高性能低功耗锰锌铁氧体材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能低功耗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。原材料组分为Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］６９．１～７２．５ｗｔ％，Ｍｎ↓［３］Ｏ↓［４］２２～２４ｗｔ％，其余是ＺｎＯ。在球磨、预烧后的原材料中，适当添加杂质氧化物，添加物从ＴｉＯ↓［２］、Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］、ＳｎＯ↓［２］、Ｃｏ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｔａ↓［２］Ｏ↓［５］、Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］、ＣａＣＯ↓［３］中选择两种以上，再经球磨后造粒，压制成型，最后按照给定的温度曲线进行烧结，制备得到锰锌铁氧体材料。本发明专利技术制备方法简单，生产成本较低，通过配方、掺杂和烧结工艺的最佳组合，制备得到性能优异的锰锌铁氧体材料，在１００～５００ＫＨｚ宽频范围有较低的功耗，较高居里温度，较高Ｂ↓［ｓ］，具有宽频宽温的特点。

Mn Zn ferrite material with high performance and low power consumption and preparation method thereof

The invention relates to a manganese ferrite material with high performance and low power consumption and a preparation method thereof, belonging to the technical field of oxide magnetic materials. The raw materials were divided into Fe: 2 O: 3 ~ 69.1 72.5wt%, Mn: 3 O: 4 ~ 22 24wt%, the other is ZnO. In the raw material milling and sintering in adding oxide impurity, additives from TiO: 2, Gd: 2 O: 3, SnO: 2, Co: 2 O: 3, Ta: 2 O: 5, Nb 2: O: 5, CaCO: 3 in the selection of more than two, then after ball milling granulation, molding, sintering temperature curve given in accordance with the final, prepared MnZn ferrite materials. The invention has simple preparation method, low production cost, the best combination of formula, doping and sintering process, preparation of Mn Zn ferrite material with excellent performance, in 100 ~ 500KHz wide frequency range with low power consumption, high Curie temperature, high B down s, has the characteristics of wide bandwidth temperature.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，制备得到的锰锌铁氧体材料是一种在100KHz～500KHz左右的较宽频段内都具有较低损耗，高饱和磁通密度，低矫顽力和高居里温度的宽频宽温铁氧体磁性材料，属于氧化物磁性材料

