CN1885447A - 一种软磁锰锌铁氧体材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高磁导率(μ)、高饱和磁感应强度(Bs)、低损耗软磁锰锌铁氧体材料及其制备方法，主成份配比为：53～56％mol氧化铁(Fe₂O₃)、5～9.6％mol的氧化锌(ZnO)，34.4～42％mol的氧化锰(MnO)，在主成分混和预烧后细粉碎时加入的Nb₂O₅、SnO₂、V₂O₅、CaCO₃，其中2种或者2种以上，总的加入量介于400～1400ppm之间。本发明的软磁锰锌铁氧体具有高磁导率(μ)、高饱和磁感应强度(Bs)、低损耗的多重特点。本发明生产成本低，适合批量生产。

Description

一种软磁锰锌铁氧体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种软磁锰锌铁氧体材料及其制备方法。更确切地说，本发明涉及一种高磁导率(μ)、高饱和磁感应强度(Bs)、低损耗软磁锰锌铁氧体材料及其制备方法，属于氧化物磁性材料技术领域。

背景技术

在电子信息材料领域，磁性材料作为一种发展十分迅速的基础功能材料，已被广泛应用于IT产业、汽车产业、航天设备、交通运输部门、舰船和国防武器装备系统等几乎遍及国计民生的所有部门。随着应用领域的拓展和材料开发的深入，原本分别用于低磁通密度(弱电)和高磁通密度(强电)的高磁导率(μ)软磁锰锌铁氧体材料和高饱和磁感应强度(Bs)软磁锰锌铁氧体材料已经相互交叠、融合，出现了包括高磁导率(μ)材料在内综合所有特性的新型材料，既适用于IT电子行业又适用于电力电子行业，本发明就为适应这种需求所开发的新型材料。

国内外研究人员虽然做了大量的研究工作，开发出一些高磁导率(μ)、高饱和磁感应强度(Bs)、低损耗软磁锰锌铁氧体材料或者适用于数字用户线路的软磁锰锌铁氧体材料，例如：TDK株式会社申请的日本发明“一种总谐波失真系数(THD)用Mn-Zn软磁铁氧体材料”(JP2003-300775A，公开日：2003年10月21日)公开了一种特别适用于xDSL(x数字用户线路)的总谐波失真系数(THD)用Mn-Zn软磁铁氧体材料，其配方：51.5～54.5％mol的Fe₂O₃、19.0～27.0％mol的ZnO，余量为MnO，P的含量≤0.010％wt。添加物组成与配比为：0.002～0.040％wt的SiO₂、0.003～0.045％wt的CaO；微量添加物：Nb₂O₅、Ta₂O₃、SnO₂、TiO₂、In₂O₃、Sb₂O₃中的一种或者两种。

TDK株式会社申请并获得授权的美国发明“锰-锌铁氧体及制造方法”(US6352650B1，授权公告日：2002年3月5日)公开了一种在宽频带并且尤其是大约10kHz的低频区上表现出高的初始磁导率的锰锌铁氧体及其制造方法。其配方：Fe₂O₃为50～56％mol、MnO为22～39％mol、ZnO为8～25％mol，并具有50μm～150μm的平均晶粒尺寸。微量添加物：CaO、SiO₂、Bi₂O₃、MoO₃。

浙江天通电子股份有限公司申请的中国发明“低损耗软磁锰锌铁氧体”(CN1627454A，公开日：2005年6月15日)，其主成分：52.7～53.6mol％的Fe₂O₃，8.5～11.8mol％的ZnO，其余为MnO；在主成分中添加1000～8000ppm的SnO₂、500～2000ppm的CaCO₃、300～1500ppm的V₂O₅中的至少一种。

本发明通过调整材料配方，生产同时具备高磁导率(μ)、高饱和磁感应强度(Bs)、低损耗的性能，既适用于IT电子又适用于电力电子的软磁锰锌铁氧体材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种既适用于IT电子行业又适用于电力电子行业的高磁导率(μ)、高饱和磁感应强度(Bs)、低损耗，而且生产成本较低的软磁锰锌铁氧体材料，其特征在于：主成份配比为：53～56％mol氧化铁(Fe₂O₃)、5～9.6％mol的氧化锌(ZnO)，34.4～42％mol的氧化锰(MnO)，以及不可避免的杂质；在主成份混和预烧后细粉碎时加入微量添加物：Nb₂O₅、SnO₂、V₂O₅、CaCO₃其中的2种或者2种以上，总的加入量介于400～1400ppm之间。

