CN106373696B - 铁基纳米颗粒掺杂磁耦合粉末材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种铁基纳米颗粒掺杂磁耦合粉末材料制备方法，其特征在于包括如下步骤：①将各原材料按照摩尔份数配比，采用氧化物陶瓷烧结法制备MnZn铁氧体粉末；②采用微波等离子法制备铁基磁性纳米颗粒；③将铁基磁性纳米颗粒通过原位外延生长生成氧化物，形成纳米磁性氧化物颗粒；④将步骤③中得到纳米磁性氧化物颗粒均匀混合到MnZn铁氧体粉末中，将两种粉末混合均匀；⑤将混合后的粉末在氢气的保护下进行高能球磨。与现有技术相比，本发明的优点在于：基于微波等离子法制备的磁性氧化物颗粒具有纳米尺寸级的粒径，较铁氧体粉末小几个数量级，且表面活性高，在铁氧体压制成型过程中能够增加坯料的密实度，改善铁氧体晶界结构，提高其磁耦合性能。

Description

铁基纳米颗粒掺杂磁耦合粉末材料制备方法
技术领域
本发明涉及一种磁耦合粉末的制备方法，本发明涉及的磁耦合粉末可以应用于无线传输的材料。
背景技术
随着新能源技术的发展和互联网+等新兴技术进步，无线电能传输技术开始走进人们的生活，相比于传统的接触式电能传输技术，无线电能传输技术具有前者无可比拟的便携性，因而具有广阔的发展空间，越来越受到国内外研发机构的重视。
在无线传输系统中，为提高系统传输的能量密度和传输效率，通常系统的工作频率比较高，而随着频率的提高，磁耦合磁芯的损耗越来越大，因此无线传输系统磁性材料的选择对耦合元件实现高效率、高功率和体积小型化尤为重要。出于以上工况，对磁性材料提出了以下要求：1)高磁导率，可以降低励磁电流；2)低矫顽力，可以减小磁滞损耗；3)高电阻率，可以减小涡流损耗；4)高饱和磁感应强度，可以减小体积，防止磁饱和；5)低的高频损耗，降低高频下的能量损失，降低元件温升。
现阶段应用较为成熟的磁性材料有硅钢、非晶合金、铁氧体等。其中，铁氧体材料是在电子元器件领域应用最为广泛的一类磁性材料，具有中等饱和磁感应强度、较高的磁导率、极高的电阻率、中等的高频损耗，磁路结构设计简便，价格低廉的优点，且是三者中唯一能在几百兆电磁波频率级别下实现低损耗特性的磁性材料，因此，十分适合作为无线传输磁耦合磁芯的首选材料。
但采用铁氧体材料作为无线传输磁耦合材料，还需要作出改进，才能满足满足无线传输磁耦合元件的应用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种具有较高饱和磁感应强度、较高磁导率、高的电阻率、低高频损耗的磁耦合粉末材料制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铁基纳米颗粒掺杂磁耦合粉末材料制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①将各原材料按照以下摩尔份数配比：
采用氧化物陶瓷烧结法制备MnZn铁氧体粉末；
②采用微波等离子法制备铁基磁性纳米颗粒；
③将铁基磁性纳米颗粒通过原位外延生长生成氧化物，形成纳米磁性氧化物颗粒；
④将步骤③中得到纳米磁性氧化物颗粒均匀混合到MnZn铁氧体粉末中，纳米磁性氧化物颗粒添加比例为MnZn铁氧体粉末重量的5～10％，将两种粉末混合均匀；
⑤将混合后的粉末在氢气的保护下进行高能球磨。
作为优选，步骤①所述的MnZn铁氧体粉末尺寸为3～5μm。
作为优选，步骤②所述的铁基磁性纳米颗粒为Fe90Si10，尺寸为30～100nm。
作为优选，步骤②所述高能球磨条件如下：球料比为15:1～25:，球磨时间为3～5小时。
