CN115772031A

CN115772031A - 一种锰锌铁氧体磁隔片的制备方法

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Publication number: CN115772031A
Application number: CN202211167315.6A
Authority: CN
Inventors: 汤志豪; 余俊超; 周凡; 蒋卫红
Original assignee: Shenzhen Element Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Element Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2023-03-10
Anticipated expiration: 2042-09-23
Also published as: CN115772031B

Abstract

本发明涉及锰锌铁氧体磁性材料技术领域，尤其涉及一种锰锌铁氧体磁隔片的制备方法。该制备方法，将锰锌铁氧体粉末依次进行球磨处理，再与粘结剂混合，依次进行密炼、破碎、注射成形、催化脱脂和致密化烧结，得到锰锌铁氧体磁隔片。该制备方法将金属注射成形工艺引入到锰锌铁氧体磁隔片的成形当中，解决因传统压制成形所引起的缺料，烧结变形及开裂等问题，得到烧结晶粒均匀，孔隙率较低的锰锌铁氧体磁隔片，提高产品良率。

Description

一种锰锌铁氧体磁隔片的制备方法

技术领域

本发明涉及锰锌铁氧体磁性材料技术领域，尤其涉及一种锰锌铁氧体磁隔片的制备方法。

背景技术

锰锌铁氧体因具有较高的起始磁导率，且应用频率较宽(1千赫至10兆赫)，被广泛应用于电感器，变压器，滤波器的磁芯等，同时随着无线充电的普及，锰锌铁氧体也已磁隔片的形式应用于各无线充电设备当中。

公布号为CN110386813A的中国发明公开了一种锰锌铁氧体磁片及其制备方法，该锰锌铁氧体磁片通过粉料、浆料、流延、烧结及覆膜辊压制备而成。但随着市场对无线充电效率提出更高的要求，锰锌铁氧体磁隔片的形状也越加复杂，对传统压制成形工艺提出较大的挑战。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，通过该方法制备得到的锰锌铁氧体磁隔片，产品良率高，烧结晶粒均匀，孔隙率较低。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，包括以下步骤：

S1：锰锌铁氧体粉末进行球磨处理；

S2：将球磨处理后的锰锌铁氧体粉末与粘结剂混合，得到混合物；

S3：混合物进行密炼和破碎，得到喂料；

S4：将喂料进行注射成形，得到生坯；

S5：将生坯进行催化脱脂，得到脱脂坯；

S6：脱脂坯进行致密化烧结，得到锰锌铁氧体磁隔片。

本发明的有益效果在于：将金属注射成形工艺引入到锰锌铁氧体磁隔片的成形当中，解决因传统压制成形所引起的缺料，烧结变形及开裂等问题，得到烧结晶粒均匀，孔隙率较低的锰锌铁氧体磁隔片，提高产品良率。

附图说明

图1所示为本发明的实施例1和实施例2的料流变性能关系；

图2所示为本发明的实施例1的锰锌铁氧体磁隔片的金相图；

图3所示为本发明的实施例2的锰锌铁氧体磁隔片的金相图；

图4所示为本发明的实施例3的锰锌铁氧体磁隔片的金相图；

图5所示为本发明的对比例1的锰锌铁氧体磁隔片的金相图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：将金属注射成形工艺引入到锰锌铁氧体磁隔片的成形当中，解决因传统压制成形所引起的缺料，烧结变形及开裂等问题。

本发明的一种锰锌铁氧体磁隔片的制备方法包括以下步骤：

S1：锰锌铁氧体粉末进行球磨处理；

S3：混合物进行密炼和破碎，得到喂料；

S4：将喂料进行注射成形，得到生坯；

S5：将生坯置于进行催化脱脂，得到脱脂坯；

S6：脱脂坯进行致密化烧结，得到锰锌铁氧体磁隔片。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：金属注射成形工艺对形状结构复杂且小而轻薄的产品成形具有较大优势，同时注射成形有效降低生坯件内应力，避免了压制过程中内应力过大导致的烧结变形或开裂。将金属注射成形工艺引入到锰锌铁氧体磁隔片的成形当中，解决因传统压制成形所引起的缺料，烧结变形及开裂等问题，得到烧结晶粒均匀，孔隙率较低的锰锌铁氧体磁隔片，提高产品良率。

