CN109166718A - 磁功能材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁功能材料的制备方法，包括：将C、Nd、Cd、Mn、S和Fe进行混合，混合后将其熔炼得到合金液体，雾化处理得到材料A；将Fe、Cd、Nd、Si、Sb和Sn进混合配料，混合后将其熔炼得到合金液体，经雾化处理得到材料B；将PbO2、Al2O3、CaO、CdO、K2O和SiO2进行混合，经破碎、烘干、过筛和烧结后得到材料C；将PbO2、Mn2O3、CdO、Nd2O3和Fe2O3进行混合配料，经破碎、烘干、过筛和烧结后得到材料D；将材料B和材料C混合，并压实形成毛坯M，将毛坯M进烧结、研磨后得到BC混合料；将材料A、BC混合料和材料D进行混合，分别进行烧结处理和二次回火处理得到磁功能材料；解决了传统的软磁铁氧体磁芯材料还存在使用性能偏低的问题。

Description

磁功能材料的制备方法
技术领域
本发明涉及电子材料领域，具体地，涉及一种磁功能材料的制备方法。
背景技术
软磁铁氧体材料作为一种重要的基础功能材料，广泛用于通讯、传感、音像设备、滤波器、变压器等电子工业中，为软磁铁氧体的应用打开了广阔的市场；专利号为CN201510839838.4公开了一种高性能大功率软磁铁氧体磁芯材料的制备方法，该软磁铁氧体磁芯材料由Fe2O3、NiO、ZnO、CuO、Co2O3、Mn3O4、GeO2、Eu2O3、GaAs、CaB2O4、Mo2O3、PbO、Bi2O3、V2O3、LaFeO3、SrCO3等原料组成；本发明材料通过一次配料、一次球磨、一次烧结、二次配料、二次球磨、压制成型、二次烧结等步骤制成。但是制得的软磁铁氧体磁芯材料还存在使用性能偏低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁功能材料的制备方法，解决了传统的软磁铁氧体磁芯材料还存在使用性能偏低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种磁功能材料的制备方法，所述制备方法包括：
(1)材料A的制备：将C、Nd、Cd、Mn、S和Fe进行混合配料，混合后将其熔炼得到合金液体，将合金液体经雾化处理得到材料A，其中，S和Fe以硫铁合金的形式加入；
(2)材料B的制备：将Fe、Cd、Nd、Si、Sb和Sn进混合配料，混合后将其熔炼得到合金液体，将合金液体经雾化处理得到材料B；
(3)材料C的制备：将PbO2、Al2O3、CaO、CdO、K2O和SiO2进行混合配料，之后经破碎、烘干、过筛和烧结后得到材料C；
(4)材料D的制备：将PbO2、Mn2O3、CdO、Nd2O3和Fe2O3进行混合配料，之后经破碎、烘干、过筛和烧结后得到材料D；
(5)将材料B和材料C进行1:1混合，并压实形成毛坯M，将毛坯M进行在600-750℃下烧结3-4h、研磨后得到BC混合料；其中，压实的压力为1-2MPa；
(6)将材料A、BC混合料和材料D进行混合，并压实形成毛坯N，将毛坯N分别进行烧结处理和二次回火处理得到磁功能材料。
通过上述技术方案，本发明提供了一种磁功能材料的制备方法，制得的磁功能材料，其组织均匀致密，具有良好的磁性能，同时具有良好的稳定性和实用性，可广泛应用于电子器件领域等。其中，材料B为低熔点合金，材料C为低熔点无机料，二者混合烧结形成低熔点复合层，能有效包裹铁氧体晶粒，起到液相烧结作用，能有效促进晶粒生长且抑制晶粒的吞并，使得晶粒均匀生长，气孔减少，晶界和晶粒内的气孔率降低，改善铁氧体的显微结构，畴壁位移和磁畴转动阻力减小，因此磁滞损耗减小；同时低熔点合金可起韧化铁氧体基料晶粒边界的作用。材料D是铁氧体基料，CdO促进晶体生长，减少气孔；稀土氧化物在材料中促进晶粒均匀生长，抑制晶粒异常长大。材料A本身具有软磁性，还可填充铁氧体基料D的间隙，密实材料基体，同时起韧化材料的作用。其中的Nd、Cd细化软磁合金本身的晶粒，强化合金的软磁性，为铁氧体基体的磁性增强发挥接力补充作用。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提供的磁功能材料的组织结构图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种磁功能材料的制备方法，所述制备方法包括：
(1)材料A的制备：将C、Nd、Cd、Mn、S和Fe进行混合配料，混合后将其熔炼得到合金液体，将合金液体经雾化处理得到材料A，其中，S和Fe以硫铁合金的形式加入；
(2)材料B的制备：将Fe、Cd、Nd、Si、Sb和Sn进混合配料，混合后将其熔炼得到合金液体，将合金液体经雾化处理得到材料B；
(3)材料C的制备：将PbO2、Al2O3、CaO、CdO、K2O和SiO2进行混合配料，之后经破碎、烘干、过筛和烧结后得到材料C；
(4)材料D的制备：将PbO2、Mn2O3、CdO、Nd2O3和Fe2O3进行混合配料，之后经破碎、烘干、过筛和烧结后得到材料D；
(5)将材料B和材料C进行1:1混合，并压实形成毛坯M，将毛坯M进行在600-750℃下烧结3-4h、研磨后得到BC混合料；其中，压实的压力为1-2MPa；
