專利名稱：高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于鐵氧體材料技術領域，特別涉及具有優異機械強度的 高飽和磁感應強度、高磁導率MnZn鐵氧體材料技術領域。
背景技術：
MnZn鐵氧體廣泛應用于各種開關電源、變壓器、濾波器以及磁 懸浮等系統。信息技術和數字技術的快速發展，推動用于行信息傳輸 與轉換場合的磁性器件(如ADSL變壓器、感應器和濾波器等)不斷 向小型化、高頻化、集成化等方向發展，這就要求應用于其中的MnZn 軟磁鐵氧體具有高的磁導率(A)和高的飽和磁感應強度(A)。此外， 為了便于鐵氧體進行精密加工，還要求材料具有高的密度和優異的機 械強度。
目前國內外磁導率在7000以上的MnZn鐵氧體材料，其飽和磁感 應強度均低于450mT，密度幾乎都低于5.0g/cm3，少數密度達到5.0 g/cr^的高磁導率MnZn鐵氧體材料，其飽和磁感應強度甚至低于 400mT (謝兵，余忠，蘭中文，等.高密度高磁導率高飽和磁感應強 度MnZn鐵氧體的研究進展.#辨導叛2007,21(11):30)。另外當前對 鐵氧體的研究，多關注磁性能的改善，而對鐵氧體機械性能的研究較 少(余忠，蘭中文.摻Ni錳鋅鐵氧體力學與磁性能.忌:^^學/定2006, 34(11):1387)。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供具有優異機械性能的高飽和 磁感應強度、高磁導率MnZn鐵氧體材料及其制備技術。
本發明解決所述技術問題采用的技術方案是，高磁導率高磁感應 強度MnZn鐵氧體材料，其特征在于，由主料和摻雜劑構成，其中， 主料包括以下組分
51~54mol%Fe203， 15~20mol%ZnO, 0 0.5mol% Sn02，其余為MnC03;
以預燒反應后的主料的質量為參照，按重量比，添加劑的組分包
括
0.05~0.3wt%TiO2 、 0.01~0.3wt%K2CO3 、 0.01~0.3wt%V2O5 、 0.01 0.3wt%Bi2O3、 0.01~0.2wt% Mo03。
進一步的說，所述主料中含有53mol%Fe203， 17mol%ZnO， 0.1mol%SnO2 ， 29.9mol%MnC03 ;所述添加劑的組分包括 0.2wt%TiO2、 0.03wt%K2CO3、 0.05wt%V2O5、 0.1wt%Bi2O3、 0.07wt% Mo03。
或者，所述主料中含有54mol%Fe203 ， 19mol%ZnO ， 27mol%MnC03 ; 所述添加劑的組分包括0.15wt%TiO2 、 0.05wt%K2CO3、 0.03wt%V2O5、 0.2wt%Bi2O3、 0.04wt%MoO3。
由于主料中的Fe203、 ZnO和MnC03在預燒中會發生反應生成 MnZn鐵氧體，若以MnO代替MnC03亦是相同效果，原料中主料的組 分是以Fe203、 ZnO、 Sn02和MnC03計算。添加劑是以反應后的主料 質量為對照，即前述的"以預燒反應后的主料的質量為參照"。例如， 反應后的主料為100g，添加劑為0.2gTiO2、 0.03gK2CO3、 0.05gV2O5、 0.1gBi2O3、 0.07gMoO3，合計為100.45g。
本發明提供的高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體材料的 制備方法，包括下列步驟
1) 配方
主料采用51~54mol%Fe203， 15 20mol%ZnO， 0 0.5mol% Sn02，其余為MnC03;
2) —次球磨
將以上料粉在行星式球磨機內球磨，使料粉混合均勻；
3) 預燒
將步驟2)所得球磨料在800 90(TC爐內預燒1 3小時；
4) 摻雜
將步驟3)所得料粉按重量比加入以下添加劑0.05 0.3wt%TiO2、0.01~0.3wt%K2CO3 、0.01~0.3wt%V2O5 、0.01 0.3wto/oBi2O3 、 0.01 0.2wt%MoO3;
5) 二次球磨
將步驟4)中得到的料粉球磨1 6小時；
6) 成型
將步驟5)所得料粉按重量比加入6 12wt^有機粘合劑，混勻， 造粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件；
7) 氣氛燒結