技术介绍
锰锌铁氧体具有高起始磁导率、高饱和磁通密度(Bs)、高电阻率、低损耗等优点，因此被广泛地应用于电子设备，如宽带脉冲变压器、轭流线圈、噪音滤波器和记录磁头等。另外，由锰锌铁氧体制成的变压器磁芯，在计算机、彩电、录像机及其他电子设备的开关电源中也得到了广泛地应用。在航天、舰艇等国防武器装备系统和民用家电仪器仪表等关乎国计民生的众多部门，特别在是现代通信设备的户外设施，如中继器、增音机、微波接力站、海底光缆系统的水下设备等领域，软磁锰锌铁氧体材料也有着极为重要的应用。随着锰锌铁氧体应用范围的日益增大以及电子信息产业的高速发展，对锰锌铁氧体的性能要求也越来越高。然而，功率铁氧体应用领域的日益拓展同样也预示着高性能锰锌铁氧体的开发之路仍很长。以下几方面将是未来铁氧体材料研发的重点(1)宽频宽温铁氧体材料。(2)高Bs铁氧体材料。功率铁氧体材料的饱和磁通密度Bs越高，则磁芯处于正常工作状态时越不容易饱和，从而在一定的交流励磁电平的激励下，磁芯更易工作在“可用磁通密度状态”。(3)低损耗铁氧体材料。通过选择合理的配方，合适的添加物以及最佳的烧结工艺来进一步降低功率铁氧体的损耗。目前，国内外铁氧体材料的优异性能大多集中在某个频率下，如TDK公司PC50产品特征值在500KHz，PC95和PC90产品特征值在100KHz，国内有些公司的产品虽能应用在宽频范围内，但其性能指标仍需大大提高，比如功耗可以进一步降低，磁导率、Bs、居里温度可以进一步提高。在现有技术中，申请号为200310109415.4的专利申请中提出通过二次掺杂来降低功耗，显然，添加物的再次添加会使工艺复杂且大大增加成本。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种，制备一种工作在100～500KHz宽频范围内具有较低功耗，较高Bs，较高居里温度的性能优异宽频宽温系锰锌铁氧体材料。为了达到上述目的，本专利技术考虑到锰锌铁氧体材料的性能决定于材料的基本配方，掺杂氧化物的种类、配比，以及在制备和烧结过程中的工艺，只有找到其中最佳的组合才能得到性能优异的铁氧体材料。本专利技术的技术方案中，采用原材料组分为Fe2O369.1～72.5wt％，Mn3O422～24wt％，其余是ZnO。在球磨、预烧后的原材料中，适当添加杂质氧化物，添加物从CaCO3、Nb2O5、Ta2O5、Co2O3、SnO2、Gd2O3、TiO2中选择两种以上，再经球磨后造粒，压制成型，最后按照给定的温度曲线进行烧结，制备得到性能优异的锰锌铁氧体材料。本专利技术的方法具体分为以下几个步骤(1)配料本专利技术制备铁氧体材料用的原材料为Fe2O369.1～72.5wt％，Mn3O422～24wt％，其余是ZnO。(2)一次球磨将所称原材料、去离子水和钢球混合，放入球磨罐，球磨2～4小时，使其充分混合均匀。原材料，去离子水及钢球的质量之比为5～8∶1∶1.2～1.5。(3)预烧将球磨好的料放入烘箱120℃～180℃烘干，放入炉中预烧，预烧温度为800～950℃，保温0.5～5小时。(4)称取杂质氧化物以预烧后的料总重为100wt％，称取0.06～0.1wt％CaCO3，0.008～0.01wt％ Nb2O5，0.001～0.02wt％ Ta2O5，0.08～0.12wt％Co2O3，0.1～0.3wt％ SnO2，0.08～0.12wt％ Gd2O3，0.01～0.14wt％ TiO2中至少两种。(5)二次球磨将预烧料和称取的杂质氧化物放入球磨机再次球磨，球∶料∶水的质量之比为8～10∶1∶1～2，球磨4～8小时，球磨后平均粒径在0.7～1.0μm。(6)造粒将二次球磨后的料放入烘箱120℃～180℃烘干，在烘干后的料中加入浓度为5～8％的聚乙烯醇溶液造粒，并通过60～80目筛网过筛。烘干后的料与聚乙烯醇溶液的重量之比为100∶10～15。(7)压制成型在造粒后的料中加入硬脂酸锌，压制成型，生坯密度在3～3.5g/cm3。造粒后的料与硬脂酸锌的重量之比为100∶0.2～1.0。(8)烧结将生坯放入具有氮气保护的钟罩炉中1100℃～1250℃烧结，保温2.5～7.5小时，得到锰锌铁氧体材料。烧结温度曲线和气氛控制如下从室温到400度，升温平缓，有利于排胶阶段排胶充分，升温速度在80℃～120℃/h，空气气氛；排胶结束后，升温加快，速度在300℃～400℃/h，空气气氛；烧结温度在1100℃～1250℃，保温2.5～7.5小时，氧含量控制在2～3％；保温结束至1050℃左右的降温阶段，氧化最严重区域，降温平缓，速度在100～200℃/h，氧含量控制在0.05～2％之间；从1050℃以下开始快速降温，速度在400～500℃/h，氧含量控制在0.01％以下。本专利技术所使用的球磨机是行星式球磨机，烧结使用的炉子是带氮气保护装置的钟罩炉，烧结时气氛根据平衡氧分压理论来调整。烧结时严格按照步骤8所给定的温度和气氛控制曲线。本专利技术仅需对预烧料进行一次掺杂。在添加杂质氧化物时，同时再添加适量的(0.2wt％)的主成分中的Mn3O4，可以使功耗进一步降低，且功耗谷点向高温移动，起到调整功耗谷点温度作用。在改善了样品性能的同时，也进一步降低了生产成本。本专利技术对得到的锰锌铁氧体材料进一步进行性能检测技术参量包括功耗、居里温度、Bs、Hc、Br等，结果充分体现出本专利技术制备的材料所具有的优异特性。本专利技术通过配方、掺杂和烧结工艺的最佳组合，制备得到的锰锌铁氧体材料，可以使用在100～500KHz范围内，并且在不同频段不同磁场下都具有相对较低的功耗，较高居里温度以及较高Bs，属于性能优异的宽频宽温铁氧体材料。附图说明图1为本专利技术实施例1的功耗随温度变化曲线。图2为本专利技术实施例2的功耗随温度变化曲线。图3为本专利技术实施例3的功耗随温度变化曲线。图4为本专利技术实施例4的功耗随温度变化曲线。图5为掺杂Mn3O4对铁氧体性能的影响。具体实施例方式以下结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细描述。实施例1采用Fe2O369.1wt％，Mn3O422wt％，ZnO 8.9wt％作为主成分，投入球磨机，按照球∶料∶水＝6∶1∶1.4比例混合球磨2小时，放入120度烘箱烘干。取出烘干料，放入箱式炉预烧，预烧温度为900℃，保温1.5小时。称取掺杂氧化物CaCO30.08wt％，Nb2O50.01wt％，Ta2O50.01wt％，Co2O30.1wt％与预烧料一并放入球磨机按球∶料∶水＝8∶1∶1比例混合二次球磨混合，球磨5小时，球磨后平均粒径在0.7～1.0μm。球磨后烘箱烘干，在烘干后的料中加入12wt％浓度为7％的聚乙烯醇溶液造粒，并通过60～80目筛网过筛。在造粒后的料中加入0.3wt％硬脂酸锌，压制成型，生坯密度在3.4g/cm3，压制样品尺寸为22×14×6(mm).将压制的样品放入带气氛控制的钟罩炉中烧结1200度，保温6小时。烧结时温度和气氛的控制为从室温到400度，升温平缓，升温速度在80℃～120℃/h，空气气氛；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能低功耗锰锌铁氧体材料，其特征在于主成分为：Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］６９．１～７２．５ｗｔ％，Ｍｎ↓［３］Ｏ↓［４］２２～２４ｗｔ％，其余是ＺｎＯ；在主成分基础上掺杂氧化物为：０．０６～０．１ｗｔ％ＣａＣＯ↓［３］，０．００８～０．０１ｗｔ％Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］，０．００１～０．０２ｗｔ％Ｔａ↓［２］Ｏ↓［５］，０．０８～０．１２ｗｔ％Ｃｏ↓［２］Ｏ↓［３］，０．１～０．３ｗｔ％ＳｎＯ↓［２］，０．０８～０．１２ｗｔ％Ｇｄ↓［２］Ｏ↓［３］，０．０１～０．１４ｗｔ％ＴｉＯ↓［２］中的至少两种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王维，刘公强，须栋，徐梅，顾明，蔡英文，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[]