(6)将材料A、BC混合料和材料D进行混合，并压实形成毛坯N，将毛坯N分别进行烧结处理和二次回火处理得到磁功能材料。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高磁功能材料的使用性能，材料A包括以下重量份原料成分：C 0.28-0.38％、Nd 3-8％、Cd 0.01-0.05％、Mn 21-25％、S2.3-2.8％和余量Fe。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高磁功能材料的使用性能，在步骤(1)中，熔炼的条件包括：温度为1560-1590℃，保温时间为10-30min；和/或
雾化处理的条件包括：雾化气体压力为5-8MPa，合金液体的流量为2-4kg/min，合金液体的注入温度为1510-1540℃，雾化角度为33度。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高磁功能材料的使用性能，材料B包括以下重量份原料成分：Fe 1-5％、Cd 0.01-0.05％、Nd 3-8％、Si 0.02-0.07％、Sb11-15％和余量Sn。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高磁功能材料的使用性能，在步骤(2)中，熔炼的条件包括：温度为690-750℃，保温时间为10-30min；和/或
雾化处理的条件包括：雾化气体压力为3-5MPa，合金液体的流量为1-3kg/min，合金液体的注入温度为700-730℃，雾化角度为32度。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高磁功能材料的使用性能，材料C包括以下重量份原料成分：PbO2 0.1-0.4％、Al2O3 0.1-0.4％、CaO 0.1-0.4％、CdO0.1-0.4％、K2O 8-12％和余量SiO2。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高磁功能材料的使用性能，在步骤(3)中，烘干的条件包括：温度为110-120℃；和/或
过筛的条件包括：选用的筛网为180-220目；和/或
烧结的条件包括：温度为1100-1250℃。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高磁功能材料的使用性能，材料D包括以下重量份原料成分：PbO2 0.1-0.4％、Mn2O3 16-19％、CdO 0.1-0.4％、Nd2O3 0.1-0.4％和余量Fe2O3。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高磁功能材料的使用性能，在步骤(4)中，烘干的条件包括：温度为110-120℃；和/或
过筛的条件包括：选用的筛网为180-220目；和/或
烧结的条件包括：温度为1100-1250℃。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高磁功能材料的使用性能，在步骤(6)中，材料A、BC混合料和材料D按照质量比为0.1-0.5:0.01-0.05:10的比例进行混合；和/或
烧结处理的条件包括：将毛坯N先升温至500-750℃，保温3-4h，然后升温至1150-1180℃，保温3-4h；和/或
二次回火处理的条件包括：分别在890-910℃和540-570℃各回火热处理1-2h，之后经210-250℃时效处理。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述；在以下实施例中，该磁功能材料的制备方法为：
材料A的制备：按照重量百分含量为C、Nd、Cd、Mn、S和Fe进行配料，C、Cd、Mn、Nd、Fe为纯物质(元素含量大于99.9％)。S以硫铁中间合金的形式加入，硫铁中间合金的含S量为50％，余为铁；先将原料放入感应炉中内，升温熔炼，当达到熔炼温度1575℃，后保温20分钟；然将合金液体注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，合金液由中间包底部漏眼流出，通过喷嘴时与高速气流相遇被雾化为细小液滴，雾化液滴在封闭的雾化筒内快速凝固成合金粉末，合金粉末平均粒度均为9μm，雾化气体压力为6.5MPa，液态金属流体流量为3kg/min，合金液体注入温度为1535℃，雾化角为33度；
材料B的制备：将Fe、Cd、Nd、Si、Sb和Sn进行配料，Fe、Cd、Nd、Si、Sb、Sn为纯物质(元素含量大于99.9％)，先将原料放入感应炉中内，升温熔炼，当达到熔炼温度720℃后保温20分钟；然后将合金液体注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，合金液由中间包底部漏眼流出，通过喷嘴时与高速气流相遇被雾化为细小液滴，雾化液滴在封闭的雾化筒内快速凝固成合金粉末，合金粉末平均粒度均为12μm，雾化气体压力为4MPa，液态金属流体流量为2kg/min，合金液体注入温度为715℃，雾化角为32度；
