本發(fā)明涉及軟磁鐵氧體材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種軟磁鐵氧體材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在電子工業(yè)中，軟磁鐵氧體材料作為一個(gè)重要的產(chǎn)品，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥工程、國(guó)防、航空、電子、冶金以及化工等相關(guān)領(lǐng)域中。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，信息技術(shù)水平的提高，對(duì)于軟磁鐵氧體的要求也越來(lái)越高。
在申請(qǐng)?zhí)枮?01510446131.7的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中，介紹了一種低損耗高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的軟磁鐵氧體，其由氧化鐵、氧化錳、氧化鋅、氧化銅、粘結(jié)劑、二氧化硅以及氧化鈦等金屬氧化物球磨、噴霧造粒而成，具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、較高起始磁導(dǎo)率以及低磁芯損耗等優(yōu)勢(shì)，然而，該方法在分解這些物料時(shí)容易產(chǎn)生有毒氣體，使設(shè)備壽命受到影響，同時(shí)所需的成本也比較高，在能源利用率上比較低，并且，二氧化硅及氧化鈦的增加并沒(méi)有明顯的減小產(chǎn)物的晶粒尺寸，因此，該類(lèi)鐵氧體并不能具有高導(dǎo)磁率和低損耗。在申請(qǐng)?zhí)枮?01510839838.4的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中，介紹了一種高性能大功率軟磁鐵氧體磁芯材料的制備方法，由Fe2O3、NiO、ZnO、CuO、Co2O3、Mn3O4、GeO2、Eu2O3、GaAs、CaB2O4、Mo2O3、PbO、Bi2O3、V2O3、LaFeO3、SrCO3等原料通過(guò)球磨、燒結(jié)、成型、燒結(jié)等過(guò)程制備而成，具有高磁導(dǎo)率、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高居里溫度等特點(diǎn)，然而，該材料使用了Eu、La等稀土元素，這勢(shì)必造成材料的綜合成本上升而不能滿足大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
綜上所述，制備高磁導(dǎo)率、低損耗、居里溫度高且適合工業(yè)化生產(chǎn)的高性能軟磁鐵氧體材料對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)特別是電子生產(chǎn)工業(yè)具有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種軟磁鐵氧體材料及其制備方法，具有高磁導(dǎo)率、低損耗、居里溫度高的特點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種軟磁鐵氧體材料，包括以下組分：
所述功能輔料是以納米TiO2為核、納米SiO2為殼的復(fù)合粒子。
優(yōu)選的，所述功能輔料按照如下方法制備：步驟a1)將納米TiO2、乙醇和去離子水混合，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-10％的懸浮液，然后入濃氨水，在500-1000r/min條件下攪拌分散2-10min；步驟a2)向步驟a1所得的懸浮液中加入正硅酸乙酯，在450-750r/min條件下攪拌反應(yīng)5-10h；步驟a3)將步驟a2所得懸浮液真空抽濾，將濾餅于50-80℃條件下干燥6-18h，粉碎后得到功能輔料。
相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種軟磁鐵氧體材料的制備方法，包括以下步驟：將150-250重量份Fe2O3、50-100重量份ZnO、100-150重量份MnO和去離子水混合，球磨處理后得到一次混合料；將所述一次混合料預(yù)燒，得到預(yù)燒料，預(yù)燒溫度為900-1200℃，預(yù)燒時(shí)間為2-5h；將所述預(yù)燒料和去離子水進(jìn)行球磨處理，得到二次混合料；將所述二次混合料、0.01-0.1重量份納米Co2O3和0.1-0.5重量份功能輔料混合，以12000-15000r/min的速度分散，壓制成坯，得到坯件，所述功能輔料是以納米TiO2為核、納米SiO2為殼的復(fù)合粒子；將所述坯件進(jìn)行燒結(jié)，得到軟磁鐵氧體材料。
優(yōu)選的，得到一次混合料的步驟中，球磨處理的時(shí)間為3-6h。
優(yōu)選的，得到二次混合料的步驟中，球磨處理的時(shí)間為6-12h。