將步驟6所得坯件在氣氛燒結爐內，于氧分壓為1.5 5%的平衡 氣氛中，在1360 142(TC溫度下致密化燒結2 8小時。
本發明提供了具有優異機械性能的高飽和磁感應強度、高磁導率 MnZn鐵氧體材料及其制備技術，針對當前市場上4>7000的高磁導率 MnZn鐵氧體飽和磁感應強度低于450mT，密度低于5.0 g'cm—s的不足， 在配方中加入適量的Sn02進行離子取代，并利用低熔點物質(V205、 Bi203、 K2C03、 Mo03等)在致密化燒結時形成液相增大傳質速率， 降低氣孔率，提高密度，并控制致密化燒結過程中固相反應進程，改 善MnZn鐵氧體晶粒均勻性，以提高磁導率和飽和磁感應強度，改善 力學性能。本技術采用傳統的氧化物陶瓷工藝，利用離子取代和液相 燒結，制備出力學性能優異的高飽和磁感應強度(Bs〉500mT)、高磁 導率(^〉7000)MnZn鐵氧體材料，具有工藝簡單、成本較低的特點。
圖1為本發明制備方法工藝流程圖。
圖2為本發明的高Bs高(i MnZn鐵氧體材料的SEM像。從圖中 可以看到，制備的力學性能優異的高Bs高n MnZn鐵氧體材料內部 氣孔較少，晶粒均勻致密，粒徑約為25pm。
具體實施例方式
本發明的高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體材料，由主 料和
摻雜劑構成，其中，主料包括以下組分51 54mol%Fe203， 15 20mol%ZnO ， 0 0.5mol% Sn02，其余為 MnC03;
以預燒反應后的主料的質量為參照，按重量比，添加劑的組分包
括
0.05 0.3wt%TiO2 、 0.01~0.3wt%K2CO3 、 0.01~0.3wt0/oV205 、 0.01~0.3wt%Bi2O3、 0.01~0.2wt% Mo03。
進一步的說，所述主料中含有53mol%Fe203， 17mol%ZnO， 0.1mol%SnO2， 29.9mol%MnC03 ; 所述添加劑的組分包括 0.2wt%TiO2、 0.03wt%K2CO3、 0.05wt%V2O5、 0.1wt%Bi2O3、 0.07wt% Mo03。
或者，所述主料中含有54mol%Fe203 ， 19mol%ZnO ， 27mol%MnC03 ; 所述添加齊ij的組分包括0.15wt%TiO2 、 0.05wt%K2CO3、 0.03wto/oV2O5、 0.2wto/oBi2O3、 0.04wt%MoO3。
本發明的制備工藝見圖l，包括如下步驟
1) 配方
采用51~54mol%Fe203， 15~20mol%ZnO， 0 0.5mol% Sn02， 其余為MnC03;
2) —次球磨
將以上料粉在行星式球磨機內球磨1~3小時，使料粉混合均勻；
3) 預燒
將步驟2)所得球磨料在800 90(TC爐內預燒1 3小時；
4) 摻雜
將步驟3)所得料粉按重量比加入以下添加劑0.05~0.3wt%TiO2、 0.01~0.3wt%K2CO3 、0.01~0.3wt%V2O5 、0.01 0.3wt%Bi2O3 、 0.01~0.2wt%MoO3;
5) 二次球磨
將步驟4)中得到的料粉在行星式球磨機中球磨1 6小時；
6) 成型
將步驟5)所得料粉按重量比加入6 12wt^有機粘合劑，混勻，造粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件； 7)氣氛燒結
將步驟6)所得坯件在氣氛燒結爐內，于氧分壓為1.5 5%的平衡
氣氛中，在1360 142(TC溫度下致密化燒結2 8小時。
經過以上工藝制備出的高飽和磁感應強度、高磁導率MnZn鐵氧 體，晶粒均勻致密，粒徑約為25pm。材料磁性能用日本巖崎SY-8232 B-H分析儀測試，密度用排水法測試，維氏硬度用HBRVU-187.5布 洛維光學硬度計測試，抗彎強度用SANS CMT6104型電子萬能試驗 機測試，其性能指標如下
起始磁導率(ai: >7000
在8kHz的頻率、1 8mT的磁場下，平均振幅磁導率^ia: 7000±20%
飽和磁感應強度Bs: >500mT
矯頑力Hc: <5A'm"
剩磁Br: <100mT
密度d: >5.0g'cm—3
抗彎強度Sb: >140MPa
維氏硬度Hv: >600MPa。 實施例1:高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體材料的制備 方法，包括以下步驟
