一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體及其制備工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種鐵氧體，具體涉及一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體及其制備工藝。該鐵氧體由主要組分和輔助組分組成，主要組分包括：以Fe2O3換算為52-54mol％摩爾百分比的氧化鐵，以ZnO換算為18-21mol％摩爾百分比的氧化鋅，和余量以MnO換算的氧化錳；相對(duì)于主要組分，輔助成分包括：以CaO換算計(jì)為100-500ppm的Ca，以Bi2O3換算計(jì)為300-1000ppm的Bi，以SnO2換算計(jì)為100-400ppm的Sn，以MoO3換算計(jì)為200-800ppm的Mo。并經(jīng)混料、振磨、預(yù)燒、球磨、造粒成型和燒結(jié)得到最終產(chǎn)品。制備的產(chǎn)品在保證磁導(dǎo)率在12000±30%的基礎(chǔ)上，將Bs（飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度）提高到了470mT以上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體

及其制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及一種鐵氧體，具體涉及一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體及其制備工藝。
【背景技術(shù)】[0002]目前數(shù)字技術(shù)、光纖通信等行業(yè)對(duì)電感器、濾波器、扼流圈、寬帶和脈沖變壓器應(yīng)用需求大量高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體。軟磁鐵氧體是以Fe2O3為主成分的亞鐵磁性氧化物，采用粉末冶金方法生產(chǎn)。有Mn-Zn、Cu-ZruN1-Zn等幾類(lèi)，其中Mn-Zn鐵氧體的產(chǎn)量和用量最大，Mn-Zn鐵氧體的電阻率低，為1-10歐姆/米，一般在IOOkHZ以下的頻率使用。Cu-Zn、N1-Zn鐵氧體的電阻率為102-104歐姆/米，在IOOkHz-1O兆赫的無(wú)線(xiàn)電頻段的損耗小，多用在無(wú)線(xiàn)電用天線(xiàn)線(xiàn)圈、無(wú)線(xiàn)電中頻變壓器。[0003]軟磁鐵氧體的特點(diǎn)是:飽和磁通密度低，磁導(dǎo)率低，居里溫度低，中高頻損耗低，成本低。前三個(gè)低是它的缺點(diǎn)，限制了它的使用范圍，現(xiàn)在正在努力改進(jìn)。后兩個(gè)低是它的優(yōu)點(diǎn)，有利于進(jìn)入高頻市場(chǎng)，現(xiàn)在正在努力擴(kuò)展。而目前的軟磁鐵氧體雖然有些的磁導(dǎo)率已經(jīng)達(dá)到在12000 ±30%，但是其Bs (飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度)仍然在410mT左右，雖然相對(duì)以前已經(jīng)得到了很大的提升，但是依然不能滿(mǎn)足目前實(shí)際的需要。[0004]一個(gè)申請(qǐng)?zhí)枮?00410036807.7的發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種鐵氧體材料，它是作為主成分含有規(guī)定量的氧化鐵、氧化銅、氧化鋅以及氧化鎳的NiCuZn系的鐵氧體材料，作為輔助成分，含有規(guī)定量的氧化鉍、氧化硅、氧化鎂、氧化鈷，以此構(gòu)成鐵氧體材料，因此能夠提供溫度特性極其良好(相對(duì)于溫度變化的磁導(dǎo)率的變化率小)、品質(zhì)因數(shù)Q高、高強(qiáng)度的NiCuZn系鐵氧體材料。但是其Bs (飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到目前的需求。[0005]一個(gè)申請(qǐng)?zhí)枮?00310114712.8的發(fā)明專(zhuān)利，公開(kāi)了一種Mn-Zn系鐵氧體，含有氧化鐵為按Fe2O3換算51-54摩爾％、氧化鋅按ZnO換算為14-21摩爾％、以及余部為氧化錳的主成分，該專(zhuān)利公開(kāi)的鐵氧體也不能滿(mǎn)足目前的高Bs的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的針對(duì)目前現(xiàn)狀，一個(gè)目的是為了提供一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體。