与现有技术相比，本发明的优点在于：基于微波等离子法制备的磁性氧化物颗粒具有纳米尺寸级的粒径，较铁氧体粉末小几个数量级，且表面活性高，在铁氧体压制成型过程中能够增加坯料的密实度，改善铁氧体晶界结构，提高其磁耦合性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1，将各原材料按照以下摩尔份数配比：51.5mol％Fe2O3、34.5mol％MnO、13.0mol％ZnO、0.8mol％Nb2O5、0.2mol％SiO2，采用氧化物陶瓷烧结法制备尺寸为3μmMnZn铁氧体粉末。采用微波等离子法制备尺寸为30nm铁基磁性纳米颗粒Fe90Si10，将纳米颗粒晶核通过原位外延生长工艺生成氧化物，形成纳米磁性氧化物颗粒。将该纳米磁性氧化物颗粒均匀混合到MnZn铁氧体粉末中，纳米磁性氧化物颗粒添加比例为铁氧体粉末重量的5％，将两种粉末混合均匀。将混合后的粉末在氢气的保护下进行高能球磨，球料比为15:1，球磨时间为5小时。
实施例2，将各原材料按照以下摩尔份数配比：58.5mol％Fe2O3、28mol％MnO、11.75mol％ZnO、1.6mol％Nb2O5、0.15mol％SiO2，采用氧化物陶瓷烧结法制备尺寸为4μmMnZn铁氧体粉末。采用微波等离子法制备尺寸为60nm铁基磁性纳米颗粒Fe90Si10，将纳米颗粒晶核通过原位外延生长工艺生成氧化物，形成纳米磁性氧化物颗粒。将该纳米磁性氧化物颗粒均匀混合到MnZn铁氧体粉末中，纳米磁性氧化物颗粒添加比例为铁氧体粉末重量的8％，将两种粉末混合均匀。将混合后的粉末在氢气的保护下进行高能球磨，球料比为20:1，球磨时间为4小时。
实施例3，将各原材料按照以下摩尔份数配比：55mol％Fe2O3、31.3mol％MnO、12.32mol％ZnO、1.2mol％Nb2O5、0.18mol％SiO2，采用氧化物陶瓷烧结法制备尺寸为5μmMnZn铁氧体粉末。采用微波等离子法制备尺寸为100nm铁基磁性纳米颗粒Fe90Si10，将纳米颗粒晶核通过原位外延生长工艺生成氧化物，形成纳米磁性氧化物颗粒。将该纳米磁性氧化物颗粒均匀混合到MnZn铁氧体粉末中，纳米磁性氧化物颗粒添加比例为铁氧体粉末重量的10％，将两种粉末混合均匀。将混合后的粉末在氢气的保护下进行高能球磨，球料比为25:1，球磨时间为3小时。
对比例1，将各原材料按照以下摩尔份数配比：51.5mol％Fe2O3、34.5mol％MnO、13.0mol％ZnO、0.8mol％Nb2O5、0.2mol％SiO2，采用氧化物陶瓷烧结法制备尺寸为3μmMnZn铁氧体粉末。
对比例2，将各原材料按照以下摩尔份数配比：51.5mol％Fe2O3、34.5mol％MnO、13.0mol％ZnO、0.8mol％Nb2O5、0.2mol％SiO2，采用氧化物陶瓷烧结法制备尺寸为3μmMnZn铁氧体粉末。将上述粉末在氢气的保护下进行高能球磨，球料比为20:1，球磨时间为5小时。
上述实施例与对比例制备所得的磁耦合粉末材料性能检测对比如下表所示
由以上实施例及对比例可以看出，采用氧化物陶瓷烧结法获得的MnZn铁氧体磁粉(对比例1)的综合磁性能相对较低，经过高能球磨后性能有所提高(对比例2)，但是幅度不大。而经过FeSi纳米氧化物颗粒掺杂处理后，磁性能大幅度提高，因而有效地提高了材料的应用性能。

Claims (3)

1.一种铁基纳米颗粒掺杂磁耦合粉末材料制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①将各原材料按照以下摩尔份数配比：
采用氧化物陶瓷烧结法制备MnZn铁氧体粉末；
②采用微波等离子法制备铁基磁性纳米颗粒；
③将铁基磁性纳米颗粒通过原位外延生长生成氧化物，形成纳米磁性氧化物颗粒；
④将步骤③中得到纳米磁性氧化物颗粒均匀混合到MnZn铁氧体粉末中，纳米磁性氧化物颗粒添加比例为MnZn铁氧体粉末重量的5～10％，将两种粉末混合均匀；
⑤将混合后的粉末在氢气的保护下进行高能球磨；
步骤②所述的铁基磁性纳米颗粒为Fe90Si10，尺寸为30～100nm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤①所述的MnZn铁氧体粉末尺寸为3～5μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤②所述高能球磨条件如下：球料比为15:1～25:1，球磨时间为3～5小时。
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