CN104446413B - 一种热敏传感器用铁氧体材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热敏传感器用铁氧体材料,以重量百分比计,其主要包括16%‑25% ZnO、5%‑8% MgO、3%‑7% CuO、1%‑3% NiO、0.008%‑0.01% Al2O3、0.008%‑0.02% Nb2O5和0.003%‑0.01% Bi2O3和余量的Fe2O3。该热敏传感器用铁氧体材料主要经过称量混合、振磨、造球、预烧、砂磨、喷雾造粒等步骤制成。采用上述组分及制备方法后,能使热敏传感器用铁氧体材料的晶粒细小均匀,初始磁导率增加,烧结温度降低,磁心烧结密度增加,居里温度的范围变窄。能抑制氧化锌的挥发,比温度系数增加,磁导率温度变化的最大斜率高,控温精确度高。振磨能破碎混合粉中的大颗粒及团聚的粉料,使加胶及混合均匀。

Description

一种热敏传感器用铁氧体材料
技术领域
本发明涉及一种铁氧体材料,特别是一种热敏传感器用铁氧体材料。
背景技术
热敏传感器是一类用来检测热学量(主要是温度)和实现与热过程相关的过程控制的传感器。热敏传感器除了具有检测温度等热学量的功能外,也被经常用来帮助实现与热过程相关的自动控制。 热敏传感器是温度传感器中的一种,虽然目前,温度传感器的种类繁多,但现在还是普遍认为,热敏传感器是最为有市场、最有潜能和最有发展前景的产品。
2012年2月22日公开的第201110174152.X号中国发明专利,其发明创造的名称为“一种软磁铁氧体热敏磁芯及其制造方法”。该专利中,软磁铁氧体热敏磁芯的成分组成(重量百分比) 含有ZnO 15%~ 20%、MgO 5%~ 8%、CuO 5%~ 10%、Bi2O3 0.001%~0.2%,其余为Fe2O3 以及不可避免的杂质,并采用下述方法制备:它是将含有ZnO15%~20%、MgO 5%~ 8%、CuO 5%~ 10%、其余为Fe2O3 以及不可避免的杂质经配料混合;轧片;预烧;一次砂磨,二次砂磨;喷雾造粒;压制成形;烧结;研磨抛光成磁芯。
上述专利申请中,由于添加了微量的添加剂Bi2O3 成分,故使得软磁铁氧体热敏磁芯的烧结温度降低,居里温度的范围变窄,故当该软磁铁氧体热敏磁芯作为热敏传感器使用时,该热敏传感器的控温范围小,温度调节较为精确。
然而,上述专利申请,也仍然存在着如下不足:
1. 当Bi2O3含量大于0.01%时,也将会使软磁铁氧体热敏磁芯的初始磁导率下降,密度下降,磁心变脆、易碎。
2. 居里温度的波动范围虽然变小,但在居里温度点时,磁导率温度变化的最大斜率仍然偏小,如仅在100-200/℃,故控温的精确度仍然偏低。
3. 烧结时,ZnO挥发严重,软磁铁氧体热敏磁材料对频率的适用范围窄;
4. 该申请中,软磁铁氧体热敏磁粉在配料混合加入PVA后,直接进行了轧片及预烧,PVA直接加入在原料干粉之中,容易使干粉团聚,从而造成加胶不均匀,加胶少的粉料或未加入胶水的干粉,在轧片机中将难以形成片料,成型压力不仅不能降低,还使得干粉被辊压的更细,细粉量增加,一方面会使烧结窑炉粘壁严重;另一方面,也会使最终粉料成品的合格率大大降低。
2003年3月12日公开的申请号为02136872.4的中国发明专利,其发明创造的名称为“热敏锰锌铁氧体系列材料的制备方法”。该热敏锰锌铁氧体系列材料经过了配料、加水混合、预烧、粉粹、成型和烧结等步骤,由上述步骤制得的热敏锰锌铁氧体系列材料,磁导率温度变化的最大斜率能大于137/℃。由于此专利申请中采用了加水混合,也即湿混工艺,能使粉料混合较为均匀,然而,混合后的粉料直接进行了预烧,混合后的粉料仍然是粉状,预烧温度高,预烧后的粉料的磁性能较低,如磁导率温度变化的最大斜率仅在137/℃,密度也仅在4.5g/cm3左右,烧结后磁心仍然脆和易碎。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,而提供一种热敏传感器用铁氧体材料,该热敏传感器用铁氧体材料磁导率温度变化的最大斜率高,控温精确度高。
另外,本申请还提供一种热敏传感器用铁氧体材料,该热敏传感器用铁氧体材料能使烧结密度达到4.7g/cm3左右,故烧结后磁心强度高,不易碎。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种热敏传感器用铁氧体材料,其主要包括Fe2O3、ZnO、MgO、CuO、NiO、Al2O3、Nb2O5和Bi2O3,其中,以重量百分比计,各组分含量分别如下:
ZnO 16%-25%,
MgO 5%-8%;
CuO 3%-7%;
