CN105272194A - 一种镍锌系铁氧体吸波材料配方、粉末及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍锌系铁氧体吸波材料配方、粉末及其制造方法，配方包括主成份和添加物，主成份是三氧化二铁Fe₂O₃、氧化锌ZnO、氧化亚镍NiO，主成份的重量百分含量是：Fe₂O₃为64-70wt％，ZnO为15-25wt％，NiO为6-21wt％，主成份含量总计重量百分比100wt％；添加物为钽氧化物和/或铌氧化物。本发明公开的镍锌系铁氧体吸波材料配方、粉末及其制造方法，通过主成份配比的优化和添加物的选择，使制造的镍锌系铁氧体吸波材料整体性能优异，在25MHz时的阻抗值提高15％以上；不但提高了铁氧体吸波材料的阻抗，同时拓宽了吸收噪音电磁波的频率范围。

Description

一种镍锌系铁氧体吸波材料配方、粉末及其制造方法

技术领域

本发明属于材料科学的技术领域，尤其涉及一种镍锌系铁氧体吸波材料配方、粉末及其制造方法。

背景技术

目前的吸波材料是NiZn、MgZn和MnZn铁氧体材料，MnZn铁氧体材料一般应用于1MHz以下的频率，此种材料制造的吸波粉末在1MHz以上的频率就不起作用了；NiZn、MgZn材料制造的吸波粉末应用的频率范围是1MHz到500MHz，较为适宜在1MHz-1000MHz的情况下作为吸波材料。

电子信息技术的发展对吸波材料提出了向宽频带、高吸收率和高频方向发展的要求。作为抗EMI(电磁干扰)的关键元件，用磁性材料制造噪音电磁波吸收材料对噪音电磁波的吸收率和频率的提高有着重要的影响。其在计算机信号连接线、计算机主频连接线、音频信号连接线、开关电源、计算机线路板、自动化设备、电子变压器等方面用途十分广阔。近年来，镁锌软磁铁氧体技术得到了越来越多的关注，如中国专利申请号为CN200410093230.3的申请公开了一种软磁Mg-Zn铁氧体材料及其低温烧结工艺，它是由Fe203、MgO、ZnO、MnO、CuO组成，其特征在于各成分及其用量如下：Fe₂O₃47.5-48.7wt％、MgO₂5.5-30wt％、ZnO18.0-21.4wt％、MnO0.5-1.2wt％、助融剂3.0-4.2wt％、辅料0-5wt％等低温烧结形成。又如中国专利申请号为CN200410053529.6的申请公开了一种吸波镁锌铁氧体及制造方法，它是将氧化镁、氧化锌、氧化铁三种主要成分进行配料，按比例混合后在1000℃-1200℃下锻烧30-90分钟，然后按比例加入副组份材料及添加物，粉碎混合后，加入粘合剂混合并采用喷雾造粒方法得到平均颗粒直径为180微米的颗粒；其样品中有8-27mol％(按MgO计算)的氧化镁、7-27mol％(按ZnO计算)的氧化锌，30-36.7mol％(按Fe₂O₃计算)的氧化铁三种主要成分，其中还可加入有一种或多种副成分，它包括：0-4mol％(按MnCO₃计算)的碳酸锰、0-4mol％(按NiO计算)的氧化镍、0-4mol％(按CuCO₃计算)的碳酸铜。又如日本专利号为2806528B2的专利公开了一种电波吸收体用镁-锌系铁氧体材料，它是由氧化铁47-50mol％、氧化镁20-23mol％、氧化锌24-27mol％，氧化锰3-6mol％组成的板状烧结体，在30MHz-400MHz的低频段用的电波吸收体用镁-锌系铁氧体。现有技术的铁氧体吸波材料具有以下缺点：

1、各项材料配比不够科学，铁氧体吸波材料磁性的阻抗较低，另外添加物不够理想，未能较好地调整其整体磁性能。

2、需要吸收的噪音电磁波的频率范围是1Hz到1000MHz，需要两种处理配合使用，既需要包含吸收1MHz频率以下噪音电磁波需用的MnZn材料制造的吸波材料，也需要吸收1MHz频率以上噪音电磁波需用NiZn材料或者其它材料制造的吸波材料，因为目前NiZn铁氧体材料的初始磁导率小于1500，在1MHz频率以下使用效果不理想。

