CN104193314A - 一种高磁导率软磁铁氧体材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高磁导率软磁铁氧体材料及其制备方法，该软磁铁氧体材料成分为：Fe₂O₃ 67.35～76.24wt％、NiO 5.1～6.34wt％、ZnO 9.25～12.53wt％、CuO 2.1～3.85wt％、Mn₃O₄ 7.25～9.35wt％、MoO₃ 0.05～0.43wt％、纳米SiO₂ 0.01～0.15wt％，采用氧化物法制备，在一定条件下烧结。烧结后制品具有较高的磁导率和较高的电阻率的特点，适应功率电感对软磁材料的要求。

Description

一种高磁导率软磁铁氧体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高磁导率软磁铁氧体材料及其制备方法。

背景技术

传统的MnZn铁氧体往往磁导率为2000及以上，但是电阻率较低(<10³Ω·m)；传统的NiZn铁氧体电阻率较高(≥10⁶Ω·m)，但是磁导率较低(一般小于2000)。

现在电子产品正向着小型化的方向发展，对软磁铁氧体材料性能提出了更高的要求。使用软磁铁氧体材料做成功率电感器，往往需要采用电镀工艺制作端电极，如果材料的电阻率太低，将无法正常制作端电极，如果材料的磁导率太低，将意味着增加铜线的圈数，从而导致器件的铜损增加。为对应功率电感的小型化的要求，开发对应高磁导率和高的电阻率的软磁铁氧体材料非常必要。

在国内已有一些相关高磁导率软磁铁氧体材料及其制备方法的专利，具体如下：

(1)公开号为CN1677579，公开日为2005.10.05，发明名称为“宽频锰锌系高磁导率软磁铁氧体材料”的中国专利公开了一种宽频的Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体材料及其制备方法。该软磁铁氧体材料包含50-55mol％的Fe₂O₃、20-30mol％的MnO和20-30mol％的ZnO，其初始磁导率μi≥10000，而且其截止频率fr≥400KHz。本发明的高磁导率软磁铁氧体材料价格便宜，可应用于制作滤波器、电感、数字变压器、扼流圈、互感器等。

(2)公开号为CN1858020，公开日为2006.11.08，发明名称为“宽温、低温度系数、高磁导率NiZn铁氧体材料及其制备方法”的中国专利公开了一种低温烧结NiZn铁氧体。主配方包括Fe₂O₃、NiO、ZnO、CuO，其克分子百分比为：Fe₂O₃ 40％～50％、NiO 5％～10％、ZnO 25％～40％、CuO5～15％，辅助成份为Cr₂O₃、MoO₃、WO₃、SnO₂、V₂O₅中的一种或组合。该材料烧结温度介于普通氧化工艺和低烧结温度工艺之间。这是一项节省能源、改进传统氧化物工艺一大突破。该材料具有磁导率高、比损耗低、特别是在宽温范围内具有低温度系数等特点。

(3)公开号为CN1861546，公开日为2006.11.15，发明名称为“高初始磁导率、低损耗NiZn铁氧体材料及其制备方法”的中国专利公开了一种高初始磁导率、低损耗的NiZn铁氧体及其制备方法，该铁氧体主成分以氧化物计算为：Fe₂O₃40～50mol％、NiO 10～18mol％、ZnO 30～38mol％、Mn₃O₄0～5mol％、CuO 0～10mol％，辅助成份V₂O₅为0～1wt％，Mo₂O₃为0～0.5wt％。本发明可制备出起始磁导率大于2500、比损耗小于20×10^-6(100kHz)、比温度系数小于4×10-6/℃(25～65℃)、居里温度大于100℃的高磁导率NiZn铁氧体材料。

(4)公开号为CN101259999，公开日为2008.09.10，发明名称为“高磁导率软磁铁氧体材料及其制造方法”的中国专利公开了一种软磁铁氧体材料与磁芯，尤其是指一种高磁导率软磁铁氧体材料及其制造方法。本发明高磁导率软磁铁氧体材料克服了以往超高μ材料有着高μ的同时，频率特性偏低，且居里温度也较低，因而其使用范围受到限制，本材料采用特殊的配方，使用特殊掺杂，且在有着平衡气氛的烧结环境中烧结，得到性能优良的铁氧体材料。本发明组份包括：Fe₂O₃在50-56mol％，MnO在23-27mol％，ZnO在20-26mol％，以及副成分；副成分为MoO₃在0.12wt％以下，Bi₂O₃在0.15wt％以下，Nb₂O₅在0.01-0.1wt％之间。