優(yōu)選的，所述功能輔料按照如下方法制備：步驟a1)將納米TiO2、乙醇和去離子水混合，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-10％的懸浮液，然后入濃氨水，在500-1000r/min條件下攪拌分散2-10min；步驟a2)向步驟a1所得的懸浮液中加入正硅酸乙酯，在450-750r/min條件下攪拌反應(yīng)5-10h；步驟a3)將步驟a2所得懸浮液真空抽濾，將濾餅于50-80℃條件下干燥6-18h，粉碎后得到功能輔料。
優(yōu)選的，步驟a1中，其中乙醇與去離子水的體積比為2-5∶1。
優(yōu)選的，步驟a1中，濃氨水占乙醇與去離子水總質(zhì)量的0.5-2％。
優(yōu)選的，步驟a2中，所述正硅酸乙酯與納米TiO2的質(zhì)量比為20-50∶100。
優(yōu)選的，得到軟磁鐵氧體材料的步驟中，所述燒結(jié)具體為：將所述坯件在氧分壓為0.05-0.1％空氣氛中以升溫速度150-200℃/h升溫至800℃，保溫0.5-2h；在氧分壓為0.5-1％空氣氛中以升溫速度200-250℃/h升溫至800-1200℃，保溫1-2h；在氧分壓為0.5-1％空氣氛中以升溫速度100-150℃/h升溫至800-1250℃，保溫1-2h；在氧分壓為1-3％空氣氛中以升溫速度50-100℃/h升溫至1250-1380℃，燒結(jié)保溫2-6h；然后在氧分壓為0.05-0.1％空氣氛中降溫，得到軟磁鐵氧體材料。
本發(fā)明提供了一種軟磁鐵氧體材料及其制備方法，包括以下組分：Fe2O3、ZnO、MnO、納米Co2O3、功能輔料以及去離子水，所述功能輔料是以納米TiO2為核、納米SiO2為殼的復(fù)合粒子。與現(xiàn)有技術(shù)相比，功能輔料減少了晶粒和晶界間的氣孔，利于軟磁鐵氧體材料晶粒的均勻生長(zhǎng)，從而使軟磁鐵氧體材料磁導(dǎo)率高、功率損耗低且居里溫度高；第二，納米Co2O3的添加可改善材料的磁晶各向異性常數(shù)，且與功能輔料協(xié)同作用，使材料在較寬溫度范圍內(nèi)保持較低功率損耗；第三，本發(fā)明制備的軟磁鐵氧體材料為納米級(jí)，具有宏觀量子隧道效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及超順磁效應(yīng)；第四，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、易操作、綠色環(huán)保，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種軟磁鐵氧體材料，包括以下組分：
所述功能輔料是以納米TiO2為核、納米SiO2為殼的復(fù)合粒子。
作為優(yōu)選方案，所述功能輔料優(yōu)選由溶膠凝膠法制備，可增強(qiáng)錳鋅鐵氧體的電性能和磁性能。更優(yōu)選的，所述功能輔料按照如下方法制備：步驟a1)將納米TiO2、乙醇和去離子水混合，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-10％的懸浮液，然后入濃氨水，在500-1000r/min條件下攪拌分散2-10min；步驟a2)向步驟a1所得的懸浮液中加入正硅酸乙酯，在450-750r/min條件下攪拌反應(yīng)5-10h；步驟a3)將步驟a2所得懸浮液真空抽濾，將濾餅于50-80℃條件下干燥6-18h，粉碎后得到功能輔料。
相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種軟磁鐵氧體材料的制備方法，包括以下步驟：將150-250重量份Fe2O3、50-100重量份ZnO、100-150重量份MnO和去離子水混合，球磨處理后得到一次混合料；將所述一次混合料預(yù)燒，得到預(yù)燒料，預(yù)燒溫度為900-1200℃，預(yù)燒時(shí)間為2-5h；將所述預(yù)燒料和去離子水進(jìn)行球磨處理，得到二次混合料；將所述二次混合料、0.01-0.1重量份納米Co2O3和0.1-0.5重量份功能輔料混合，以12000-15000r/min的速度分散，壓制成坯，得到坯件，所述功能輔料是以納米TiO2為核、納米SiO2為殼的復(fù)合粒子；將所述坯件進(jìn)行燒結(jié)，得到軟磁鐵氧體材料。
作為優(yōu)選方案，得到一次混合料的步驟中，球磨處理的時(shí)間優(yōu)選為3-6h，更優(yōu)選為5-6h。得到二次混合料的步驟中，球磨處理的時(shí)間優(yōu)選為6-12h，更優(yōu)選為8-12h。
作為優(yōu)選方案，所述功能輔料按照如下方法制備：步驟a1)將納米TiO2、乙醇和去離子水混合，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-10％的懸浮液，然后入濃氨水，在500-1000r/min條件下攪拌分散2-10min；步驟a2)向步驟a1所得的懸浮液中加入正硅酸乙酯，在450-750r/min條件下攪拌反應(yīng)5-10h；步驟a3)將步驟a2所得懸浮液真空抽濾，將濾餅于50-80℃條件下干燥6-18h，粉碎后得到功能輔料。
步驟a1中，乙醇與去離子水的體積比優(yōu)選為2-5∶1，更優(yōu)選為3-5∶1；濃氨水占乙醇與去離子水總質(zhì)量的0.5-2％，更優(yōu)選為1-2％。步驟a2中，所述正硅酸乙酯與納米TiO2的質(zhì)量比優(yōu)選為20-50∶100，更優(yōu)選為30-50∶100。