3、原材料在配料时都一次性配比好，这样在预烧时，添加的微量添加物就部分形成了尖晶石结构，不易使微量材料均匀的分布在颗粒的表面。

针对以上的不足，本发明优化了主材料的配比，在25MHz时的阻抗值提高15％以上，同时初始磁导率达到了3000以上，对1MHz以下的噪音电磁波起到很好的滤波作用，不但提高了铁氧体吸波材料的性能，同时拓宽了吸收噪音电磁波的频率范围。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种镍锌系铁氧体吸波材料配方、粉末及其制造方法，通过主成份配比的优化和添加物的选择，使制造的镍锌系铁氧体吸波材料整体性能优异，不但提高了铁氧体吸波材料的阻抗，同时拓宽了吸收噪音电磁波的频率范围。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种镍锌系铁氧体吸波材料配方，包括主成份和添加物，其特征在于，所述主成份是三氧化二铁Fe₂O₃、氧化锌ZnO、氧化亚镍NiO，所述主成份以各自标准物计的重量百分含量是：Fe₂O₃为64-70wt％，ZnO为15-25wt％，NiO为6-21wt％，其中主成份含量总计重量百分比为100wt％；所述添加物为钽氧化物和/或铌氧化物。

优选地，所述添加物重量占主成份的百分含量是：0.05wt％-2wt％。

优选地，所述钽添加物为Ta₂O₅或者其它形式的钽氧化物。

优选地，所述铌添加物为Nb₂O₅或者其它形式的铌氧化物。

一种镍锌系铁氧体吸波材料粉末的制造方法，采用如权利要求1-4任一所述的镍锌系铁氧体吸波材料配方制备，包含以下步骤：

S10，配料：取所述各种比例的主成份，混合得主原料；

S20，混合：采用振磨或者其它方式将主原料混合均匀；

S30，预烧：将混合好的原材料进行预烧；

S40，研磨：添加所述重量的添加物至预烧料中，均匀混合后进行研磨；

S50，造粒：得到镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

优选地，所述的烧结温度为1200℃-1320℃。

一种镍锌系铁氧体吸波材料粉末，所述镍锌系铁氧体吸波材料粉末采用上述镍锌系铁氧体吸波材料粉末的制造方法制造得到。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明配方制造的的镍锌系铁氧体吸波材料通过添加添加物提高了材料的吸波性能，尤其是在10MHz-100MHz频率范围内，其阻抗值比不添加添加物的镍锌铁氧体吸波材料提高了15％以上，在其它频率范围内同样具有很好的对噪音电磁波吸收特性；

2、本发明采用了镍锌铁氧体作为铁氧体吸波材料的主成份，其初始导磁率达到了3000以上，对1MHz以下的噪音电磁波也起到了很好抑制作用；

4、本发明添加的添加物在预烧料中添加，这样使添加物能够均匀地分布在铁氧体吸波材料中，提高了材料的性能；

5、本发明所述的添加物为钽氧化物和铌氧化物，使铁氧体吸波材料在烧结过程中析出微晶，改善了材料内部的晶粒结构，从而改善了铁磁共振频率，满足了信号连接线对噪音电磁波的吸收。这样既提高材料的上限使用频率，又拓宽了材料的吸波频率范围；

6、本发明提供了一种镍锌系铁氧体吸波材料粉末的制作方法，它采用在预烧完成后添加添加物到铁氧体吸波材料中，使得铁氧体吸波材料的添加物能够较好地分散在晶体中；

7、本发明优选了预烧温度和烧结温度，使得本发明的生产方法更加适合本发明的组分，它充分考虑到如何使添加物与其它物质的反应，以达到更理想的效果。

附图说明

图1为本发明一种镍锌系铁氧体吸波材料粉末的制造方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

一种镍锌系铁氧体吸波材料配方，包括主成份和添加物，主成份是三氧化二铁Fe₂O₃、氧化锌ZnO、氧化亚镍NiO，主成份以各自标准物计的重量百分含量是：Fe₂O₃为64-70wt％，ZnO为15-25wt％，NiO为6-21wt％，其中主成份含量总计重量百分比为100wt％；添加物为钽氧化物和/或铌氧化物。本发明优选了主成份三氧化二铁、氧化锌、氧化亚镍的组分比例，同时本发明添加了钽氧化物和/或铌氧化物，使得本发明所得铁氧体吸波材料提高了25MHz的阻抗值，能够在1Hz-1000MHz频率范围对噪音电磁波起到很好的吸收作用，特别地，本发明铁氧体吸波材料在20MHz－300MHz之间的吸波效果明显，尤其适宜于该频率电磁波的吸收。