1、 配方
采用53mol%Fe203 ， 17mol%ZnO ，0.1mol%SnO2 ， 29.9mol%MnC03;
2、 一次球磨
將以上料粉在行星式球磨機內球磨1小時，使料粉混合均勻；
3、 預燒
將步驟2所得球磨料在85(TC爐內預燒2小時；
4、 摻雜
將步驟3所得料粉按重量比加入以下添加劑0.2wt%TiO2、0.03wt%K2CO3、 0.05wto/0V2O5、 0.1wto/oBi2O3、 0.07wto/o Mo03;
5、 二次球磨
將步驟4中得到的料粉在行星式球磨機中球磨2小時；
6、 成型
將步驟5所得料粉按重量比加入10wt^有機粘合劑，混勻，造 粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件；
7、 氣氛燒結
將步驟6所得坯件在氣氛燒結爐內，在氧分壓為3%的平衡氣氛 中，在138(TC溫度下燒結6小時。
經過以上工藝制備出的力學性能優異的高Bs高)Li MnZn鐵氧體 材料，其性能指標如下
起始磁導率pi: 7500
在8kHz的頻率、1 8mT的磁場下，平均振幅磁導率iaa: 7250 飽和磁感應強度Bs: 520mT 矯頑力Hc: 3.5A'm—1 乘,Br: 95mT 密度d: 5.03 g-cm'3 抗彎強度Sb: 145MPa 維氏硬度Hv: 640 MPa 實施例2:高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體材料的制備 方法，包括以下步驟
1) 配方
采用54mol%Fe203， 19mol%ZnO， 27mol%MnC03;
2) —次球磨
將以上料粉在行星式球磨機內球磨1.5小時，使料粉混合均勻；
3) 預燒
將步驟2)所得球磨料在85(TC爐內預燒1.5小時；
4) 摻雜
將步驟3)所得料粉按重量比加入以下添加劑0.15wt%TiO2、0.05wt%K2CO3、 0.03wt%V2O5、 0.2wt%Bi2O3、 0.04wt%MoO3;
5) 二次球磨
將步驟4)中得到的料粉在行星式球磨機中球磨2小時；
6) 成型
將步驟5)所得料粉按重量比加入10wt^有機粘合劑，混勻，造 粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件；
7) 氣氛燒結
將步驟6)所得坯件在氣氛燒結爐內，在氧分壓為2%的平衡氣 氛中，在140(TC溫度下燒結4小時。
經過以上工藝制備出的力學性能優異的高Bs高p MnZn鐵氧體 材料，其性能指標如下
起始磁導率一7600
在8kHz的頻率、1 8mT的磁場下，平均振幅磁導率ina: 7300
飽和磁感應強度Bs: 510mT
矯頑力Hc: 3A'm-1
剩磁Br: 90mT
密度d: 5.05g'cm-3
抗彎強度Sb: 143MPa
維氏硬度Hv: 635 MPa。
權利要求
1、高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體材料，其特征在于，由主料和摻雜劑構成，其中，以Fe2O3、ZnO、SnO2和MnCO3計算，主料包括以下組分51～54mol％Fe2O3，15～20mol％ZnO，0～0.5mol％SnO2，其余為MnCO3；以預燒反應后的主料的質量為參照，按重量比，添加劑的組分包括0. 05～0.3wt％TiO2、0.01～0.3wt％K2CO3、0.01～0.3wt％V2O5、0.01～0.3wt％Bi2O3、0.01～0.2wt％MoO3。
2、 如權利要求1所述的高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體 材料，其特征在于，所述主料中含有53mol%Fe203， 17mol%ZnO， 0.1mol%SnO2 ， 29.9mol%MnC03 ; 所述添加劑的組分包括 0.2wt%TiO2、 0.03wt%K2CO3、 0.05wt%V2O5、 0.1wt%Bi2O3、 0.07wt% Mo03。
