CN104446414A

CN104446414A - 一种热敏传感器用铁氧体磁性材料

Info

Publication number: CN104446414A
Application number: CN201410647031.6A
Authority: CN
Inventors: 禹胜林
Original assignee: Wuxi Nuist Weather Sensor Network Technology Co Ltd
Current assignee: Wuxi Nuist Weather Sensor Network Technology Co Ltd
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明公开了一种热敏传感器用铁氧体磁性材料，以重量百分比计，其主要包括35%-45%Fe₂O₃、10%-15%ZnO、5%-10%CuO、1%-3%NiO、0.01%-0.03%CaCO₃ _、0.002%-0.012%Bi₂O₃和余量的Mn₃O₄。该热敏传感器用铁氧体磁性材料经过称量混合、一次化浆、一次喷雾造粒、预烧、砂磨、二次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磁性材料的晶粒均匀，初始磁导率增加，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。一次化浆，也即湿混能使各主成分混合得更加均匀，加胶也更加均匀。

Description

一种热敏传感器用铁氧体磁性材料

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磁性材料。

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磁性材料，该热敏传感器用铁氧体磁性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磁性材料，该热敏传感器用铁氧体磁性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磁性材料，所述热敏传感器用铁氧体磁性材料主要包括Fe₂O₃、ZnO、Mn₃O₄、CuO、NiO、CaCO₃和Bi₂O₃，其中，以重量百分比计，各组分含量分别如下：

Fe₂O₃ 35%-45%；

ZnO 10%-15%；

CuO 5%-10%；

NiO 1%-3%；

CaCO₃ 0.01%-0.03%；

Bi₂O₃0.002%-0.012%；

Mn₃O₄ 余量。

所述热敏传感器用铁氧体磁性材料经过以下步骤制成：

第一步，称量混合：将Fe₂O₃、Mn₃O₄、ZnO、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放入称量料斗内，再依次称取ZnO、Mn₃O₄、NiO和CuO以及剩余的Fe₂O₃粉末至称量料斗内。

第二步，一次化浆：将第一步称量完成的粉料，加入搅拌机内，并补充适量的去离子水和重量为6-8%，浓度为10%的PVA溶液，然后搅拌均匀。

第三步，一次喷雾造粒：将第二步搅拌均匀的混合料，加入喷雾塔内，进行喷雾造粒。

第四步，预烧：将第三步喷雾造粒完成的粉料，送入预烧回转窑内，在880-910℃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，然后按照比例加入NiO、CaCO₃和Bi₂O₃粉末，并加入重量为6-8%，浓度为10%且温度在30-40℃的PVA溶液，砂磨，使料浆比重在1.85-2.05，以及用费氏法测得平均砂磨粒径在0.9-1.1之间。

第六步，二次喷雾造粒，使粉料颗粒分布在80-160目之间。

所述第三步中，喷雾造粒后，粉料松装比在0.8-1.0g/cm³。

所述第三步中，喷雾造粒后，粉料的含水量≤0.4%。

所述第四步中预烧回转窑的窑炉处理量在220-270Kg/h。

所述第六步中，二次喷雾造粒的出口温度不超过110℃。

本发明采用上述组分后，具有如下有益效果：

1.NiO和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.CaCO₃的加入，一方面能抑制因NiO和Bi₂O₃加入所带来的晶粒过分细化，使晶粒尺寸能适当增加，且使晶粒的均匀性大大改善，另一方面抑制氧化锌的挥发，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，采用了一次化浆及一次喷雾造粒的工艺，一次化浆，也即湿混能使各主成分混合得更加均匀，加胶也更加均匀。一次喷雾造粒也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

Fe₂O₃ 35%；

ZnO 10%；

CuO 5%；

NiO 1%；

CaCO₃ 0.01%；

Bi₂O₃0.002%；

Mn₃O₄ 余量。

所述热敏传感器用铁氧体磁性材料经过以下步骤制成：

第二步，一次化浆：将第一步称量完成的粉料，加入搅拌机内，并补充适量的去离子水和重量为6%，浓度为10%的PVA溶液，然后搅拌均匀。

第三步，一次喷雾造粒：将第二步搅拌均匀的混合料，加入喷雾塔内，进行喷雾造粒；喷雾造粒后，粉料松装比在0.8-1.0g/cm³，粉料的含水量在0.2-0.4%。

第四步，预烧：将第三步喷雾造粒完成的粉料，送入窑炉处理量在220Kg/h的预烧回转窑内，在880℃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，然后按照比例加入NiO、CaCO₃和Bi₂O₃粉末，并加入重量为6%，浓度为10%且温度在30℃的PVA溶液，砂磨，使料浆比重在1.85，以及用费氏法测得平均砂磨粒径在0.9-1.1之间。