在具体应用实施例中，添加物重量占主成份的百分含量是：0.05wt％-2wt％。本发明的添加物中的钽的氧化物、铌的氧化物主要是提高铁氧体的性能，添加多了会增加成本，也会导致铁氧体材料的性能下降，所以控制在所述范围内，能够达到较好的发明效果且满足控制成本的要求。本发明的添加物占主成份的量这种说法是基于主成份全部为氧化物而做出的，通常在主成份的组成的选择上，各种成分不一定是氧化物，但经过预烧，基本能够形成晶相，本发明的添加物正是以经过预烧的主成份的质量作为基准的，这使主成份全部能够成为最终铁氧体吸波材料的组成部分，按照进入铁氧体吸波材料的主成份作为分母配比添加物具有针对性和可操作性。本发明采取上述百分含量添加既能满足阻止晶粒生长，达到控制晶粒大小的目的，又能提高铁氧体吸波材料的阻抗值。

在具体应用实施例中，钽添加物为Ta₂O₅或者其它形式的钽氧化物。

在具体应用实施例中，铌添加物为Nb₂O₅或者其它形式的铌氧化物。

添加钽的氧化物、铌的氧化物中的一种或两种主成份中能够使铁氧体吸波材料在烧结过程中析出微晶，在块状材料内部形成微小颗粒，同时阻止晶粒的长大，达到在材料内部既有纳米晶，又有亚微米晶和亚米晶，即同一种材料内部由不同结构大小的晶粒组成，它们的铁磁共振频率点不一样，如此可以吸收不同的噪音的电磁波，满足了信号连接线对噪音电磁波的吸收的要求。这样就提高材料的上限使用频率，拓宽了材料的吸波频率的范围。

值得注意的是，本发明钽的氧化物、铌的氧化物并不局限于Ta₂O₅和Nb₂O₅，也可是其它形式的氧化物，本发明为了更好地描述铁氧体中钽和铌元素的含量，统一用Ta₂O₅和Nb₂O₅的重量份数表示钽和铌元素在铁氧体中所占的比例。

本发明技术方案中，作为添加物的钽的氧化物和铌的氧化物在制造铁氧体吸波材料中起到类似的效果，钽的氧化物和铌的氧化物混合起来用起到的效果也类似。

在本发明技术方案中，铁氧体的各种金属元素的来源可为多种，这些为本领域普通技术人员所熟知。例如Fe₂O₃等同于等物质量的FeO。

如图1所示，其为本发明一种镍锌系铁氧体吸波材料粉末的制造方法步骤流程图，采用如上的镍锌系铁氧体吸波材料配方制备，包含以下步骤：

S10，配料：取各种比例的主成份，混合得主原料；

S20，混合：采用振磨或者其它方式将主原料混合均匀；

S30，预烧：将混合好的原材料进行预烧，预烧温度为900℃-1100℃；

S40，研磨：添加如上描述的重量的添加物至预烧料中，均匀混合后进行研磨，研磨可以采用球磨、砂磨等方式；

S50，造粒：得到镍锌系铁氧体吸波材料粉末，得到粉末大小为50-200目。

一种镍锌系铁氧体吸波材料粉末，镍锌系铁氧体吸波材料粉末采用上述镍锌系铁氧体吸波材料粉末的制造方法制造得到。

现有的技术中添加物是在配料时添加，本发明是预烧工序完成后添加，本发明的添加物没有经过预烧过程，所以没有在预烧过程中与其它物质反应，在此步骤中添加可以使添加物均匀的分布在铁氧体吸波材料中。

本发明的上述方法在主成份预烧完成后添加物，然后研磨混合，这样在烧结成型中本发明的添加物能够更加均匀地分布在铁氧体晶体中，更容易形成各种不同大小结构的铁氧体颗粒，这使得本发明的铁氧体能够吸收频率范围更宽、效果更好的噪音电磁波，从而扩大了本发明铁氧体吸波材料粉末的吸波范围和材料的性能。