以滿(mǎn)足目前各領(lǐng)域?qū)﹁F氧體高性能的要求，將軟磁鐵氧體保持較高磁導(dǎo)率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述鐵氧體的制備工藝，通過(guò)該工藝，可以制備得到滿(mǎn)足目前各領(lǐng)域?qū)Ω叽艑?dǎo)率和高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的要求。[0008]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:[0009]一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體，由主要組分和輔助組分組成，主要組分包括:以Fe2O3換算為52-54m0l%摩爾百分比的氧化鐵，以ZnO換算為18-21m0l%摩爾百分比的氧化鋅，和余量以MnO換算的氧化錳；相對(duì)于主要組分，輔助成分包括:以CaO換算計(jì)為100-500ppm的Ca，以Bi2O3換算計(jì)為300-1000ppm的Bi，以SnO2換算計(jì)為100-400ppm的Sn,以MoO3換算計(jì)為200-800ppm的Mo。
[0010]經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變鐵氧體的各組分的含量配比，可以對(duì)鐵氧體的性能產(chǎn)生很大的影響。將Fe2O3含量控制在52-54m0l%摩爾百分比，可保證材料具有足夠的電阻率，如果Fe2O3含量低于本范圍，材料的Bs性能會(huì)得不到保障。本發(fā)明將ZnO的含量提高到了18-2 ImoI %摩爾百分比，在ZnO添加帶來(lái)的負(fù)影響的容忍范圍之內(nèi)，極大地利用了 ZnO對(duì)材料磁導(dǎo)率的提高。在主要組分Fe2O3和ZnO的含量確定后，在其中添加CaO使材料晶粒間晶界偏析，提聞了電阻率；添加Bi2O3使晶粒更容易長(zhǎng)大,從而間接提聞材料的磁導(dǎo)率；添加SnO2有效抑制空位缺陷,使晶粒均勻生長(zhǎng)，添加MoO3使材料晶粒更加細(xì)化,從而提聞了 Bs和迭加性能。確定Fe2O3和ZnO的配比后發(fā)現(xiàn)比目前的鐵氧體的磁導(dǎo)率和Bs均提高了 1_5%。
[0011]作為優(yōu)選，相對(duì)于主要組分，輔助成分包括:以CaO換算計(jì)為100-400ppm的Ca，以Bi2O3換算計(jì)為400-800ppm的Bi，以SnO2換算計(jì)為100_400ppm的Sn，以MoO3換算計(jì)為300-600ppm的Mo。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此范圍內(nèi)的添加量，要比其他范圍的添加量對(duì)鐵氧體磁導(dǎo)率和Bs性能的提高多1-2%。這個(gè)范圍是各組分平衡的結(jié)果，在相互消除不利影響，達(dá)到的一個(gè)較佳的配比。[0012]作為優(yōu)選，相對(duì)于主要組分，輔助成分還包括:以In2O3換算計(jì)為200-800ppm的IntJn3+可以置換八面體位置的Fe3+，從而降低磁晶各向異性，進(jìn)一步提高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。
[0013]作為優(yōu)選，相對(duì)于主要組分，輔助成分還包括:以SiO2換算計(jì)為50-200ppm的Si。Si可以提高材料的電阻率，降低比損耗。
[0014]作為優(yōu)選，相對(duì)于主要組分，輔助成分還包括:以Ce2O3換算計(jì)為50-200ppm的Ce或以La2O3換算計(jì)為50-200ppm的La或以Gd2O3換算計(jì)為50-200ppm的Gd。當(dāng)在整個(gè)組分中添加上述輔助成分后，Bs性能提高2-5%。
[0015]作為優(yōu)選，燒結(jié)密度為5.00-5.08g/cm3。提高燒結(jié)密度的目的在于燒結(jié)過(guò)程盡量排除氣孔，控制晶粒均勻生長(zhǎng)，進(jìn)而最終提高材料的Bs性能，在上述燒結(jié)密度范圍，可提升Bs性能1-2%。在本發(fā)明的主要組分和輔助組分的搭配下，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把燒結(jié)密度提高到5g/cm3以上，能夠比5g/cm3以下具有更好的磁導(dǎo)率，且飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度比5g/cm3以下提聞了 1%以上。
[0016]作為優(yōu)選，燒結(jié)密度為5.01-5.05g/cm3。
[0017]一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體的制備工藝，包括以下步驟:
[0018](I)混料:按比例稱(chēng)取主要組分和輔助組分各原料，用V型混料器干式強(qiáng)混，混料的時(shí)間為0.5-1小時(shí)；
[0019](2)振磨:將步驟(1)混合完成的原料用振磨機(jī)振磨，振磨時(shí)間0.4-0.8小時(shí)；
