寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料及其制備方法

專利名稱：寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種軟磁鐵氧體材料，特別是一種寬頻高磁導率低損 耗錳鋅軟磁鐵氧體材料。本發明還涉及這種軟磁鐵氧體材料的制備方 法。
背景技術：
鐵氧體又稱鐵淦氧或磁性瓷，是一類非金屬磁性材料，它由磁性 的三氧化二鐵與其他一種或多種金屬氧化物的復合氧化物或正鐵酸 鹽制備而成。鐵氧體有磁性，在高頻時會較高的磁導率，其電阻率比
金屬磁性材料大得多，還有較高的介電性能，磁鐵礦FeO.Fe203是 最簡單的鐵氧體。通常鐵氧體限于由那些具有d層或f層不成對電子 的元素組成，尤其是與二價鐵離子半徑接近的二價金屬離子，如錳、 鋅、銅、鎳、鎂、鈷等離子，也可是希土元素離子或鎵、鋁、鉍、鋇、 鍶等離子。鐵氧體磁性材料按其矯頑力和用途可分為軟磁、硬磁、旋 磁、矩磁、壓磁五類。軟磁鐵氧體在較弱磁場下易磁化也易退磁，如 錳鋅鐵氧體Mn-ZnFe204和鎳鋅鐵氧體Ni-ZnFe204，結構為尖晶石型， 主要做各種電感元件，如濾波器、變壓器、天線等的磁芯和錄音、錄 像機的磁頭。
隨著科技的不斷發展，軟磁鐵氧體材料作為一種重要的基礎功能 材料，被廣泛的應用于電子工業領域，市場對軟磁鐵氧體的性能提出 了更高的要求，如元器件的扁平化、高性能和低損耗等等。然而，軟 磁鐵氧體材料的制備是一個相當重要的工序，它控制著產品的內稟特 性，并隱含著多種對產品具有不可預測的影響因素。超細粉體的傳統加工方法是用機械力使其破碎、粉碎，最常用的設備有行星磨、振動 磨、介質球磨、干式和濕式攪拌磨、氣流磨等，但是不論是干法或濕 法的機械加工方法，粉料往往都是不均勻的，同時產品易結塊。另外， 當粒徑尺寸減小到 一定尺度的時候，已細化的粉料顆粒之間會由于靜 電作用而形成軟團聚，即當粉碎和團聚的反應速度接近相等時，兩個 方向的反應流程趨向平衡，粉碎加工能力達到極限，幾乎不會再有更 多新的微粒存在，在這種情況下，即使延長研磨時間，也不可能提高 超細粉的出產率，同時也很有可能帶入其他離子造成污染，從而最終 影響最終產品的性能。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種在10KHz ~ 200KHz寬頻帶 范圍內，具有高磁導率、低損耗的錳鋅軟磁鐵氧體材料，并為了克服 傳統研磨工藝耗能高、產率低的不足，本發明還提供一種能提高超細 粉的出產率、節能、提高產品質量的錳鋅軟磁鐵氧體材料的制備方法。
本發明所述的寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料由Mn-Zn 系鐵氧體粉體主成分和輔助成分組成；所述Mn-Zn系鐵氧體粉體主成 分包括Fe203、 MnO、 ZnO，其中Fe2O3占總量的重量百分比為68. 8 ~ 70.2%， MnO占總量的重量百分比為15-16. 2%， ZnO占總量的重量百分 比為14. 5~15. 2%;所述輔助成分包括Bi203、 MoO、 V20s、 CaC03、 Sn02, 輔助成分占總量的重量百分比為0.8~1.8%。
本發明所述的寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料的制備 方法是
1)將Fe2。3、 MnO、 ZnO按照總量的重量百分比，Fe2O3占68. 8 ~ 70.2%， MnO占15 16. 2%, ZnO占14. 5 ~ 15. 2%的比例進行均句混合, 均勻混合后的軟磁鐵氧體粉末在75(TC 90(TC的溫度下進行預燒處 理，預燒處理后在空氣中緩慢冷卻。2)對預燒處理后并已冷卻的軟磁鐵氧體粉末進行多級串聯砂磨，
