CN103848620B - 一种LiMnZn铁氧体材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LiMnZn铁氧体材料及其制备方法，该材料由主成分和副成分组成，其中主成分用化学式表示为：Li_0.5xMn_yZn_1-x-yFe_2+0.5xO₄，其中x＝0.2～0.6，y＝0.3～0.5；副成分为SiO₂、ZrO₂、Bi₂O₃中的一种或几种，副成分的含量按主成分总重量计为：SiO₂ 50～1000ppm、ZrO₂50～500ppm、Bi₂O₃ 20～1000ppm。本发明较好地实现了饱和磁感应强度、电阻率和居里温度等性能参数的匹配，可以大幅度降低该材料在微波器件应用中的涡流损耗，实现器件的小型化，拓宽材料的使用温度范围。本发明采用固态反应法进行铁氧体粉体的合成，然后采用常规压制-烧结法制备铁氧体块体材料，通过成形剂的选择、压制工艺、成形剂脱出工艺和烧结工艺的优化来制备具有高饱和磁通密度和高电阻率的铁氧体材料，操作简单，制备成本低廉，容易实现工业化生产。

Description

一种LiMnZn铁氧体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具备较高的饱和磁感应强度、电阻率、居里温度以及较低损耗的LiMnZn铁氧体材料及其制备方法，属于尖晶石(S)型铁氧体软磁材料领域。

背景技术

软磁铁氧体广泛用于微波器件领域作为能量存储和转换用材料。微波器件的小型化、高速化、高输出功率要求铁氧体器件能够在大电流下仍然正常工作。由于磁性元件本身产生的热量以及高工作温度环境，使得铁氧体材料的工作温度常常很高，这就要求铁氧体材料在这一高温范围内不但损耗低，而且饱和磁通密度(Bs)高，以实现磁性元件在较高温度范围的小型化和高效化。

为了保证铁氧体材料在较高温度条件下具有高的Bs，首先要求材料的室温Bs要很高，其次材料应具有较高的居里温度，以避免Bs随温度升高而显著下降。为了保证铁氧体材料具备较低的涡流损耗，要求材料的电阻率要很高。目前研究人员针对MnZn铁氧体饱和磁通密度的提高进行了大量的研究工作，也取得了一定的研究成果，但该材料的损耗特性以及温度敏感性还没有得到很好的解决。本发明通过添加锂元素来改善锰锌铁氧体的性能，开发一种具备较高的饱和磁感应强度、电阻率、居里温度以及较低损耗的LiMnZn铁氧体材料，并阐述了该材料的制备方法。

发明内容

针对以上现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供LiMnZn铁氧体材料，该材料具备较高的饱和磁感应强度、电阻率、居里温度以及较低损耗。

本发明的另一目的在于提供一种所述LiMnZn铁氧体材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种LiMnZn铁氧体材料，该材料由主成分和副成分组成，其中主成分用化学式表示为：Li_0.5xMn_yZn_1-x-yFe_2+0.5xO₄，其中x＝0.2～0.6，y＝0.3～0.5；按主成分总重量计副成分为：SiO₂ 50～1000ppm、ZrO₂ 50～500ppm、Bi₂O₃ 20～1000ppm。

所述铁氧体材料在室温和100℃条件下的饱和磁通密度分别高于520mT和440mT，居里温度在175℃以上，电阻率大于10³Ω·cm。

一种所述LiMnZn铁氧体材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)配料

将分析纯的Fe₂O₃、Li₂CO₃、ZnO和MnO粉末进行湿磨混合，湿磨介质为酒精和氧化锆球，然后将混合粉末烘干并用200目筛网筛分；

(2)预烧

将筛分后的粉末放入气氛烧结炉中于900℃～1000℃预烧结1～3h，烧结气氛为氮气；

(3)二次球磨

向步骤(2)所得粉末按所述比例添加1～2种所述副成分，进行第二次球磨，球磨时间为3～5h，球磨后粉末再次用200目筛网进行筛分。

(4)成形剂添加

采用4～8wt％聚乙烯醇水溶液作为成形剂，按铁氧体粉∶成型剂＝100∶7的比例，研磨均匀；

(5)造粒

混合料在滚筒式造粒机内处理2～3h，以提高混合料的流动性和压坯的均匀性；

(6)压制成型

将造粒后的粉料放入冷压模具中压制成外径为45mm，内径为36mm，高为10mm的环形样品；

(7)成形剂脱出和烧结

在惰性气氛中以低于1℃/分钟的速度升温至550～750℃，保温5～8h将成形剂脱出，然后继续升温至1050℃～1250℃，保温2～8h，冷却至200℃以下出炉。

本发明的优点在于：

本发明通过对Li_0.5xMn_yZn_1-x-yFe_2+0.5xO₄铁氧体材料主成分和副成分的调整，较好地实现了饱和磁感应强度、电阻率和居里温度等性能参数的匹配，可以大幅度降低该材料在微波器件应用中的涡流损耗，实现器件的小型化，拓宽材料的使用温度范围。