进一步地，锰锌铁氧体粉末包括以下质量分数的组分：65～75％的Fe₂O₃、20～28％的Mn₃O₄和5～10％的ZnO。

进一步地，锰锌铁氧体粉末还包括其他氧化物。

进一步地，其他氧化物具体可为：氧化钙或氧化硅。

从上述描述可知，其他氧化物为粒子生长促进物质，可增大结晶粒径获得高磁导率；但其他氧化物的含量过多，会向结晶粒界析出，促进异常晶粒成长，助长产生空孔等，反而导致磁导率降低。

进一步地，粘结剂包括质量比为80～90：5～10：3～5：0.5～2.5：0.5～2.5：0.5～2.5的聚甲醛、高密度聚乙烯、石蜡、油酸、聚乙烯辛烯共弹性体和邻苯二甲酸二辛酯。

从上述描述可知，粘结剂为全塑基粘结剂体系，工艺简单，相较常见的蜡基粘结剂体系效率更高，同时因锰锌铁氧体磁隔片较薄，使用溶剂脱脂易导致薄壁边缘破损；因此使用全塑基粘结剂体系的效果更佳，可提高产品成形良率与生产效率。

进一步地，密炼时，密炼温度为182～190℃。

从上述描述可知，密炼温度过高会导致粘黏剂的成分分解，降低喂料颗粒的流速，从而导致共同注射后的材料不密实极易在应力的作用下开裂。

进一步地，球磨处理时，球磨时间为14～16h，转速为280～320r/min。

从上述描述可知，较低速率的长时间球磨，可保证喂料均匀的包裹粉末，同时减少锰锌铁氧体粉末之间摩擦热量的产生导致的材料开裂问题。

进一步地，注射成型时，注射温度为183～195℃，注射压力为90～120MPa。

从上述描述可知，合适的注射温度是确保喂料顺利充型的关键，注射温度过低导致喂料流动性较差，易导致磁隔片薄壁边缘充型不完整，过高的注射温度已导致喂料中粘结剂分解，从而产生大量气体，生坯内部易存在气孔，影响性能。当注射温度和压力低于上述温度范围时会导致注射不成型。

进一步地，催化脱脂时，脱脂温度为110～150℃，脱脂时间为8～12h，通酸量为4.5～6.0g/min。

从上述描述可知，磁隔片较磁芯而言更佳轻薄，注射成形工艺过程中喂料的流变性能及注射脱脂工艺不当，易引起产品报废。使用上述脱脂参数可提高生坯的脱脂率，若脱脂不彻底，易导致烧结件鼓包，开裂等问题的产生。

脱脂温度低于主黏结剂的软化温度，保证在整个脱脂过程中不会产生液相，避免了变形、塌陷等脱脂缺陷的产生。酸催化剂催化聚甲醛分裂生成甲醛气体，能迅速地扩散出坯体，达到由固态转化成气态的目的，实现快速催化。催化脱脂时间不宜过长，应控制在8～12h内，控制剩余少量的聚甲醛起到保形作用，使得材料在脱粘时具有延续的坚硬性，避免塑性变形。其余物质均可在烧结时迅速热解脱除。催化率随着通酸量的增大而增加，但过高的通酸量具有一定的腐蚀性，会对粉末和设备造成危害。

进一步地，致密化烧结具体为：在1300～1320℃的烧结温度下保温4h。

从上述描述可知，对于锰锌系铁氧体来说，磁导率和损失等电磁特性具有构造敏感性，很大程度上受到细微构造的影响。通常，选择结晶磁异向性常数和磁致伸缩常数都小的组成，如果增大结晶粒径，减少空孔，提高烧结密度，可提高磁导率

进一步地，致密化烧结的烧结气氛为氮气-氧气混合气体，氮气-氧气混合气体的氧分压为1～5％。

从上述描述可知，锰锌铁氧体的烧结过程中伴随着复杂的氧化还原反应，特别是铁离子与锰离子都是可变价离子，同时还伴随着同质异晶转变，烧结可使得锰锌铁氧体获得粒径均匀的结晶，提高瓷隔片的磁性能。