砂磨前加入輔助成分，輔助成分包括Bi203、 MoO、 V20s、 CaC03、 Sn(h， 中的一種或幾種，輔助成分占總量的重量百分比為O. 8 ~ 1. 8%,每級釆 用不同尺寸鋼球的最優組合，料漿從前級到后級，即完成了砂磨的全 過程，通過這種研磨方式可以高效地制得粒度分布窄而且均勻的鐵氧 體粉末。
3 )對經過多級串聯砂磨后的鐵氧體粉末釆用分段控溫、分段氣氛 調控的方式進行熱處理，在80(TC-110(TC的溫度范圍內，釆用低氧 分壓進行燒結；在最高溫度區間，釆用含量高于21 %的高氧進行燒結; 在保溫時間的2/3處，釆用平衡氧分壓進行燒結；進入冷卻區，即在 1250-115(TC的溫度范圍內，采用瞬間高氧分壓；經過熱處理后即可 得到本寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料的成品。 本發明的積極效果在于
按照前述成分配比制備出的軟磁Mn-Zn系鐵氧體材料具有優異的 性能，這種鐵氧體材料的初始磁導率為9000Hz 12000Hz(10KHz)，頻 率在100KHz時所對應的磁導率約為初始磁導率的106。/c)，頻率在 200KHz時對應的磁導率不小于初始磁導率的85。/。，頻率在500KHz時對 應的磁導率約為初始磁導率的40%。
在本發明所述的寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料的制 備過程中釆用了多級砂磨方式，這種砂磨方式處理可以有效地減小粉 料的粉粒尺寸，還能夠有效地避免粉料的過度細化，從而保證粉料粒 度分布窄而均勻，提高粉碎效率、提高粉體的性能指標和實用價值。 參見圖l、圖2，圖l是傳統砂磨方式處理后的粉料粒度分布曲線，從 圖l所示的粒度分布曲線可知，該樣品有50。/。的顆粒直徑小于1.48ju m, 90%的顆粒直徑小于13. 37|am, 99 %的顆粒直徑小于22. 93 |im， 以上數據表明，釆用傳統砂磨工藝得到的粉體粒度分布范圍很寬，另 外，曲線延伸的末端離峰值很遠，且出現了雙峰，可以認為由于有較粗顆粒的存在，使總體的粒度指標大大降低。圖2是多級砂磨方式處 理后的粉料粒度分布曲線，從圖2所示的粒度分布曲線可知，該樣品 有50%的顆粒直徑小于0. 71 jam, 90%的顆粒直徑小于l. 69 mm， 99 。/o顆粒直徑小于3.24jam,以上數據表明，釆用本發明所述的多級砂 磨方式得到的粉體粒度分布范圍較窄，曲線延伸的末端距離峰值較 近，可以認為，多級砂磨方式能夠制備出粒徑小且分布窄的鐵氧體粉 體。
另外，燒結工藝也是制備具有高性能鐵氧體的關鍵，因為即使有 合理的配方、適宜的摻雜，其微觀結果也會因燒結工藝的不同而呈明 顯的差別，本發明從制造高質量的鐵氧體燒結產品和增加產率的角度 考慮，給出了一個高效的、高頻特性優化燒結制度，通過這種燒結制 度就能夠制得具有寬頻高磁導率、低損耗的Mn-Zn系鐵氧體粉體。


圖1是傳統砂磨方式處理后的粉料粒度分布曲線 圖2是多級砂磨方式處理后的粉料粒度分布曲線
具體實施例方式
本發明所述的寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料由Mn-Zn 系鐵氧體粉體主成分和輔助成分組成；所述Mn-Zn系鐵氧體粉體主成 分包括Fe203、 MnO、 ZnO,所述輔助成分包括Bi2(h、 MoO、 V20s、 CaC(h、 Sn02;現取100g本發明所述的軟磁鐵氧體材料，其中含有
Fe203 69g
MnO 15. 5g
ZnO 14. 5g
輔助成分 lg
本發明所述的寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料的制備方法有三個步驟，以制備100g成品為例，具體步驟如下
1)將69g Fe203、 15. 5g Mn0、 14. 5g Zn0均勻混合，均勾混合 后的軟磁鐵氧體粉末在750。C 90(TC的溫度下進行預燒處理，預燒 處理后在空氣中緩慢冷卻。