本发明采用固态反应法制备该铁氧体材料，操作简单，制备成本低廉，可以大批量的制备铁氧体材料，容易实现工业化生产。通过对相关制备工艺的调整，可以保证材料具有较高的致密度，提高材料的整体性能。

具体实施方式

以下通过具体实例对本发明作进一步详细描述，但所列举的实例并不用于限制本发明。

实施例1

采用Li_0.1Mn_0.4Zn_0.4Fe_2.1O₄的分子配比进行配料，称取Fe₂O₃粉360.91g、Li₂CO₃粉7.95g、ZnO粉70.06g和MnO粉61.07g进行湿磨混合，然后将混合粉末烘干并用200目筛网筛分。将筛分后的粉末放入氮气气氛烧结炉中于900℃预烧2h。向所得粉末添加0.1g SiO₂粉末和0.5g Bi₂O₃粉末进行第二次球磨，球磨时间为3h，球磨后粉末再次用200目筛网进行筛分。采用7wt％PVA水溶液作为成形剂，按铁氧体粉∶成型剂＝100∶7的比例，研磨均匀，混合料在滚筒式造粒机内处理2h进行造粒处理。将造粒后的粉料放入冷压模具中压制成外径45mm，内径36mm，高10mm的环形样品。在氮气气氛中以低于1℃/分钟的速度升温至650℃，保温5h将成形剂脱出。然后继续升温至1050℃，保温3h，然后冷却至200℃以下出炉。烧结样品的密度为4.792g/cm³，在室温和100℃条件下的Bs分别为525mT和450mT，材料的居里温度为185℃±5℃，材料的电阻率大于10³Ω·cm。

实施例2

采用Li_0.2Mn_0.4Zn_0.2Fe_2.2O₄的分子配比进行配料，称取Fe₂O₃粉385.73g、Li₂CO₃粉16.22g、ZnO粉35.74g和MnO粉62.31g进行湿磨混合，然后将混合粉末烘干并用200目筛网筛分。将筛分后的粉末放入氮气气氛烧结炉中于950℃预烧3h。向所得粉末添加0.05g SiO₂粉末和0.3g Bi₂O₃粉末进行第二次球磨，球磨时间为3h，球磨后粉末再次用200目筛网进行筛分。采用8wt％PVA水溶液作为成形剂，按铁氧体粉∶成型剂＝100∶7的比例，研磨均匀，混合料在滚筒式造粒机内处理2h进行造粒处理。将造粒后的粉料放入冷压模具中压制成外径45mm，内径36mm，高10mm的环形样品。在氮气气氛中以低于1℃/分钟的速度升温至700℃，保温6h将成形剂脱出。然后继续升温至1100℃，保温4h，然后冷却至200℃以下出炉。烧结样品的密度为4.786g/cm³，在室温和100℃条件下的Bs分别为550mT和460mT，材料的居里温度为175℃±5℃，材料的电阻率大于10³Ω·cm。

Claims (5)

1.一种LiMnZn铁氧体材料，其特征在于，该材料由主成分和副成分组成，其中主成分用化学式表示为：Li_0.5xMn_yZn_1-x-yFe_2+0.5xO₄，其中x＝0.2～0.6，y＝0.3～0.5；副成分为SiO₂、ZrO₂、Bi₂O₃中的一种或几种，副成分的含量按主成分总重量计为：SiO₂ 50～1000ppm、ZrO₂ 50～500ppm、Bi₂O₃ 20～1000ppm。

2.根据权利要求1所述的LiMnZn铁氧体材料，其特征在于，所述铁氧体材料在室温和100℃条件下的饱和磁通密度分别高于520mT和440mT。

3.根据权利要求1所述的一种LiMnZn铁氧体材料，其特征在于，所述铁氧体材料的居里温度在175℃以上。

4.根据权利要求1所述的一种LiMnZn铁氧体材料，其特征在于，所述铁氧体材料的电阻率大于10³Ω·cm。

5.一种权利要求1所述的LiMnZn铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配料

将分析纯的Fe₂O₃、Li₂CO₃、ZnO和MnO粉末进行湿磨混合，湿磨介质为酒精和氧化锆球，然后将混合粉末烘干并用200目筛网筛分；

(2)预烧

将筛分后的粉末放入气氛烧结炉中于900℃～1000℃预烧结1～3h，烧结气氛为氮气；

(3)二次球磨

向步骤(2)所得粉末中按所述比例添加1～2种所述副成分，进行第二次球磨，球磨时间为3～5h，球磨后粉末再次用200目筛网进行筛分 ；

(4)成型剂添加

采用4～8wt％聚乙烯醇水溶液作为成型剂，按铁氧体粉∶成型剂＝100∶7的比例，研磨均匀；

(5)造粒

混合料在滚筒式造粒机内处理2～3h，以提高混合料的流动性和压坯的均匀性；

(6)压制成型

将造粒后的粉料放入冷压模具中压制成外径为45mm，内径为36mm，高为10mm的环形样品；

(7)成形剂脱出和烧结

在惰性气氛中以低于1℃/分钟的速度升温至550～750℃，保温5～8h将成形剂脱出，然后继续升温至1050℃～1250℃，保温2～8h，冷却至200℃以下出炉。