NiO 1%-3%;
Al2O3 0.008%-0.01%;
Nb2O5 0.008%-0.02%;
Bi2O3 0.003%-0.01%;
Fe2O3 余量。
上述热敏传感器用铁氧体材料经过以下步骤制成:
第一步,称量混合:将Fe2O3、ZnO、MgO、NiO和CuO粉末按照配比,称取重量,称量时,先称取1/3-1/2重量的Fe2O3放入搅拌机内,再依次称取ZnO、MgO、NiO和CuO以及剩余的Fe2O3粉末加入搅拌机内;然后加入粉料重量6%-8%的PVA溶液,混合均匀。
第二步,振磨:将第一步混合均匀的混合料,加入振磨机内振磨5-10分钟。
第三步,造球:将第二步振磨完成的振磨料,加入造球机内进行造球。
第四步,预烧:将第三步造球完成的粉料,送入预烧回转窑内,在880-920℃时进行预烧;
第五步,砂磨:将第四步预烧完成的粉料和去离子水,加入砂磨机内,以重量百分比计,砂磨机内总加入粉料的重量百分比为60-65%,然后按照比例加入Al2O3、Nb2O5、Bi2O3粉末,并加入6-8%的PVA溶液,砂磨9-12小时。
第六步,喷雾造粒。
所述第三步中,造球后,粉料粒径在4-6mm。
所述第三步中,造球后,粉料的含水量在2-10%。
所述第四步中预烧温度为890-910℃。
所述第五步中,先在砂磨机内加入1/3-1/2重量的去离子水,再依次加入第四步预烧完成的粉料和余量的去离子水。
本发明采用上述组分及制备方法后,具有如下有益效果:
1.NiO、Nb2O5及Bi2O3的加入,能使热敏传感器用铁氧体材料的晶粒细小均匀,初始磁导率增加,烧结温度降低,磁心烧结密度增加,居里温度的范围变窄。
2.Al2O3、Nb2O5和NiO的加入,能抑制氧化锌的挥发,比温度系数增加,磁导率温度变化的最大斜率高,控温精确度高。
3.热敏传感器用铁氧体材料制备时,称量混合后,采用了振磨及造球的工艺,振磨能破碎Fe2O3、ZnO、MgO、NiO和CuO等混合粉中的大颗粒及团聚的粉料,使加胶及混合均匀。造球能使得混合粉料形成颗粒状粉料,球状粉料预烧更为充分,热敏传感器用铁氧体材料的磁性能得以充分体现。
具体实施方式
下面就具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种热敏传感器用铁氧体材料,其主要包括Fe2O3、ZnO、MgO、CuO、NiO、Al2O3、Nb2O5和Bi2O3,其中,以重量百分比计,各组分含量分别如下:
ZnO 16%,
MgO 5%;
CuO 3%;
NiO 1%;
Al2O3 0.008%;
Nb2O5 0.008%;
Bi2O3 0.003%;
Fe2O3 余量。
上述热敏传感器用铁氧体材料经过以下步骤制成:
第一步,称量混合:将Fe2O3、ZnO、MgO、NiO和CuO粉末按照配比,称取重量,称量时,先称取1/3-1/2重量的Fe2O3放入搅拌机内,再依次称取ZnO、MgO、NiO和CuO以及剩余的Fe2O3粉末加入搅拌机内;然后加入粉料重量6%的PVA溶液,混合均匀。
第二步,振磨:将第一步混合均匀的混合料,加入振磨机内振磨5分钟。
第三步,造球:将第二步振磨完成的振磨料,加入造球机内进行造球;造球后,粉料粒径在4-6mm;粉料的含水量在2%。
第四步,预烧:将第三步造球完成的粉料,送入预烧回转窑内,在880℃时进行预烧;
第五步,砂磨:先在砂磨机内加入1/3-1/2重量的去离子水,再依次加入第四步预烧完成的粉料和余量的去离子水。以重量百分比计,砂磨机内总加入粉料的重量百分比为60%,然后按照比例加入Al2O3、Nb2O5、Bi2O3粉末,并加入6%的PVA溶液,砂磨9小时。
第六步,喷雾造粒。
实施例2
一种热敏传感器用铁氧体材料,热敏传感器用铁氧体材料主要包括Fe2O3、ZnO、MgO、CuO、NiO、Al2O3、Nb2O5和Bi2O3,其中,以重量百分比计,各组分含量分别如下:
ZnO 20%,
MgO 6%;
CuO 5%;
NiO 2%;
Al2O3 0.009%;
Nb2O5 0.0015%;
Bi2O3 0.009%;
Fe2O3 余量。
上述热敏传感器用铁氧体材料经过以下步骤制成:
第一步,称量混合:将Fe2O3、ZnO、MgO、NiO和CuO粉末按照配比,称取重量,称量时,先称取1/3-1/2重量的Fe2O3放入搅拌机内,再依次称取ZnO、MgO、NiO和CuO以及剩余的Fe2O3粉末加入搅拌机内;然后加入粉料重量7%的PVA溶液,混合均匀。
第二步,振磨:将第一步混合均匀的混合料,加入振磨机内振磨7分钟。
第三步,造球:将第二步振磨完成的振磨料,加入造球机内进行造球;造球后,粉料粒径在4-6mm;粉料的含水量在4%。