氧含量过高，易导致锰离子被氧化，氧含量过低易引起铁离子还原，同时氧含量过低易导致ZnO分解。

进一步地，喂料收缩率为1.2～1.25。

从上述描述可知，磁隔片较薄，收缩率过大易导致烧结变形，合适的喂料收缩率可保证烧结件尺寸在误差范围之内。

进一步地，锰锌铁氧体粉末的粒径为100～500μm。

从上述描述可知，锰锌铁氧体粉末的粒径越小，均匀性越好；但锰锌铁氧体粉末的粒过小会影响其流动性，反而降低均匀性能。

本发明的实施例1为：

一种锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，包括以下步骤：

S1：将锰锌铁氧体粉末进行球磨处理：将锰锌铁氧体粉末置于不锈钢球磨罐中进行球磨，时间15h，转速300r/min；其中造粒粉末粒径的为180μm，粉末成分(质量分数)为：68％的Fe₂O₃、25％的Mn₃O₄、6％的ZnO和1％的GaO。

S2：将球磨处理后的锰锌铁氧体粉末，得到混合物。其中粘结剂由质量比为82：8：3：2.5：2：2.5的聚甲醛、高密度聚乙烯、石蜡、油酸、聚乙烯辛烯共弹性体和邻苯二甲酸二辛酯组成。

S3：混合物依次进行密炼和破碎，得到喂料，喂料收缩率为1.2，密炼温度182℃，密炼时间1h，密炼结束后将喂料取出破碎。

S4：喂料在183℃的注射温度和120MPa的注射压力下进行注射成形，得到生坯。

S5：将生坯置于草酸脱脂炉中进行催化脱脂，脱脂温度为110℃，脱脂时间为12h，通酸量为6.0g/min，得到脱脂坯。

S6：将步脱脂坯置于钟罩炉当中进行致密化烧结得到锰锌铁氧体磁隔片，烧结温度为1300℃，保温4h，烧结气氛为氮气-氧气混合气体，氧分压为2％。

本发明的实施例2为

实施例2与实施例1的区别在于：粘结剂由质量比为85：6：3：1.5：2：2.5的聚甲醛、高密度聚乙烯、石蜡、油酸、聚乙烯辛烯共弹性体和邻苯二甲酸二辛酯组成。

本发明的实施例3为

实施例3与实施例1的区别在于：烧结温度为1320℃，氧分压5％。

本发明的实施例4为：

一种锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，包括以下步骤：

S1：将锰锌铁氧体粉末进行球磨处理：将锰锌铁氧体粉末置于不锈钢球磨罐中进行球磨，时间14h，转速320r/min；其中造粒粉末粒径的为100μm，粉末成分(质量比)为：75％的Fe₂O₃、20％的Mn₃O₄、5％的ZnO。

S2：将球磨处理后的锰锌铁氧体粉末，得到混合物。其中粘结剂由质量比为80：5：4：0.5：2.5：2的聚甲醛、高密度聚乙烯、石蜡、油酸、聚乙烯辛烯共弹性体和邻苯二甲酸二辛酯组成。

S3：混合物依次进行密炼和破碎，得到喂料，喂料收缩率为1.22，密炼温度185℃，密炼时间1h，密炼结束后将喂料取出破碎。

S4：喂料在185℃的注射温度和100MPa的注射压力下进行注射成形，得到生坯。

S5：将生坯置于草酸脱脂炉中进行催化脱脂，脱脂温度为120℃，脱脂时间为10h，通酸量为5.0g/min，得到脱脂坯。

S6：将步脱脂坯置于钟罩炉当中进行致密化烧结得到锰锌铁氧体磁隔片，烧结温度为1310℃，保温4h，烧结气氛为氮气-氧气混合气体，氧分压为2％。

本发明的实施例5为：

一种锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，包括以下步骤：

S1：将锰锌铁氧体粉末进行球磨处理：将锰锌铁氧体粉末置于不锈钢球磨罐中进行球磨，时间16h，转速280r/min；其中造粒粉末粒径的为500μm，粉末成分(质量比)为：65％的Fe₂O₃、23％的Mn₃O₄、10％的ZnO和2％的Al₂O₃。

S2：将球磨处理后的锰锌铁氧体粉末，得到混合物。其中粘结剂由质量比为90：10：5：2：0.5：0.5的聚甲醛、高密度聚乙烯、石蜡、油酸、聚乙烯辛烯共弹性体和邻苯二甲酸二辛酯组成。

