Z|为31Ω；100MHz，阻抗|Z|为65Ω；300MHz，阻抗|Z|为118Ω。

实施例3：

与实施例1的不同之处是以Fe₂O₃ 44.5mol%，MnO53.3mol%和ZnO 2.2mol%为主成分含量。

制得的锰锌铁氧体材料通过X荧光分析仪，检测铁氧体的最终组成与设计组成是否一致。组成检测无误后，用该铁氧体材料制成5mm×2mm×10mm规格的磁环，用IWATSU-4291B阻抗分析仪在25℃，30MHz、100MHz、300MHz三种条件下测试铁氧体的阻抗。30MHz，阻抗|Z|为35Ω；100MHz，阻抗|Z|为75Ω；300MHz，阻抗|Z|为129Ω。

实施例4：

与实施例1的不同之处是辅助成分原料，按主成分总重量计：CaCO₃0.05wt％、Nb₂O₅ 0.04wt%、MgO 0.08wt%和V₂O₅ 0.04wt%。

制得的锰锌铁氧体材料通过X荧光分析仪，检测铁氧体的最终组成与设计组成是否一致。组成检测无误后，用该铁氧体材料制成5mm×2mm×10mm规格的磁环，用IWATSU-4291B阻抗分析仪在25℃，30MHz、100MHz、300MHz三种条件下测试铁氧体的阻抗。30MHz，阻抗|Z|为30Ω；100MHz，阻抗|Z|为65Ω；300MHz，阻抗|Z|为112Ω。

实施例5：

与实施例1的不同之处是辅助成分原料，按主成分总重量计：CaCO₃0.15wt％、Nb₂O₅ 0.04wt%、MgO 0.16wt%和V₂O₅ 0.02wt%。

制得的锰锌铁氧体材料通过X荧光分析仪，检测铁氧体的最终组成与设计组成是否一致。组成检测无误后，用该铁氧体材料制成5mm×2mm×10mm规格的磁环，用IWATSU-4291B阻抗分析仪在25℃，30MHz、100MHz、300MHz三种条件下测试铁氧体的阻抗。30MHz，阻抗|Z|为33Ω；100MHz，阻抗|Z|为72Ω；300MHz，阻抗|Z|为113Ω。

对比例1：

与实施例1的不同之处是以Fe₂O₃ 42mol%，MnO53 mol%和ZnO 5mol%为主成分含量。

制得的锰锌铁氧体材料通过X荧光分析仪，检测铁氧体的最终组成与设计组成是否一致。组成检测无误后，用该铁氧体材料制成5mm×2mm×10mm规格的磁环，用IWATSU-4291B阻抗分析仪在25℃，30MHz、100MHz、300MHz三种条件下测试铁氧体的阻抗。30MHz，阻抗|Z|为18Ω；100MHz，阻抗|Z|为45Ω；300MHz，阻抗|Z|为86Ω。

对比例2：

与实施例1的不同之处是以Fe₂O₃47mol%，MnO51.5 mol%和ZnO 1.5mol%为主成分含量。

制得的锰锌铁氧体材料通过X荧光分析仪，检测铁氧体的最终组成与设计组成是否一致。组成检测无误后，用该铁氧体材料制成5mm×2mm×10mm规格的磁环，用IWATSU-4291B阻抗分析仪在25℃，30MHz、100MHz、300MHz三种条件下测试铁氧体的阻抗。30MHz，阻抗|Z|为20Ω；100MHz，阻抗|Z|为58Ω；300MHz，阻抗|Z|为95Ω。

对比例3：

与实施例1的不同之处是辅助成分原料，按主成分总重量计：CaCO₃0.02wt％、Nb₂O₅ 0.04wt%、MgO 0.02wt%和V₂O₅ 0.01wt%。

制得的锰锌铁氧体材料通过X荧光分析仪，检测铁氧体的最终组成与设计组成是否一致。组成检测无误后，用该铁氧体材料制成5mm×2mm×10mm规格的磁环，用IWATSU-4291B阻抗分析仪在25℃，30MHz、100MHz、300MHz三种条件下测试铁氧体的阻抗。30MHz，阻抗|Z|为20Ω；100MHz，阻抗|Z|为62Ω；300MHz，阻抗|Z|为90Ω。

Figure 201310391289X100002DEST_PATH_IMAGE006

通过表3，可以清楚的看到，实施例制得的锰锌铁氧体的阻抗：检测频率为30MHz时，阻抗值≥30Ω；检测频率为100MHz时，阻抗值≥60Ω；检测频率为300MHz时，阻抗值≥100Ω。均要超出偏离本发明配方比例的对比例。

Claims

1.一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料，其特征在于，其组分包括主成分和辅助成分，所述主成分以摩尔百分比计算由43.5～44.5mol%的Fe₂O₃，53～56mol%的MnO和2～3mol%的ZnO组成，所述辅助成分包括CaCO₃，Nb₂O₅，MgO和V₂O₅，辅助成分的含量以主成分的总重量计：CaCO₃: 0.05～0.15wt％，Nb₂O₅: 0.01～0.04wt%，MgO: 0.05～0.2wt%，V₂O₅: 0.01～0.05wt%。

2.一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于，其步骤包括：

2）将料浆进行喷雾造粒，制得颗粒；

3.根据权利要求2所述的一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于，步骤6）中烧结分为升温阶段、保温阶段和降温阶段，将温度提升至1250℃～1320℃的过程为升温阶段，将温度保持在1250℃～1320℃的过程为保温阶段，之后降温的过程为降温阶段。

4.根据权利要求3所述的一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于，保温阶段的氧分压的范围为：2～6％，保温时间为5～8小时。

5.根据权利要求3或4所述的一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于，升温阶段又分为排胶区和致密化区，其中室温至500℃为排胶区，其它为致密化区。

6.根据权利要求5所述的一种抗电磁干扰的锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于，致密化区的的氧分压范围为：0.005～0.01％，致密化区的升温速率控制在0.5～3℃/分钟。