2 )在預燒處理后并已冷卻的99g軟磁鐵氧體粉末中加入lg輔助 成分后進行多級串聯砂磨，每級釆用不同尺寸鋼球的最優組合，料漿 從前級到后級，即完成了砂磨的全過程，通過這種研磨方式可以高效 地制得粒度分布窄而且均勻的鐵氧體粉末。
3)對經過多級串聯砂磨后的鐵氧體粉末釆用分段控溫、分段氣 氛調控的方式進行熱處理，在80(TC-110(TC的溫度范圍內，釆用低 氧分壓進行燒結；在最高溫度區間，采用含量高于21%的高氧進行 燒結；在保溫時間的2/3處，釆用平衡氧分壓進行燒結；進入冷卻 區，即在125(TC 115(TC的溫度范圍內，釆用瞬間高氧分壓，經過 熱處理后即可得到本寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料的成
權利要求
1、一種寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料，其特征在于本軟磁鐵氧體材料由Mn-Zn系鐵氧體粉體主成分和輔助成分組成；所述Mn-Zn系鐵氧體粉體主成分包括Fe2O3、MnO、ZnO，其中Fe2O3占總量的重量百分比為68.8～70.2％，MnO占總量的重量百分比為15～16.2％，ZnO占總量的重量百分比為14.5～15.2％；所述輔助成分包括Bi2O3、MoO、V2O5、CaCO3、SnO2，輔助成分占總量的重量百分比為0.8～1.8％。
2、 一種寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料的制備方法，其特 征在于本軟磁鐵氧體材料的制備方法有三個步驟，具體步驟如下，(1)將Fe203、 MnO、 ZnO三種粉末按Fe2()3占總量的重量百分比為 68.8 - 70.2%, MnO占總量的重量百分比為15~16. 2%， ZnO占總量的 重量百分比為14. 5~15.2%的比例均勻混合；均勻混合后的軟磁鐵氧 體粉末在75(TC 90(TC的溫度下進行預燒處理，預燒處理后在空氣 中緩慢冷卻；(2)在預燒處理后并已冷卻的軟磁鐵氧體粉末中加入 輔助成分，輔助成分包括Bi203、 MoO、 V20s、 CaC03、 Sn02中的一種 或幾種，輔助成分占總量的重量百分比為0.8~1.8%，加入輔助成分 后進行多級串聯砂磨，每級釆用不同尺寸鋼球的最優組合，料漿從前 級到后級，即完成了砂磨的全過程，通過這種研磨方式可以高效地制 得粒度分布窄而且均勻的鐵氧體粉末；(3)對經過多級串聯砂磨后 的鐵氧體粉末釆用分段控溫、分段氣氛調控的方式進行熱處理，在 80(TC 110(TC的溫度范圍內，釆用低氧分壓進行燒結；在最高溫度 區間，釆用含量高于21%的高氧進行燒結；在保溫時間的2/3處， 釆用平衡氧分壓進行燒結；進入冷卻區，即在1250°C-115(TC的溫 度范圍內，釆用瞬間高氧分壓處理，經過熱處理后即可得到本寬頻高 磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料的成品。
全文摘要
本發明涉及一種軟磁鐵氧體材料，特別是一種寬頻高磁導率低損耗錳鋅軟磁鐵氧體材料，還涉及這種材料的制備方法。本材料由Mn-Zn系鐵氧體粉體主成分和輔助成分組成；所述Mn-Zn系鐵氧體粉體主成分包括Fe₂O₃、MnO、ZnO，其中Fe₂O₃占總量的重量百分比為68.8～70.2％，MnO占總量的重量百分比為15～16.2％，ZnO占總量的重量百分比為14.5～15.2％；所述輔助成分包括Bi₂O₃、MoO、V₂O₅、CaCO₃、SnO₂，輔助成分占總量的重量百分比為0.8～1.8％。本材料的制備方法包括預燒處理、串聯多級砂磨和熱處理三個步驟，能夠獲得具有寬頻高磁導率低損耗特征的錳鋅軟磁鐵氧體材料。
文檔編號C04B35/26GK101419858SQ20071016335
公開日2009年4月29日 申請日期2007年10月23日 優先權日2007年10月23日
發明者陳盛明 申請人:江蘇省晶石磁性材料與器件工程技術研究有限公司