功能輔料對(duì)高性能軟磁鐵氧體材料的制備起了關(guān)鍵作用。所述功能輔料原料中的納米TiO2在懸浮液中均勻分散，由于TiO2顆粒表面通過(guò)表面能的作用使SiO2成核的勢(shì)壘減小，促進(jìn)成核，因此，SiO2優(yōu)先在已經(jīng)形成顆粒的TiO2表面異相成核并生長(zhǎng)，從而得到了以納米TiO2為核，納米SiO2為殼的復(fù)合粒子。
得到軟磁鐵氧體材料的步驟中，所述燒結(jié)具體為：將所述坯件在氧分壓為0.05-0.1％空氣氛中以升溫速度150-200℃/h升溫至800℃，保溫0.5-2h；在氧分壓為0.5-1％空氣氛中以升溫速度200-250℃/h升溫至800-1200℃，保溫1-2h；在氧分壓為0.5-1％空氣氛中以升溫速度100-150℃/h升溫至800-1250℃，保溫1-2h；在氧分壓為1-3％空氣氛中以升溫速度50-100℃/h升溫至1250-1380℃，燒結(jié)保溫2-6h；然后在氧分壓為0.05-0.1％空氣氛中降溫，得到軟磁鐵氧體材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：
1、本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單、易操作、綠色環(huán)保且適合于工業(yè)化生產(chǎn)；
2、本發(fā)明制備的軟磁鐵氧體材料為納米級(jí)，其晶粒分界面位于非短程有序以及長(zhǎng)程有序高度無(wú)序的狀態(tài)中，其具有宏觀量子隧道效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及超順磁效應(yīng)，適合于高頻以及超高頻中應(yīng)用；
3、功能輔料以納米TiO2為核，納米SiO2為殼的復(fù)合粒子減少了晶粒和晶界間的氣孔，更利于軟磁鐵氧體材料晶粒的均勻生長(zhǎng)，從而使本發(fā)明的軟磁鐵氧體材料磁導(dǎo)率高、功率損耗低且居里溫度高；
4、納米Co2O3的添加可明顯改善材料的磁晶各向異性常數(shù)，且與功能輔料有一定的協(xié)同作用使材料在較寬溫度范圍內(nèi)保持較低功率損耗，有利于制得高性能的軟磁鐵氧體材料。
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。
本發(fā)明實(shí)施例采用的化學(xué)試劑均為市購(gòu)：
Fe2O3、ZnO和MnO購(gòu)自廣州展飛化工科技有限公司；
納米TiO2、納米SiO2和納米Co2O3購(gòu)自上海依夫事業(yè)有限公司。
實(shí)施例1
功能輔料的制備：
(1)在室溫下，將納米TiO2、乙醇和去離子水混合配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的懸浮液后加入濃氨水，在500r/min條件下攪拌分散10min，其中乙醇與去離子水的體積比為2∶1，濃氨水加入量占乙醇與去離子水總質(zhì)量的0.5％；
(2)向步驟(1)所得的懸浮液中加入正硅酸乙酯，在450r/min條件下攪拌反應(yīng)10h，停止反應(yīng)，其中正硅酸乙酯加入量占納米TiO2質(zhì)量的20％；
(3)將步驟(2)所得懸浮液真空抽濾，將濾餅置于干燥箱中于50℃條件下干燥18h，將干燥后的濾餅粉碎得到改性劑即功能輔料，備用；
高性能軟磁鐵氧體材料的制備：
(1)一次球磨：將Fe2O3250重量份、ZnO 100重量份、MnO 150重量份以及200重量份去離子水加入到球磨機(jī)中，球磨3h；
(2)預(yù)燒：對(duì)上述一次球磨混料進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度范圍為：900℃，預(yù)燒時(shí)間5h，得到預(yù)燒料；
(3)二次球磨：將上述預(yù)燒料與200重量份去離子水進(jìn)行二次球磨，球磨6h；
(4)成型：將二次球磨混料與納米Co2O3 0.01重量份、功能輔料0.1重量份混合，12000r/min，高速分散2h，然后壓制成坯；
(5)燒結(jié)：將上述成型后的成型坯件放進(jìn)燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，在氧分壓為0.05％空氣氛中以升溫速度150℃/h升溫至800℃，保溫2h；在氧分壓為0.5％空氣氛中以升溫速度200℃/h升溫至800℃，保溫2h；在氧分壓為0.5％空氣氛中以升溫速度100℃/h升溫至800℃，保溫2h；在氧分壓為1％空氣氛中以升溫速度50℃/h升溫至1250℃，燒結(jié)保溫6h；燒結(jié)后在氧分壓為0.05％空氣氛中降溫后得到所述高性能軟磁鐵氧體材料，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
實(shí)施例2
功能輔料的制備：
(1)在室溫下，將納米TiO2、乙醇和去離子水混合配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的懸浮液后加入濃氨水，在1000r/min條件下攪拌分散2min，其中乙醇與去離子水的體積比為5∶1，濃氨水加入量占乙醇與去離子水總質(zhì)量的2％；