[0020](3)預(yù)燒:采用空氣窯直接對(duì)振磨得到的粉料進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為900-1100°C，時(shí)間為1-5小時(shí)；
[0021](4)球磨:采用球磨機(jī)對(duì)預(yù)燒后的產(chǎn)物進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為0.5-4小時(shí)，其中料:球:水的體積比為1:0.8-1.2:0.55-0.65 ;經(jīng)球磨后的粉料平均粒度為0.8-1.4μ m ；
[0022](5)造粒成型:采用造粒機(jī)對(duì)球磨后的粉料進(jìn)行造粒，然后采用全自動(dòng)干壓機(jī)進(jìn)行成型，其中造粒時(shí)入口溫度控制在250-290°C，出口溫度110-150°C，成型時(shí)毛坯密度控制在2.5-3.6g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ；
[0023](6)燒結(jié)=N2保護(hù)下采用燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1220_1420°C，燒結(jié)時(shí)間為3-10小時(shí)，然后在平衡氣氛中冷卻得產(chǎn)品。平衡氣氛按以下公式控制:log P02=a-b/T(a為氣氛參數(shù)，b為常數(shù)=14540，P02為氧分壓，T為絕對(duì)溫度)。
[0024]作為優(yōu)選，成型時(shí)毛坯密度控制在2.5-3.6g/cm3。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是:在保證了高磁導(dǎo)率特性前提下，大大地提高了 Bs (飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度)的值，在f=10KHz、B ( 0.25mT，25°C的條件下測(cè)得各產(chǎn)品的磁導(dǎo)率均在12000±30%范圍內(nèi)，而在f=50Hz、H=1194A/m、25°C、的條件下測(cè)得各產(chǎn)品的Bs均大于470mTo
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述說(shuō)明。
[0027]如果無(wú)特殊說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施例中所采用的原料均為本領(lǐng)域常用的原料，實(shí)施例中所采用的方法，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0028]實(shí)施例1:
[0029](I)混料:按比例稱(chēng)取主成分和輔助成分原料:
[0030]主成分及含量為:Fe203:53mol%, ZnO:21mol%, MnO:26mol% ;按占主成分總重量計(jì)的輔助成分及含量為:CaO:100ppm, Bi2O3:600ppm, SnO2:200ppm, MoO3:400ppm, In2O3:400ppm，SiO2: IOOppm ；
[0031 ] 用V型混料器干式強(qiáng)混，混料的時(shí)間為0.5小時(shí)；
[0032]( 2 )振磨:步驟(1)混合完成的原料用振磨機(jī)振磨，振磨時(shí)間0.5小時(shí)；
[0033](3)預(yù)燒:采用空氣窯直接對(duì)振磨得到的粉料進(jìn)行預(yù)燒，溫度為900°C，時(shí)間為3小時(shí)；
[0034]( 4 )球磨:采用球磨機(jī)對(duì)預(yù)燒產(chǎn)物進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為2小時(shí)；其中料:球:水=1:0.8:0.55 ;經(jīng)球磨后的粉料平均粒度為I~1.4 μ m ;
[0035](5)造粒成型:采用造粒機(jī)對(duì)球磨后的粉料進(jìn)行造粒，然后采用全自動(dòng)干壓機(jī)進(jìn)行成型，其中造粒時(shí)入口溫度控制在270°C，出口溫度130°C，成型時(shí)毛坯密度控制在3.0g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm。
[0036](6)燒結(jié):采用燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，并用N2保護(hù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1380°C:燒結(jié)時(shí)間為8小時(shí)，控制燒結(jié)密度為5.01g/cm3然后在平衡氣氛中冷卻得產(chǎn)品。
[0037]通過(guò)以上方法制備出的材料磁心性能如下:
[0038]測(cè)試條件:f=10KHz、B≤ 0.25mT、25°C、μ i (磁導(dǎo)率):11267
[0039]測(cè)試條件:f=50Hz、H=1194A/m、25°C、Bs(飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度):473mT
[0040]實(shí)施例2:
[0041](I)混料:按比例稱(chēng)取主要組分和輔助組分各原料，
[0042]主成分及含量為:Fe203:52mol%, ZnO:18mol%, MnO:30mol% ;按占主成分總重量計(jì)的輔助成分及含量為:CaO:400ppm, Bi2O3:300ppm, SnO2:400ppm, MoO3:200ppm, In2O3:800ppm，SiO2:50ppm，La203200ppm ；
[0043]用V型混料器干式強(qiáng)混，混料的時(shí)間為I小時(shí)；[0044](2)振磨:將步驟(1)混合完成的原料用振磨機(jī)振磨，振磨時(shí)間0.8小時(shí)；
[0045](3)預(yù)燒:采用空氣窯直接對(duì)振磨得到的粉料進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為1000°C，時(shí)間為5小時(shí)；
[0046](4)球磨:采用球磨機(jī)對(duì)預(yù)燒后的產(chǎn)物進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為4小時(shí)，其中料:球:水的體積比為1:0.8:0.65 ;經(jīng)球磨后的粉料平均粒度為0.8-1.2 μ m ;
[0047](5)造粒成型:采用造粒機(jī)對(duì)球磨后的粉料進(jìn)行造粒，然后采用全自動(dòng)干壓機(jī)進(jìn)行成型，其中造粒時(shí)入口溫度控制在290°C，出口溫度110°C，成型時(shí)毛坯密度控制在3.6g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ；
[0048](6)燒結(jié):N2保護(hù)下采用燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1220°C，燒結(jié)時(shí)間為10小時(shí)，控制燒結(jié)密度為5.0Og/cm3，然后在平衡氣氛中冷卻得產(chǎn)品。
[0049]通過(guò)以上方法制備出的材料磁心性能如下:
[0050]測(cè)試條件:f=10KHz、B≤ 0.25mT、25°C、μ i (磁導(dǎo)率):12332
[0051]測(cè)試條件:f=50Hz、H=1194A/m、25°C、Bs(飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度):473mT
[0052]實(shí)施例3:
[0053](1)混料:按比例稱(chēng)取主要組分和輔助組分各原料，
[0054]主成分及含量為:Fe203:54mol%, ZnO:19mol%, MnO:27mol% ;按占主成分總重量計(jì)的輔助成分及含量為:CaO:300ppm, Bi2O3:100ppm, SnO2:100ppm, MoO3:800ppm, In2O3:200ppm，SiO2:200ppm，Gd20350ppm ；
[0055]用V型混料器干式強(qiáng)混，混料的時(shí)間為0.7小時(shí)；
[0056](2)振磨:將步驟(1)混合完成的原料用振磨機(jī)振磨，振磨時(shí)間0.4小時(shí)；
[0057](3)預(yù)燒:采用空氣窯直接對(duì)振磨得到的粉料進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為1100°C，時(shí)間為I小時(shí)；
[0058](4)球磨:采用球磨機(jī)對(duì)預(yù)燒后的產(chǎn)物進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為0.5小時(shí)，其中料:球:水的體積比為1:1.2:0.65 ;經(jīng)球磨后的粉料平均粒度為0.8-1 μ--；
[0059](5)造粒成型:采用造粒機(jī)對(duì)球磨后的粉料進(jìn)行造粒，然后采用全自動(dòng)干壓機(jī)進(jìn)行成型，其中造粒時(shí)入口溫度控制在250°C，出口溫度150°C，成型時(shí)毛坯密度控制在2.5g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ；
[0060](6)燒結(jié)=N2保護(hù)下采用燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1420°C，燒結(jié)時(shí)間為3小時(shí)，控制燒結(jié)密度為5.08g/cm3，然后在平衡氣氛中冷卻得產(chǎn)品。
[0061]通過(guò)以上方法制備出的材料磁心性能如下:
[0062]測(cè)試條件:f=10KHz、B≤ 0.25mT、25°C、μ i (磁導(dǎo)率):13295
[0063]測(cè)試條件:f=50Hz、H=1194A/m、25°C、Bs(飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度):478mT。
【權(quán)利要求】
1.一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特征在于，由主要組分和輔助組分組成，主要組分包括:以Fe2O3換算為52-54mol %摩爾百分比的氧化鐵，以ZnO換算為18-21m0l%摩爾百分比的氧化鋅，和余量以MnO換算的氧化錳；相對(duì)于主要組分，輔助成分包括:以CaO換算計(jì)為100-500ppm的Ca，以Bi2O3換算計(jì)為300-1000ppm的Bi，以SnO2 換算計(jì)為 100-400ppm 的 Sn，以 MoO3 換算計(jì)為 200_800ppm 的 Mo。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特征在于，相對(duì)于主要組分，輔助成分包括:以CaO換算計(jì)為100-400ppm的Ca，以Bi2O3換算計(jì)為400-800ppm的Bi,以SnO2換算計(jì)為100-400ppm的Sn,以MoO3換算計(jì)為300-600ppm的Mo。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特征在于，相對(duì)于主要組分，輔助成分還包括:以In2O3換算計(jì)為200-800ppm的In。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特征在于，相對(duì)于主要組分，輔助成分還包括:以SiO2換算計(jì)為50-200ppm的Si。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特征在于，相對(duì)于主要組分，輔助成分還包括:以Ce2O3換算計(jì)為50-200ppm的Ce或以La2O3換算計(jì)為50-200ppm的La或以Gd2O3換算計(jì)為50_200ppm的Gd。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特征在于，燒結(jié)密度為5.00-5.08g/cm3。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體，其特征在于，燒結(jié)密度為5.01-5.05g/cm3。
8.一種如權(quán)利要 求1所述的一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟: Cl)混料:按比例稱(chēng)取主要組分和輔助組分各原料，用V型混料器干式強(qiáng)混，混料的時(shí)間為0.5-1小時(shí)； (2)振磨:將步驟(1)混合完成的原料用振磨機(jī)振磨，振磨時(shí)間0.4-0.8小時(shí)； (3)預(yù)燒:采用空氣窯直接對(duì)振磨得到的粉料進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為900-1100°C，時(shí)間為1-5小時(shí)； (4)球磨:采用球磨機(jī)對(duì)預(yù)燒后的產(chǎn)物進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間為0.5-4小時(shí)，其中料:球:水的體積比為1:0.8-1.2:0.55-0.65 ;經(jīng)球磨后的粉料平均粒度為0.8-1.4μ m ； (5)造粒成型:采用造粒機(jī)對(duì)球磨后的粉料進(jìn)行造粒，然后采用全自動(dòng)干壓機(jī)進(jìn)行成型，其中造粒時(shí)入口溫度控制在250-290°C，出口溫度110-150°C，成型時(shí)毛坯密度控制在2.5-3.6g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ； (6)燒結(jié)=N2保護(hù)下采用燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1220-1420°C，燒結(jié)時(shí)間為3-10小時(shí)，然后在平衡氣氛中冷卻得產(chǎn)品。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁導(dǎo)率特性的Mn-Zn鐵氧體的制備工藝，其特征在于，成型時(shí)毛還密度控制在2.5-3.6g/cm3。
【文檔編號(hào)】C04B35/26GK103588473SQ201310356164
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】金鑫 申請(qǐng)人:橫店集團(tuán)東磁股份有限公司