(5)公开号为CN103382110A，公开日为2013.11.06，发明名称为“一种Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体材料及其制备方法”的中国专利公开了一种Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体材料及其制备方法，其特征在于,主成分按摩尔份计包括：0.6-0.8molTeO₂、54-54.5molFe₂O₃、17-17.5molZnO、20-20.5molMnO、0.2-0.3molNa₂O、0.1-0.15molCuO，主成分中添加的改性杂质按照占所述Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体材料的重量计包括：450-480ppmAs₂O₅、210-230ppmLa₂O₃、420-450ppm二硼化锆、360-390ppm硼化钒、620-650ppmSiO₂、350-380ppmTeO₂、250-280ppm铁粉、450-480ppmSb₂O₃。本发明的高磁导率软磁铁氧体材料价格便宜,可应用于制作滤波器、电感、数字变压器、扼流圈、互感器等。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高磁导率软磁铁氧体材料及其制备方法，该材料具有较高的磁导率和较高的电阻率的特点，适应功率电感对软磁材料的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高磁导率软磁铁氧体材料，其成分以各自标准物计的含量如下：

Fe₂O₃ 67.35～76.24wt％、NiO 5.1～6.34wt％、ZnO9.25～12.53wt％、CuO 2.1～3.85wt％、Mn₃O₄ 7.25～9.35wt％、MoO₃0.05～0.43wt％、纳米SiO₂ 0.01～0.15wt％

所述Fe₂O₃、NiO、ZnO、CuO、Mn₃O₄和MoO₃的平均粒径为0.5～0.9μm，纳米SiO₂的平均粒径为60～100nm。

其成分以各自标准物计的含量优选为：Fe₂O₃ 72.33wt％、NiO5.65wt％、ZnO 10.75wt％、CuO 2.95wt％、Mn₃O₄ 8.05wt％、MoO₃0.2wt％、纳米SiO₂ 0.07wt％。

一种高磁导率软磁铁氧体材料制备方法，依次包括混合、喷雾干燥、预烧、粉碎、喷雾造粒、压制和烧结步骤，其中：

(1)混合：按成分配比配料后进行湿法混合，使用去离子水作为溶剂，混合时间为60～70分钟；

(2)喷雾干燥：将混合好的浆料在喷雾塔中进行干燥，喷雾塔进风温度控制在220±10℃，喷雾塔出风温度控制在110±10℃；

(3)预烧：将喷雾干燥后的材料在旋转炉中进行预烧，预烧温度控制在950±20℃，预烧时间为90～150分钟，预烧气氛为空气；

(4)粉碎：在上步预烧得到的预烧料进行湿法粉碎，使用去离子水作为溶剂，粉碎时间为160～180分钟，粉碎后料浆粒径控制在0.5～0.7μm；

(5)喷雾造粒：在上步的浆料中加入相当于材料重量的10～15％的PVA，在喷雾塔中进行干燥得到颗粒料，喷雾塔进风温度控制在220±10℃，喷雾塔出风温度控制在110±10℃；

(6)压制：将上步的颗粒料采用粉末成型机压制得到坯件，坯件的压制密度控制在(3.5±0.15)g/cm³；

(7)烧结：在箱式电阻炉中进行烧结，烧结温度控制在1230℃～1260℃，保温120～180分钟，烧结气氛为氮气，氧含量控制在1％～2％，烧结结束后随炉冷却至室温。

本发明的有益效果是：本发明采用合理的主配方，通过调整NiO、CuO、ZnO、Mn₃O₄的含量来调整NiCuZn铁氧体和MnZn铁氧体的生成量，从而调整调整材料的磁导率、居里温度和电阻率；通过加入纳米SiO₂增加晶界的厚度，进一步提高材料的电阻率；再加入一定量的MoO₃促进晶粒生长，从而得到较高的磁导率。该材料具有高磁导率和高电阻率的特点，适应功率电感的小型化的要求。

材料的性能指标如下：

(1)起始磁导率μ_i：3000(1±20％)，测试温度T＝25℃时；

(2)居里温度Tc：≥100℃；

(3)电阻率ρ：≥10⁵Ω·m。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的μ_i-T对比图。

具体实施方式

以下按照具体实施例说明本发明，但本发明不限定于这些实施例。

一种高磁导率软磁铁氧体材料，其成分以各自标准物计的含量如下：

Fe₂O₃ 67.35～76.24wt％、NiO 5.1～6.34wt％、ZnO9.25～12.53wt％、CuO 2.1～3.85wt％、Mn₃O₄ 7.25～9.35wt％、MoO₃0.05～0.43wt％、纳米SiO₂ 0.01～0.15wt％

作为优选的，所述Fe₂O₃、NiO、ZnO、CuO、Mn₃O₄和MoO₃的平均粒径为0.5～0.9μm，纳米SiO₂的平均粒径为60～100nm。

一种高磁导率软磁铁氧体材料制备方法，包括以下步骤：

(1)混合：按成分配比配料后进行湿法混合，使用去离子水作为溶剂，混合时间为60～70分钟；

(2)喷雾干燥：将混合好的浆料在喷雾塔中进行干燥，喷雾塔进风温度控制在220±10℃，喷雾塔出风温度控制在110±10℃；

(3)预烧：将喷雾干燥后的材料在旋转炉中进行预烧，预烧温度控制在950±20℃，预烧时间为90～150分钟，预烧气氛为空气；

(4)粉碎：在上步预烧得到的预烧料进行湿法粉碎，使用去离子水作为溶剂，粉碎时间为160～180分钟，粉碎后料浆粒径控制在0.5～0.7μm；

(5)喷雾造粒：在上步的浆料中加入相当于材料重量的10～15％的PVA，在喷雾塔中进行干燥得到颗粒料，喷雾塔进风温度控制在220±10℃，喷雾塔出风温度控制在110±10℃；