本发明所述的微量添加物Nb₂O₅、SnO₂、V₂O₅、CaCO₃，每种微量添加物的添加量为：200～700ppm。

本发明所述的具体制备方法为：

(1)混和：按原料配比精确称取上述成份中的主成分，采用强混机混和振动球磨再混和，总的混和时间为2小时。混和后的粉料粒径控制在1.0～1.5μm左右，目的是使原料混和均匀，以利于预烧时固相反应完全；

(2)预烧：将上述混和主成分的粉料投入回转窑预烧，预烧温度在900～1100℃，预烧时间为40～70分钟，控制混和粉料流量为3～8公斤/分钟，回转窑转速为5～20转/分钟，使红色的混和粉料初步发生固相反应，并使混和粉料由红色转变成黑色；

(3)粗粉碎：将预烧得到的主成分的黑色混和物进行粗粉碎，采用振动球磨机，粉碎时间为30～60分钟，使颗粒大小分布均匀，半径更小，平均粒度控制在1.0～2.0μm之间；

(4)砂磨：将经粗粉碎的主成分的混和物进行砂磨，得到细粉碎后的主成分的黑色粉末，整个砂磨时间为40～120分钟。混和料在砂磨机中依靠钢球与粉料颗粒，粉料颗粒与粉料颗粒之间的磨擦，碰击进一步降低颗粒的平均粒径，缩小其粒径的分布范围。一般主成分的黑色粉末的粒径分布控制在0.8～1.4μm之间；

砂磨可采用一种湿法粉碎，利用纯水作为介质。按一定比例在碎磨机中投入粗粉碎的主成分的黑色粉末、添加剂、纯水与分散剂。投入比例为：主成分的黑色粉末50～70％wt，纯水30～50％wt，分散剂0～1％wt，添加剂0～1.0％wt，砂磨过程快结束时，再投入胶水(聚乙烯醇的溶液)和消泡剂，胶水和消泡剂的总加入量0～1％wt，分散剂在砂磨开始时随同预烧过的主成分的黑色粉料加入，作用是防止颗粒团聚，提高砂磨效率，胶水的作用为便于软磁铁氧体粉的压制成型，消泡剂的作用为消除加入胶水时产生的泡沫。

(5)喷雾干燥：经过砂磨的浆料，在80℃～110℃温度下通过喷雾造粒塔喷成表面干燥、中间湿润、具有良好流动性与分散性的颗粒。

下面，结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

图1为烧结曲线示意图。

实施例

为清楚地说明本发明提供的高磁导率(μ)、高饱和磁感应强度(Bs)、低损耗软磁锰锌铁氧体材料及其制备方法，提供了下列具体实施例，但决不是为了限制本发明。

实施例1：

(1)混和：主成分配比：54.9％mol氧化铁(Fe₂O₃)、8.0％mol的氧化锌(ZnO)，37.1％mol氧化锰(MnO)，精确称取上述主成份的原料，采用强混机混和振动球磨再混和，总的混和时间为2小时。混和后的粉料粒径控制在1.0～1.5μm左右。

(2)预烧：将上述混和粉料投入回转窑预烧，预烧温度在900～1100℃，预烧时间为40～70分钟，控制混和粉料流量为3～8公斤/分钟，回转窑转速为5～20转/分钟，使红色的混和粉料初步发生固相反应，并使混和粉料由红色转变成黑色。

(3)粗粉碎：将预烧得到的黑色混和物进行粗粉碎，采用振动球磨机，粉碎时间为30～60分钟，使颗粒大小分布均匀，半径更小，平均粒度控制在1.0～2.0μm之间。

(4)砂磨：将经粗粉碎的混和物进行砂磨，得到细粉碎后的黑色浆料，整个砂磨时间为40～120分钟。一般粒径的分布控制在0.8～1.4μm之间。

在碎磨机中投入粗粉的黑色粉末、纯水、分散剂和微量添加物，投入比例为：黑色粉末50～70％wt，纯水30～50％wt，分散剂0～1％wt，微量添加物0～1.0％wt，其中微量添加物分别为：Nb₂O₅：200ppm、SnO₂：250ppm、CaCO₃：500ppm。砂磨过程快结束时，再投入胶水(聚乙烯醇的溶液)和消泡剂，胶水和消泡剂的总加入量0～1％wt，分散剂在砂磨开始时随同预烧过的黑色粉料加入。

(5)喷雾干燥：经过砂磨的料浆，在80℃～110℃温度下通过喷雾造粒塔喷成表面干燥、中间湿润、具有良好流动性与分散性的颗粒。

(6)压制：用具有良好流动性与分散性的颗粒压制成φ22×14×8的环形在钟罩炉中，用图1所示的曲线烧结。

实施例2～12：

用实施例1的步骤和制备方法，选用不同的主成分的配比及微量添加物的添加量(具体如表1所示)分别制备样品。

对比例13～15：

用实施例1的步骤和制备方法，分别选择常规高磁导率(μ)配方13、高饱和磁感应强度(Bs)配方14、低损耗配方15，具体主成分配比及微量添加物的添加量如表1所示，分别制备样品。