材料C的制备：将PbO2、Al2O3、CaO、CdO、K2O和SiO2进行配料，PbO2、Al2O3、CaO、CdO、K2O和SiO2为纯物质(含量大于99.9％)，将各原料在砂磨机中进行混合和破碎，而后将粉料在115℃下烘干，烘干后再过筛，筛网为200目，然后放入烧结炉进行烧结，烧结温度为1180℃，最后将烧结产物在研磨机中使粉体粒径达到12微米；
材料D的制备：将PbO2、Mn2O3、CdO、Nd2O3和Fe2O3进配料，各原料纯度均大于99.9％；将各原料在砂磨机中进行混合和破碎，而后将粉料在115℃下烘干，烘干后再过筛，筛网为200目，然后放入烧结炉进行烧结，烧结温度为1180℃，最后将烧结产物在研磨机中使粉体粒径达到12微米；
将材料B和材料C以重量比为1:1配料后，加入到三维混合机中混合均匀，得混合粉料；然后将混合粉料放入模具，采用压机上压实形成毛坯，压实力为1.5MPa，再将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进升温至675℃，保温3.5h后取出，粉碎并研磨到粒度为12微米的BC混合料，将材料A、BC混合料与材料D配料后，加入到三维混合机中混合均匀，得混合粉料；然后将混合粉料在磁场压机中取向，应用等静压方式成型；将成型毛坯在氩气保护下放入烧结炉进行烧结，先升温至625℃，保温3.5h，然后升温至1165℃烧结3.5h，冷却至室温后，进行二次回火处理，即分别在900℃和555℃热处理回火1.5h，最后经230℃时效处理得到产品。
实施例1
按照上述方法进行磁功能材料的制备，其中，材料A包括以下重量份原料成分：C0.28％、Nd 3％、Cd 0.01％、Mn 21％、S 2.3％和余量Fe；材料B包括以下重量份原料成分：Fe 1％、Cd 0.01％、Nd 3％、Si 0.02％、Sb 11％和余量Sn；材料C包括以下重量份原料成分：PbO2 0.1％、Al2O3 0.1％、CaO 0.1％、CdO 0.1％、K2O 8％和余量SiO2；材料D包括以下重量份原料成分：PbO2 0.1％、Mn2O3 16％、CdO 0.1％、Nd2O3 0.1％和余量Fe2O3；材料A、材料B、材料C和材料D按照重量比为0.1:0.005：0.005：10；材料B和材料C的重量比为1:1。
实施例2
按照上述方法进行磁功能材料的制备，其中，材料A包括以下重量份原料成分：C0.32％、Nd 4％、Cd 0.04％、Mn 23％、S 2.5％和余量Fe；材料B包括以下重量份原料成分：Fe 3％、Cd 0.03％、Nd 5％、Si 0.05％、Sb 13％和余量Sn；材料C包括以下重量份原料成分：PbO2 0.2％、Al2O3 0.3％、CaO 0.3％、CdO 0.3％、K2O 10％和余量SiO2；材料D包括以下重量份原料成分：PbO2 0.3％、Mn2O3 17％、CdO 0.3％、Nd2O3 0.3％和余量Fe2O3；材料A、材料B、材料C和材料D按照重量比为0.3:0.015：0.015：10；材料B和材料C的重量比为1:1。
实施例3
按照上述方法进行磁功能材料的制备，其中，材料A包括以下重量份原料成分：C0.38％、Nd 8％、Cd 0.05％、Mn 25％、S 2.8％和余量Fe；材料B包括以下重量份原料成分：Fe 5％、Cd 0.05％、Nd 8％、Si 0.07％、Sb 15％和余量Sn；材料C包括以下重量份原料成分：PbO2 0.4％、Al2O3 0.4％、CaO 0.4％、CdO 0.4％、K2O 12％和余量SiO2；材料D包括以下重量份原料成分：PbO2 0.4％、Mn2O3 19％、CdO 0.4％、Nd2O3 0.4％和余量Fe2O3；材料A、材料B、材料C和材料D按照重量比为0.5:0.025：0.025：10；材料B和材料C的重量比为1:1。
实施例4
按照上述方法进行磁功能材料的制备，其中，材料A包括以下重量份原料成分：C0.23％、Nd 2％、Cd 0.005％、Mn 18％、S 2％和余量Fe；材料B包括以下重量份原料成分：Fe0.6％、Cd 0.005％、Nd 2％、Si 0.01％、Sb 10％和余量Sn；材料C包括以下重量份原料成分：PbO2 0.06％、Al2O3 0.07％、CaO 0.06％、CdO 0.06％、K2O 6％和余量SiO2；材料D包括以下重量份原料成分：PbO2 0.08％、Mn2O3 13％、CdO 0.08％、Nd2O3 0.07％和余量Fe2O3；材料A、材料B、材料C和材料D按照重量比为0.08:0.0035：0.0035：10；材料B和材料C的重量比为1:1。
实施例5