本发明的振磨步骤通常可采用振磨机振磨5-20分钟或者采用其它形式的混合方式，它的目的是为了使各种主成份混合均匀。

本发明其余的步骤特征均可采用铁氧体干法工艺，这些都为本领域普通技术人员所熟知。本发明人优选了上述预烧温度，发明人发现上述温度过高，其形成尖晶石结构的比例过高，这样会导致造粒后的铁氧体吸波材料粉末的初始导磁率下降，另外增加了研磨时间，即增加了成本；上述温度过低，形成晶粒的比例不够，粉末度不高。预烧的温度为960℃，发明人发现上述温度点是一个较为理想的预烧温度，在这个温度点形成晶粒的比例适中，工艺成本最佳。

实施例1

按照Fe₂O₃(纯度≥99％)为68wt％；ZnO(纯度≥99.7％)为19wt％；NiO(纯度≥97.2％)为13wt％的配方将主成份材料配好，在振磨机中振磨15分钟；然后造球，在回转窑中预烧，预烧温度为960℃±10℃此温度保温30分钟，将预烧好的预烧料再加入0.05wt％(按预烧料重量计算)的Ta₂O₅的添加物，然后将加入添加物的预烧料在球磨机里球磨15小时，喷雾造粒形成镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

实施例2

按照Fe₂O₃(纯度≥99％)为68wt％；ZnO(纯度≥99.7％)为19wt％；NiO(纯度≥97.2％)为13wt％的配方将主成份材料配好，在振磨机中振磨15分钟；然后造球，在回转窑中预烧，预烧温度为960℃±10℃此温度保温30分钟，将预烧好的预烧料再加入0.05wt％(按预烧料重量计算)的Nb₂O₅的添加物，然后将加入添加物的预烧料在球磨机里球磨15小时，喷雾造粒形成镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

实施例3

按照Fe₂O₃(纯度≥99％)为68wt％；ZnO(纯度≥99.7％)为19wt％；NiO(纯度≥97.2％)为13wt％的配方将主成份材料配好，在振磨机中振磨15分钟；然后造球，在回转窑中预烧，预烧温度为960℃±10℃此温度保温30分钟，将预烧好的预烧料再加入2.0wt％(按预烧料重量计算)的Ta₂O₅的添加物，然后将加入添加物的预烧料在球磨机里球磨15小时，喷雾造粒形成镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

实施例4

按照Fe₂O₃(纯度≥99％)为68wt％；ZnO(纯度≥99.7％)为19wt％；NiO(纯度≥97.2％)为13wt％的配方将主成份材料配好，在振磨机中振磨15分钟；然后造球，在回转窑中预烧，预烧温度为960℃±10℃此温度保温30分钟，将预烧好的预烧料再加入2.0wt％(按预烧料重量计算)的Nb₂O₅的添加物，然后将加入添加物的预烧料在球磨机里球磨15小时，喷雾造粒形成镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

实施例5

按照Fe₂O₃(纯度≥99％)为68wt％；ZnO(纯度≥99.7％)为19wt％；NiO(纯度≥97.2％)为13wt％的配方将主成份材料配好，在振磨机中振磨15分钟；然后造球，在回转窑中预烧，预烧温度为960℃±10℃此温度保温30分钟，将预烧好的预烧料再加入0.025wt％(按预烧料重量计算)的Nb₂O₅的添加物和0.025wt％(按预烧料重量计算)的Ta₂O₅的添加物，然后将加入添加物的预烧料在球磨机里球磨15小时，喷雾造粒形成镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

实施例6

按照Fe₂O₃(纯度≥99％)为68wt％；ZnO(纯度≥99.7％)为19wt％；NiO(纯度≥97.2％)为13wt％的配方将主成份材料配好，在振磨机中振磨15分钟；然后造球，在回转窑中预烧，预烧温度为960℃±10℃此温度保温30分钟，将预烧好的预烧料再加入1.0wt％(按预烧料重量计算)的Nb₂O₅的添加物和1.0wt％(按预烧料重量计算)的Ta₂O₅的添加物，然后将加入添加物的预烧料在球磨机里球磨15小时，喷雾造粒形成镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

实施例7

按照Fe₂O₃(纯度≥99％)为64wt％；ZnO(纯度≥99.7％)为15wt％；NiO(纯度≥97.2％)为21wt％的配方将主成份材料配好，在振磨机中振磨15分钟；然后造球，在回转窑中预烧，预烧温度为960℃±10℃此温度保温30分钟，将预烧好的预烧料再加入1.0wt％(按预烧料重量计算)的Nb₂O₅的添加物和1.0wt％(按预烧料重量计算)的Ta₂O₅的添加物，然后将加入添加物的预烧料在球磨机里球磨15小时，喷雾造粒形成镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