(6)压制：将上步的颗粒料采用粉末成型机压制得到坯件，坯件的压制密度控制在(3.5±0.15)g/cm³；

(7)烧结：在箱式电阻炉中进行烧结，烧结温度控制在1230℃～1260℃，保温120～180分钟，烧结气氛为氮气，氧含量控制在1％～2％，烧结结束后随炉冷却至室温。

通过以上工序制得所述磁环样品(T25×15×7.5)。

将烧结后的磁环分别进行测试和评价。在匝数N＝20Ts条件下，用HP-4285型LCR测试仪测试磁环样品的起始磁导率μ_i，配合高低温烘箱测试样品的居里温度Tc；用欧姆表测试样品的电阻率ρ。

表1实施例和对比例的成分配比

表2实施例和对比例的磁性能

注意:超过规格下限的附加“*”。

表1列出本发明的多个实施例与对比例的组成成分及重量比例，表2列出了实施例和对比例的性能及评价，从表2中可以看出，本发明的实施例和对比例相比较，在保证材料的磁导率的基础上，本发明有效地提高了材料的电阻率。如图1所示，实施例1的磁导率明显要高于对比例1，并且实施例1的居里温度明显高于对比例1，故本发明优选的成分以各自标准物计的含量为：Fe₂O₃ 72.33wt％、NiO 5.65wt％、ZnO 10.75wt％、CuO2.95wt％、Mn₃O₄ 8.05wt％、MoO₃ 0.2wt％、纳米SiO₂ 0.07wt％，材料中生成一定量的MnZn铁氧体应该是材料的磁导率较高的主要原因，加上高电阻率的NiZn铁氧体和纳米SiO₂，从而使本发明的材料获得较高的磁导率和电阻率。本发明的材料应该能够满足功率电感对软磁材料的磁导率和电阻率的要求。

材料的性能指标如下：

(1)起始磁导率μ_i：3000(1±20％)，测试温度T＝25℃时；

(2)居里温度Tc：≥100℃；

(3)电阻率ρ：≥10⁵Ω·m。

本发明所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明，相关技术领域的专家或技术人员可以对所描述的具体实施例做不同程度的修改，补充或者用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种高磁导率软磁铁氧体材料，其特征在于：其成分以各自标准物计的含量如下：

Fe₂O₃ 67.35～76.24wt％、NiO 5.1～6.34wt％、ZnO9.25～12.53wt％、CuO 2.1～3.85wt％、Mn₃O₄ 7.25～9.35wt％、MoO₃0.05～0.43wt％、纳米SiO₂ 0.01～0.15wt％

2.根据权利要求1所述的一种高磁导率软磁铁氧体材料，其特征在于：所述Fe₂O₃、NiO、ZnO、CuO、Mn₃O₄和MoO₃的平均粒径为0.5～0.9μm，纳米SiO₂的平均粒径为60～100nm。

3.根据权利要求1所述的一种高磁导率软磁铁氧体材料，其特征在于：其成分以各自标准物计的含量为：Fe₂O₃ 72.33wt％、NiO5.65wt％、ZnO 10.75wt％、CuO 2.95wt％、Mn₃O₄ 8.05wt％、MoO₃ 0.2wt％、纳米SiO₂ 0.07wt％。

4.一种如权利要求1～3任意一项所述的高磁导率软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于：依次包括混合、喷雾干燥、预烧、粉碎、喷雾造粒、压制和烧结步骤，其中：

(1)混合：按成分配比配料后进行湿法混合，使用去离子水作为溶剂，混合时间为60～70分钟；

(2)喷雾干燥：将混合好的浆料在喷雾塔中进行干燥，喷雾塔进风温度控制在220±10℃，喷雾塔出风温度控制在110±10℃；

(3)预烧：将喷雾干燥后的材料在旋转炉中进行预烧，预烧温度控制在950±20℃，预烧时间为90～150分钟，预烧气氛为空气；

(4)粉碎：在上步预烧得到的预烧料进行湿法粉碎，使用去离子水作为溶剂，粉碎时间为160～180分钟，粉碎后料浆粒径控制在0.5～0.7μm；

(5)喷雾造粒：在上步的浆料中加入相当于材料重量的10～15％的PVA，在喷雾塔中进行干燥得到颗粒料，喷雾塔进风温度控制在220±10℃，喷雾塔出风温度控制在110±10℃；

(6)压制：将上步的颗粒料采用粉末成型机压制得到坯件，坯件的压制密度控制在(3.5±0.15)g/cm³；

(7)烧结：在箱式电阻炉中进行烧结，烧结温度控制在1230℃～1260℃，保温120～180分钟，烧结气氛为氮气，氧含量控制在1％～2％，烧结结束后随炉冷却至室温。