按照上述方法进行磁功能材料的制备，其中，材料A包括以下重量份原料成分：C0.43％、Nd 9％、Cd 0.07％、Mn 27％、S 3％和余量Fe；材料B包括以下重量份原料成分：Fe6％、Cd 0.07％、Nd 9％、Si 0.09％、Sb 17％和余量Sn；材料C包括以下重量份原料成分：PbO2 0.8％、Al2O3 0.7％、CaO 0.6％、CdO 0.7％、K2O 13％和余量SiO2；材料D包括以下重量份原料成分：PbO2 0.5％、Mn2O3 20％、CdO 0.6％、Nd2O3 0.5％和余量Fe2O3；材料A、材料B、材料C和材料D按照重量比为0.6:0.0035：0.0035：10；材料B和材料C的重量比为1:1。
对比例1
专利号为CN201510839838.4提供的高性能大功率软磁铁氧体磁芯材料的性能参数。
图1为本发明提供的磁功能材料的组织结构图，制得的磁功能材料组织均匀致密。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种磁功能材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)材料A的制备：将C、Nd、Cd、Mn、S和Fe进行混合配料，混合后将其熔炼得到合金液体，将合金液体经雾化处理得到材料A，其中，S和Fe以硫铁合金的形式加入；
(2)材料B的制备：将Fe、Cd、Nd、Si、Sb和Sn进混合配料，混合后将其熔炼得到合金液体，将合金液体经雾化处理得到材料B；
(3)材料C的制备：将PbO2、Al2O3、CaO、CdO、K2O和SiO2进行混合配料，之后经破碎、烘干、过筛和烧结后得到材料C；
(4)材料D的制备：将PbO2、Mn2O3、CdO、Nd2O3和Fe2O3进行混合配料，之后经破碎、烘干、过筛和烧结后得到材料D；
(5)将材料B和材料C进行1:1混合，并压实形成毛坯M，将毛坯M进行在600-750℃下烧结3-4h、研磨后得到BC混合料；其中，压实的压力为1-2MPa；
(6)将材料A、BC混合料和材料D进行混合，并压实形成毛坯N，将毛坯N分别进行烧结处理和二次回火处理得到磁功能材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，材料A包括以下重量份原料成分：C 0.28-0.38％、Nd 3-8％、Cd 0.01-0.05％、Mn 21-25％、S 2.3-2.8％和余量Fe。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，熔炼的条件包括：温度为1560-1590℃，保温时间为10-30min；和/或
雾化处理的条件包括：雾化气体压力为5-8MPa，合金液体的流量为2-4kg/min，合金液体的注入温度为1510-1540℃，雾化角度为33度。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，材料B包括以下重量份原料成分：Fe 1-5％、Cd 0.01-0.05％、Nd 3-8％、Si 0.02-0.07％、Sb 11-15％和余量Sn。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(2)中，熔炼的条件包括：温度为690-750℃，保温时间为10-30min；和/或
雾化处理的条件包括：雾化气体压力为3-5MPa，合金液体的流量为1-3kg/min，合金液体的注入温度为700-730℃，雾化角度为32度。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，材料C包括以下重量份原料成分：PbO2 0.1-0.4％、Al2O3 0.1-0.4％、CaO 0.1-0.4％、CdO 0.1-0.4％、K2O 8-12％和余量SiO2。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(3)中，烘干的条件包括：温度为110-120℃；和/或
过筛的条件包括：选用的筛网为180-220目；和/或
烧结的条件包括：温度为1100-1250℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，材料D包括以下重量份原料成分：PbO2 0.1-0.4％、Mn2O3 16-19％、CdO 0.1-0.4％、Nd2O3 0.1-0.4％和余量Fe2O3。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(4)中，烘干的条件包括：温度为110-120℃；和/或
过筛的条件包括：选用的筛网为180-220目；和/或
烧结的条件包括：温度为1100-1250℃。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(6)中，材料A、BC混合料和材料D按照质量比为0.1-0.5:0.01-0.05:10的比例进行混合；和/或
烧结处理的条件包括：将毛坯N先升温至500-750℃，保温3-4h，然后升温至1150-1180℃，保温3-4h；和/或
二次回火处理的条件包括：分别在890-910℃和540-570℃各回火热处理1-2h，之后经210-250℃时效处理。
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