实施例8

按照Fe₂O₃(纯度≥99％)为70wt％；ZnO(纯度≥99.7％)为15wt％；NiO(纯度≥97.2％)为15wt％的配方将主成份材料配好，在振磨机中振磨15分钟；然后造球，在回转窑中预烧，预烧温度为960℃±10℃此温度保温30分钟，将预烧好的预烧料再加入1.0wt％(按预烧料重量计算)的Nb₂O₅的添加物和1.0wt％(按预烧料重量计算)的Ta₂O₅的添加物，然后将加入添加物的预烧料在球磨机里球磨15小时，喷雾造粒形成镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

实施例9

按照Fe₂O₃(纯度≥99％)为64wt％；ZnO(纯度≥99.7％)为25wt％；NiO(纯度≥97.2％)为11wt％的配方将主成份材料配好，在振磨机中振磨15分钟；然后造球，在回转窑中预烧，预烧温度为960℃±10℃此温度保温30分钟，将预烧好的预烧料再加入1.0wt％(按预烧料重量计算)的Nb₂O₅的添加物和1.0wt％(按预烧料重量计算)的Ta₂O₅的添加物，然后将加入添加物的预烧料在球磨机里球磨15小时，喷雾造粒形成镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

实施例10

按照Fe₂O₃(纯度≥99％)为69wt％；ZnO(纯度≥99.7％)为25wt％；NiO(纯度≥97.2％)为6wt％的配方将主成份材料配好，在振磨机中振磨15分钟；然后造球，在回转窑中预烧，预烧温度为960℃±10℃此温度保温30分钟，将预烧好的预烧料再加入1.0wt％(按预烧料重量计算)的Nb₂O₅的添加物和1.0wt％(按预烧料重量计算)的Ta₂O₅的添加物，然后将加入添加物的预烧料在球磨机里球磨15小时，喷雾造粒形成镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

实施例11

按照Fe₂O₃(纯度≥99％)为67wt％；ZnO(纯度≥99.7％)为20wt％；NiO(纯度≥97.2％)为13wt％的配方将主成份材料配好，在振磨机中振磨15分钟；然后造球，在回转窑中预烧，预烧温度为960℃±10℃此温度保温30分钟，将预烧好的预烧料再加入1.0wt％(按预烧料重量计算)的Nb₂O₅的添加物和1.0wt％(按预烧料重量计算)的Ta₂O₅的添加物，然后将加入添加物的预烧料在球磨机里球磨15小时，喷雾造粒形成镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种镍锌系铁氧体吸波材料配方，包括主成份和添加物，其特征在于，所述主成份是三氧化二铁Fe₂O₃、氧化锌ZnO、氧化亚镍NiO，所述主成份以各自标准物计的重量百分含量是：Fe₂O₃为64-70wt％，ZnO为15-25wt％，NiO为6-21wt％，其中主成份含量总计重量百分比为100wt％；所述添加物为钽氧化物和/或铌氧化物。

2.如权利要求1所述的镍锌系铁氧体吸波材料配方，其特征在于：所述添加物重量占主成份的百分含量是：0.05wt％-2wt％。

3.如权利要求1或2所述的镍锌系铁氧体吸波材料配方，其特征在于：所述钽添加物为Ta₂O₅或者其它形式的钽氧化物。

4.如权利要求1或2所述的镍锌系铁氧体吸波材料配方，其特征在于：所述铌添加物为Nb₂O₅或者其它形式的铌氧化物。

5.一种镍锌系铁氧体吸波材料粉末的制造方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一所述的镍锌系铁氧体吸波材料配方制备，包含以下步骤：

S10，配料：取所述各种比例的主成份，混合得主原料；

S20，混合：采用振磨或者其它方式将主原料混合均匀；

S30，预烧：将混合好的原材料进行预烧；

S40，研磨：添加所述重量的添加物至预烧料中，均匀混合后进行研磨；

S50，造粒：得到镍锌系铁氧体吸波材料粉末。

6.根据权利要求5所述镍锌系铁氧体吸波材料粉末的制造方法，其特征在于：所述的预烧温度为900℃-1100℃。

7.一种镍锌系铁氧体吸波材料粉末，其特征在于，所述镍锌系铁氧体吸波材料粉末采用如权利要求5或6所述镍锌系铁氧体吸波材料粉末的制造方法制造得到。