第四步,预烧:将第三步造球完成的粉料,送入预烧回转窑内,在900℃时进行预烧。
第五步,砂磨:先在砂磨机内加入1/3-1/2重量的去离子水,再依次加入第四步预烧完成的粉料和余量的去离子水,以重量百分比计,砂磨机内总加入粉料的重量百分比为62%,然后按照比例加入Al2O3、Nb2O5、Bi2O3粉末,并加入7%的PVA溶液,砂磨10小时。
第六步,喷雾造粒。
实施例3
一种热敏传感器用铁氧体材料,热敏传感器用铁氧体材料主要包括Fe2O3、ZnO、MgO、CuO、NiO、Al2O3、Nb2O5和Bi2O3,其中,以重量百分比计,各组分含量分别如下:
ZnO 25%,
MgO 8%;
CuO 7%;
NiO 3%;
Al2O3 0.01%;
Nb2O5 0.02%;
Bi2O3 0.01%;
Fe2O3 余量。
上述热敏传感器用铁氧体材料经过以下步骤制成:
第一步,称量混合:将Fe2O3、ZnO、MgO、NiO和CuO粉末按照配比,称取重量,称量时,先称取1/3-1/2重量的Fe2O3放入搅拌机内,再依次称取ZnO、MgO、NiO和CuO以及剩余的Fe2O3粉末加入搅拌机内;然后加入粉料重量8%的PVA溶液,混合均匀。
第二步,振磨:将第一步混合均匀的混合料,加入振磨机内振磨10分钟。
第三步,造球:将第二步振磨完成的振磨料,加入造球机内进行造球;造球后,粉料粒径在4-6mm;粉料的含水量在10%。
第四步,预烧:将第三步造球完成的粉料,送入预烧回转窑内,在920℃时进行预烧;
第五步,砂磨:先在砂磨机内加入1/3-1/2重量的去离子水,再依次加入第四步预烧完成的粉料和余量的去离子水,以重量百分比计,砂磨机内总加入粉料的重量百分比为65%,然后按照比例加入Al2O3、Nb2O5、Bi2O3粉末,并加入8%的PVA溶液,砂磨12小时。
第六步,喷雾造粒。
试验验证
将本申请的热敏传感器用铁氧体材料使用同一台LCR数字电感表和高温烘箱进行磁导率温度变化最大斜率的测试,以及使用排水法对烧结密度进行测试。
同时,采用现有技术,如背景技术中申请号为201110174152.X的软磁铁氧体热敏材料,作为对照例。
试验结果如下:
磁导率温度变化最大斜率 /℃ 烧结密度g/cm3
实施例1 360 4.73
实施例2 395 4.80
实施例3 375 4.75
对照例 140 4.55
通过以上试验,可见本发明的优势明显,便于广泛推广应用。

Claims (5)

1.一种热敏传感器用铁氧体材料,其特征在于:所述热敏传感器用铁氧体材料主要包括Fe2O3、ZnO、MgO、CuO、NiO、Al2O3、Nb2O5和Bi2O3,其中,以重量百分比计,各组分含量分别如下:
ZnO 16%-25%,
MgO 5%-8%;
CuO 3%-7%;
NiO 1%-3%;
Al2O3 0.008%-0.01%;
Nb2O5 0.008%-0.02%;
Bi2O3 0.003%-0.01%;
Fe2O3 余量;
所述热敏传感器用铁氧体材料经过以下步骤制成:
第一步,称量混合:将Fe2O3、ZnO、MgO、NiO和CuO粉末按照配比,称取重量,称量时,先称取1/3-1/2重量的Fe2O3放入搅拌机内,再依次称取ZnO、MgO、NiO和CuO以及剩余的Fe2O3粉末加入搅拌机内;然后加入粉料重量6%-8%的PVA溶液,混合均匀;
第二步,振磨:将第一步混合均匀的混合料,加入振磨机内振磨5-10分钟;
第三步,造球:将第二步振磨完成的振磨料,加入造球机内进行造球;
第四步,预烧:将第三步造球完成的粉料,送入预烧回转窑内,在880-920℃时进行预烧;
第五步,砂磨:将第四步预烧完成的粉料和去离子水,加入砂磨机内,以重量百分比计,砂磨机内总加入粉料的重量百分比为60-65%,然后按照比例加入Al2O3、Nb2O5、Bi2O3粉末,并加入6-8%的PVA溶液,砂磨9-12小时;
第六步,喷雾造粒。
2.根据权利要求1所述的热敏传感器用铁氧体材料,其特征在于:所述第三步中,造球后,粉料粒径在4-6mm。
3.根据权利要求2所述的热敏传感器用铁氧体材料,其特征在于:所述第三步中,造球后,粉料的含水量在2-10%。
4.根据权利要求1所述的热敏传感器用铁氧体材料,其特征在于:所述第四步中预烧温度为890-910℃。
5.根据权利要求1所述的热敏传感器用铁氧体材料,其特征在于:所述第五步中,先在砂磨机内加入1/3-1/2重量的去离子水,再依次加入第四步预烧完成的粉料和余量的去离子水。
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