(2)向步驟(1)所得的懸浮液中加入正硅酸乙酯，在750r/min條件下攪拌反應(yīng)5h，停止反應(yīng)，其中正硅酸乙酯加入量占納米TiO2質(zhì)量的50％；
(3)將步驟(2)所得懸浮液真空抽濾，將濾餅置于干燥箱中于80℃條件下干燥6h，將干燥后的濾餅粉碎得到改性劑即功能輔料，備用；
高性能軟磁鐵氧體材料的制備：
(1)一次球磨：將Fe2O3 250重量份、ZnO 100重量份、MnO 150重量份以及300重量份去離子水加入到球磨機(jī)中，球磨6h；
(2)預(yù)燒：對(duì)上述一次球磨混料進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度范圍為：1200℃，預(yù)燒時(shí)間2h，得到預(yù)燒料；
(3)二次球磨：將上述預(yù)燒料與300重量份去離子水進(jìn)行二次球磨，球磨12h；
(4)成型：將二次球磨混料與納米Co2O3 0.1重量份、功能輔料0.5重量份混合，15000r/min，高速分散1h，然后壓制成坯；
(5)燒結(jié)：將上述成型后的成型坯件放進(jìn)燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，在氧分壓為0.1％空氣氛中以升溫速度200℃/h升溫至800℃，保溫0.5h；在氧分壓為1％空氣氛中以升溫速度250℃/h升溫至1200℃，保溫1h；在氧分壓為1％空氣氛中以升溫速度150℃/h升溫至1250℃，保溫1h；在氧分壓為3％空氣氛中以升溫速度100℃/h升溫至1380℃，燒結(jié)保溫2h；燒結(jié)后在氧分壓為0.1％空氣氛中降溫后得到所述高性能軟磁鐵氧體材料，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
實(shí)施例3
功能輔料的制備方法同實(shí)施例2。
高性能軟磁鐵氧體材料的制備：
(1)一次球磨：將Fe2O3 150重量份、ZnO 50重量份、MnO 100重量份以及300重量份去離子水加入到球磨機(jī)中，球磨6h；
(2)預(yù)燒：對(duì)上述一次球磨混料進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度范圍為：1200℃，預(yù)燒時(shí)間2h，得到預(yù)燒料；
(3)二次球磨：將上述預(yù)燒料與300重量份去離子水進(jìn)行二次球磨，球磨12h；
(4)成型：將二次球磨混料與納米Co2O3 0.01重量份、功能輔料0.1重量份混合，15000r/min，高速分散1h，然后壓制成坯；
(5)燒結(jié)：將上述成型后的成型坯件放進(jìn)燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，在氧分壓為O.1％空氣氛中以升溫速度200℃/h升溫至800℃，保溫O.5h；在氧分壓為1％空氣氛中以升溫速度250℃/h升溫至1200℃，保溫1h；在氧分壓為1％空氣氛中以升溫速度150℃/h升溫至1250℃，保溫1h；在氧分壓為3％空氣氛中以升溫速度100℃/h升溫至1380℃，燒結(jié)保溫2h；燒結(jié)后在氧分壓為O.1％空氣氛中降溫后得到所述高性能軟磁鐵氧體材料，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
比較例1
功能輔料及高性能軟磁鐵氧體材料與實(shí)施例2相同，只是沒(méi)有添加功能填料，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
比較例2
功能輔料及高性能軟磁鐵氧體材料與實(shí)施例2相同，只是沒(méi)有添加納米Co2O3，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
比較例3
高性能軟磁鐵氧體材料與實(shí)施例2相同，只是功能填料改為納米TiO2，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
比較例4
高性能軟磁鐵氧體材料與實(shí)施例2相同，只是功能填料改為納米SiO2，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。
采用精密數(shù)字電橋(TH2828)測(cè)試樣品的電感L，并計(jì)算實(shí)施例1-3和比較例1-4材料的起始磁導(dǎo)率；將實(shí)施例1-3和比較例1-4材料放入烘箱內(nèi)，測(cè)試電感L隨溫度T的變化，在L-T曲線最大值下降部分，通過(guò)曲線最大值80％和20％點(diǎn)作直線與L＝O線相交，從交點(diǎn)得到被測(cè)材料的居里溫度。用IWATSUB-H分析儀(SY8232)測(cè)試材料的準(zhǔn)靜態(tài)磁滯回線和動(dòng)態(tài)磁滯回線，確定的實(shí)施例1-3和比較例1-4材料的功率損耗。
表1實(shí)施例和比較例制備的軟磁鐵氧體材料的主要性能指標(biāo)
以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。