第六步，二次喷雾造粒，喷雾塔的出口温度不超过110℃；二次喷雾造粒后，粉料颗粒分布在80-160目之间。

实施例2

Fe₂O₃ 40%；

ZnO 12%；

CuO 8%；

NiO 2%；

CaCO₃ 0.02%；

Bi₂O₃0.008%；

Mn₃O₄ 余量。

所述热敏传感器用铁氧体磁性材料经过以下步骤制成：

第二步，一次化浆：将第一步称量完成的粉料，加入搅拌机内，并补充适量的去离子水和重量为7%，浓度为10%的PVA溶液，然后搅拌均匀。

第三步，一次喷雾造粒：将第二步搅拌均匀的混合料，加入喷雾塔内，进行喷雾造粒；喷雾造粒后，粉料松装比在0.8-1.0g/cm³，粉料的含水量≤0.3%。

第四步，预烧：将第三步喷雾造粒完成的粉料，送入窑炉处理量在250Kg/h的预烧回转窑内，在900℃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，然后按照比例加入NiO、CaCO₃和Bi₂O₃粉末，并加入重量为7%，浓度为10%且温度在35℃的PVA溶液，砂磨，使料浆比重在1.95，以及用费氏法测得平均砂磨粒径在0.9-1.1之间。

实施例3

Fe₂O₃ 45%；

ZnO 15%；

CuO 10%；

NiO 3%；

CaCO₃ 0.03%；

Bi₂O₃0.012%；

Mn₃O₄ 余量。

所述热敏传感器用铁氧体磁性材料经过以下步骤制成：

第二步，一次化浆：将第一步称量完成的粉料，加入搅拌机内，并补充适量的去离子水和重量为8%，浓度为10%的PVA溶液，然后搅拌均匀。

第三步，一次喷雾造粒：将第二步搅拌均匀的混合料，加入喷雾塔内，进行喷雾造粒；喷雾造粒后，粉料松装比在0.8-1.0g/cm³，粉料的含水量0.3-0.4%。

第四步，预烧：将第三步喷雾造粒完成的粉料，送入窑炉处理量在270Kg/h的预烧回转窑内，在910℃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，然后按照比例加入NiO、CaCO₃和Bi₂O₃粉末，并加入重量为7%，浓度为10%且温度在40℃的PVA溶液，砂磨，使料浆比重在2.05，以及用费氏法测得平均砂磨粒径在0.9-1.1之间。

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及初始磁导率的测试，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02136872.4的软磁铁氧体热敏材料，作为对照例。

试验结果如下：

	初始磁导率	磁导率温度变化最大斜率 /℃	烧结密度g/cm³
				实施例1	2500	340	4.75
实施例2	2650	360	4.82
				实施例3	2700	370	4.78
对照例	2200	142	4.52

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

1.一种热敏传感器用铁氧体磁性材料，其特征在于：所述热敏传感器用铁氧体磁性材料主要包括Fe₂O₃、ZnO、Mn₃O₄、CuO、NiO、CaCO₃和Bi₂O₃，其中，以重量百分比计，各组分含量分别如下：

Fe₂O₃ 35%-45%；

ZnO 10%-15%；

CuO 5%-10%；

NiO 1%-3%；

CaCO₃ 0.01%-0.03%；

Bi₂O₃0.002%-0.012%；

Mn₃O₄ 余量；

所述热敏传感器用铁氧体磁性材料经过以下步骤制成：

第一步，称量混合：将Fe₂O₃、Mn₃O₄、ZnO、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放入称量料斗内，再依次称取ZnO、Mn₃O₄、NiO和CuO以及剩余的Fe₂O₃粉末至称量料斗内；

第二步，一次化浆：将第一步称量完成的粉料，加入搅拌机内，并补充适量的去离子水和重量为6-8%，浓度为10%的PVA溶液，然后搅拌均匀；

第三步，一次喷雾造粒：将第二步搅拌均匀的混合料，加入喷雾塔内，进行喷雾造粒；

第四步，预烧：将第三步喷雾造粒完成的粉料，送入预烧回转窑内，在880-910℃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，然后按照比例加入NiO、CaCO₃和Bi₂O₃粉末，并加入重量为6-8%，浓度为10%且温度在30-40℃的PVA溶液，砂磨，使料浆比重在1.85-2.05，以及用费氏法测得平均砂磨粒径在0.9-1.1之间；

第六步，二次喷雾造粒，使粉料颗粒分布在80-160目之间。

2.根据权利要求1所述的热敏传感器用铁氧体磁性材料，其特征在于：所述第三步中，喷雾造粒后，粉料松装比在0.8-1.0g/cm³。

3.根据权利要求2所述的热敏传感器用铁氧体磁性材料，其特征在于：所述第三步中，喷雾造粒后，粉料的含水量≤0.4%。

4.根据权利要求1所述的热敏传感器用铁氧体磁性材料，其特征在于：所述第四步中预烧回转窑的窑炉处理量在220-270Kg/h。

5.根据权利要求1所述的热敏传感器用铁氧体磁性材料，其特征在于：所述第六步中，二次喷雾造粒的出口温度不超过110℃。