表1：本发明的实施例1～12与对比例13～15中主成分的配比及微量添加物添加量

序号	主成分配比(％mol)			微量添加物(ppm)
								Fe2O3	MnO	ZnO	Nb2O5	SnO2	V2O5	CaCO3
	1	54.9	37.1	8.0	200	250	200								500
2								56	39	5	200	500	200	500
	3	53	37.4	9.6	200	500	200								500
4								54.9	37.1	8.0	200	350	200	500
	5	56	39	5	200	350	200								500
6								53	37.4	9.6	200	350	200	500
	7	54.9	37.1	8.0	0	350	0								700
8								56	39	5	0	350	0	700

9	53	37.4	9.6	0	350	0	700
								10	54.9	37.1	8.0	200	250	0	300
11	56	39	5	200	250	0	300
								12	53	37.4	9.6	200	250	0	300
13	53	31	16.0	200	250	200	500
								14	54.4	33.6	12	200	250	200	500
15	52	35.7	12.3	200	250	200	500

在测试环境温度为25℃的条件下测定磁导率(μ)、饱和磁感应强度(Bs)和损耗值tgδ/μi。

按10KHz频率，1.5mT磁场条件下测试磁导率(μ)；在1194A/m磁场条件下测试饱和磁感应强度(Bs)；在100KHz频率，1.5mT磁场条件下测试损耗值tgδ/μi。测定值如表2如示。

表2：本发明的实施例1～12与对比例13～15的主要技术指标对比

序号	μi	Bs(mT)	tgδ/μi，×10-6
				1	4000	548	1.9
2	3820	554	1.85
				3	4150	521	1.9
4	3950	542	1.8
				5	3850	548	1.8
6	4200	523	1.8
				7	4060	550	1.75
8	3830	558	1.75
				9	4100	528	1.75
10	4015	545	1.85
				11	3840	550	1.85
12	4100	525	1.85
				13	4950	430	14
14	1620	520	8
				15	2350	510	8

Claims (3)

1、本发明涉及一种软磁锰锌铁氧体材料及其制备方法，更确切地说，本发明涉及一种高磁导率(μ)、高饱和磁感应强度(Bs)、低损耗的软磁锰锌铁氧体材料及其制备方法，其特征在于：主成份配比为：53～56％mol氧化铁(Fe₂O₃)、5～9.6％mol的氧化锌(ZnO)，34.4～42％mol的氧化锰(MnO)，以及不可避免的杂质；在主成份混和预烧后细粉碎时加入微量添加物：Nb₂O₅、SnO₂、V₂O₅、CaCO₃其中的2种或者2种以上，总的加入量介于400～1400ppm之间。

2、根据权利要求1所述的软磁锰锌铁氧体材料，其特征在于：所述的微量添加物Nb₂O₅、SnO₂、V₂O₅、CaCO₃，每种微量添加物的添加量为：200～700ppm。

3、根据权利要求1所述的软磁锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：采用如下步骤进行制备：

(1)混和：按原料配比精确称取上述成份中的主成分，采用强混机混和振动球磨再混和，总的混和时间为2小时；混和后的粉料粒径控制在1.0～1.5μm左右；

(2)预烧：将上述混和主成分的粉料投入回转窑预烧，预烧温度在900～1100℃，预烧时间为40～70分钟，控制主成分的混和粉料流量为3～8公斤/分钟，回转窑转速为5～20转/分钟，主成分的混和粉料由红色转变成黑色；

(3)粗粉碎：将预烧得到的主成分的黑色混和物进行粗粉碎，采用振动球磨机，粉碎时间为30～60分钟，平均粒度控制在1.0～2.0μm之间；

(4)砂磨：将经粗粉碎的主成分的混和物进行砂磨，得到细粉碎后的主成分的黑色粉末，整个砂磨时间为40～120分钟，一般主成分的黑色粉末的粒径的分布控制在0.8～1.4μm之间；

按以下比例在碎磨机中投入主成分的黑色粉末、添加剂、纯水与分散剂：主成分的黑色粉末50～70％wt，纯水30～50％wt，分散剂0～1％wt，微量添加物0～1.0％wt，砂磨过程快结束时，再投入胶水(聚乙烯醇的溶液)和消泡剂，胶水和消泡剂的总加入量0～1％wt；

(5)喷雾干燥：经过砂磨的浆料，在80℃～110℃温度下通过喷雾造粒塔喷成表面干燥、中间湿润、具有良好流动性与分散性的颗粒。