3、 如權利要求1所述的高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體 材料，其特征在于，所述主料中含有54mol%Fe203， 19mol%ZnO， 27mol%MnC03 ; 所述添力B齊U的組分包括0.15wt%TiO2 、 0.05wt0/oK2C03、 0.03wt0/oV205、 0.2wto/oBi2O3、 0.04wt%MoO3。
4、 高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體材料的制備方法， 其特征在于，包括下列步驟1) 配方主料采用51~54mol%Fe203， 15~20mol%ZnO， 0 0.5mol% Sn02，其余為MnC03;2) —次球磨將以上料粉在行星式球磨機內球磨，使料粉混合均勻；3) 預燒將步驟2)所得球磨料在800 90(TC爐內預燒1 3小時；4) 摻雜將步驟3)所得料粉按重量比加入以下添加劑0.05~0.3wt%TiO2、 0.01 0.3wt%K2CO3 、0.01 0.3wt%V2O5 、0.01 0.3wt%Bi2O3 、 0.01 0.2wt% Mo03;5) 二次球磨將步驟4)中得到的料粉球磨1~6小時； 6) 成型將步驟5)所得料粉按重量比加入6 12wt^有機粘合劑，混勻， 造粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件；7) 氣氛燒結將步驟6所得坯件在氣氛燒結爐內，于氧分壓為1.5 5%的平衡 氣氛中，在1360 142(TC溫度下致密化燒結2 8小時。
5、 如權利要求4所述的高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體 材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1 )中，主料為53mol%Fe203， 17mol%ZnO， 0.1mol%SnO2， 29.9mol%MnC03;所述步驟4)中，添 加劑為0.2wt%TiO2、 0.03wt%K2CO3、 0.05wt%V2O5、 0.1wt%Bi2O3、 0.07wt%MoO3。
6、 如權利要求4所述的高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體 材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中主料為54mol%Fe203， 19mol%ZnO， 27mol%MnC03;所述步驟4)中添加劑為0.15wt%Ti02、 0.05wt%K2CO3、 0.03wt%V2O5、 0.2wt%Bi2O3、 0.04wt%MoO3。
全文摘要
高磁導率高飽和磁感應強度MnZn鐵氧體材料及其制備方法，屬于鐵氧體材料技術領域，本發明的鐵氧體材料由主料和摻雜劑構成，其中，以Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、ZnO、SnO<sub>2</sub>和MnCO<sub>3</sub>計算，主料包括以下組分51～54mol％Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，15～20mol％ZnO，0～0.5mol％SnO<sub>2</sub>，其余為MnCO<sub>3</sub>；以預燒反應后的主料的質量為參照，按重量比，添加劑的組分包括0.05～0.3wt％TiO<sub>2</sub>、0.01～0.3wt％K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>、0.01～0.3wt％V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>、0.01～0.3wt％Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、0.01～0.2wt％MoO<sub>3</sub>。本發明改善了MnZn鐵氧體晶粒均勻性，以提高磁導率和飽和磁感應強度，改善了力學性能。
文檔編號C04B35/26GK101412621SQ20081004635
公開日2009年4月22日 申請日期2008年10月23日 優先權日2008年10月23日
發明者忠 余, 蘭中文, 姬海寧, 科 孫, 李樂中, 蔣曉娜 申請人:電子科技大學