S3：混合物依次进行密炼和破碎，得到喂料，喂料收缩率为1.25，密炼温度190℃，密炼时间1h，密炼结束后将喂料取出破碎。

S4：喂料在1195℃的注射温度和90MPa的注射压力下进行注射成形，得到生坯。

S5：将生坯置于草酸脱脂炉中进行催化脱脂，脱脂温度为150℃，脱脂时间为9h，通酸量为4.5g/min，得到脱脂坯。

S6：将步脱脂坯置于钟罩炉当中进行致密化烧结得到锰锌铁氧体磁隔片，烧结温度为1320℃，保温4h，烧结气氛为氮气-氧气混合气体，氧分压为1％。

本发明的对比例1为

对比例1与实施例1的区别在于：锰锌铁氧体磁隔片为压制成形烧结。

将实施例1和实施例2分别进行喂料流变性能测试，测试结果见图1。由图1可知，实施例1、2喂料的流变性能差别不大，但实施例1的喂料对剪切速率的敏感程度更低，喂料在剪切速率变化过程中粘度更加稳定，更有利于锰锌铁氧体磁隔片的成形，避免因喂料不稳定所产生的缺陷,。

将实施例1～3和对比例1制备得到的锰锌铁氧体磁隔片进行金相测试，实施例1的金相图为图2，实施例2的金相图为图3，实施例3的金相图为图4，对比例1的金相图为图5。由图2～图5可知，实施例3的烧结晶粒较为均匀，孔隙相对较低，与对比例1金相组织基本一致，说明本发明通过注射成型制备得到的锰锌铁氧体磁隔片与使用压制成型得到的锰锌铁氧体磁隔片的磁性能相同。

实施例1的良率为98％，实施例2良率为99％，实施例3的良率为98％，对比例1的良率87％，由上述数据可知，使用本发明的制备方法可在保证磁性能的同时提高产品成型的良率。

综上所述，本发明提供的本发明提出了将金属注射成形引入到锰锌铁氧体磁隔片的成形当中，解决传统压制成形存在的缺料，良率低的问题；使用一种由聚甲醛、高密度聚乙烯、石蜡、油酸、聚乙烯辛烯共弹性体和邻苯二甲酸二辛酯组成的塑基粘结剂体系，在确保产品成形良率的基础上提高脱脂效率；同时经过对粉末的预处理及烧结工艺的调整，最终获得理想的烧结产品。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：锰锌铁氧体粉末进行球磨处理；

S3：混合物进行密炼和破碎，得到喂料；

S4：将喂料进行注射成形，得到生坯；

S5：将生坯进行催化脱脂，得到脱脂坯；

S6：脱脂坯进行致密化烧结，得到锰锌铁氧体磁隔片。

2.根据权利要求1所述的锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，其特征在于，所述锰锌铁氧体粉末包括以下质量分数的组分：65～75％的Fe₂O₃、20～28％的Mn₃O₄和5～10％的ZnO。

3.根据权利要求1所述的锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，其特征在于，所述锰锌铁氧体粉末还包括其他氧化物。

4.根据权利要求1所述的锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括质量比为80～90：5～10：3～5：0.5～2.5：0.5～2.5：0.5～2.5的聚甲醛、高密度聚乙烯、石蜡、油酸、聚乙烯辛烯共弹性体和邻苯二甲酸二辛酯。

5.根据权利要求1所述的锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，其特征在于，所述密炼时，密炼温度为182～190℃。

6.根据权利要求1所述的锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，其特征在于，所述球磨处理时，球磨时间为14～16h，转速为280～320r/min。

7.根据权利要求1所述的锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，其特征在于，所述注射成型时，注射温度为183～195℃，注射压力为90～120MPa。

8.根据权利要求1所述的锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，其特征在于，所述催化脱脂时，脱脂温度为110～150℃，脱脂时间为8～12h，通酸量为4.5～6.0g/min。

9.根据权利要求1所述的锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，其特征在于，所述致密化烧结具体为：在1300～1320℃的烧结温度下保温4h。

10.根据权利要求1所述的锰锌铁氧体磁隔片的制备方法，其特征在于，所述致密化烧结的烧结气氛为氮气-氧气混合气体，所述氮气-氧气混合气体的氧分压为1～5％。