專利名稱：高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于氧化物磁性材料技術領域，尤其是涉及一種高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料KHlO及其制備方法。
背景技術：
高磁導率軟磁鐵氧體是鐵氧體材料中應用最廣泛和需求量最大的一種，是目前軟 磁材料發展的主要方向。產品主要用于電子技術中的小信號處理器件，在現代光纖通信和 數字通信技術中的電感器、濾波器、寬帶變壓器、脈沖變壓器都被大量使用。這類材料主要 在低功率下工作，特點是高的磁導率和低的損耗率，能明顯地減少變壓器的體積和增加頻 帶寬度。隨著數字通信尤其是移動通信設備的飛速發展，寬帶(ISDN)變壓器磁芯都采用高 磁導率鐵氧體材料，其傳輸頻率在IKHz到IMHz帶寬范圍，并能保證高頻脈沖信號具有穩定 的阻抗——頻率特性。高磁導率鐵氧體材料還大量用于共模扼流圈磁芯以及管、珠等形狀 的磁芯，還可用于抗電磁干擾的電源濾波器。要縮小電感器、濾波器、寬帶變壓器、脈沖變壓 器等器件的體積，就要求器件具有高的電感，需使用的磁性材料要具有高的磁導率，即材料 在寬的頻率范圍內其電感值要保持不變。高磁導率軟磁鐵氧體廣泛應用于各類電子產品中，例如通信設備，家用電器，計 算機，汽車等。近年來，電子產品向輕、薄、短、小方向的發展，對軟磁鐵氧體材料的性能提出 了更高的要求，其中高磁導率錳鋅材料是隨著市場發展變化最快，市場前景最好的材料之 一。高磁導率錳鋅鐵氧體材料主要用于電子電路寬帶變壓器，綜合業務數字網(ISDN)、局域 網(LAN)、寬域網(WAN)、背景照明等領域的脈沖變壓器，抗電磁波濾波器等領域。這些領域 的磁心基本上是在弱場下工作，這時材料的高磁導率就會顯示出獨特的優越性。首先，材料的磁導率較高時，較少的線圈匝數就可以獲得需求的電感量，進而有效 地降低線圈的直流電阻及由其引起的損耗；其次，使用磁導率高的材料能明顯減小變壓器 的體積，有利于器件和系統的小型化、輕量化。這些特點順應了電子產品的發展趨勢，目前 其產量已占全部軟磁鐵氧體總產量的25%以上。隨著通信、計算機、網絡等電子信息產業的 高速發展，其市場需求以年均20%以上的速度高速增長。因此，國內外相關企業對高磁導率 MnZn鐵氧體的研究都非常重視，研究成果不斷涌現。材料研究進展早期高導材料的發展只 是片面追求高磁導率和一定的居里溫度。然而，這種材料在實際中的應用十分有限，應用市 場大量的需求要求材料不僅要具有高的初始磁導率，同時必須具有良好的溫度特性、頻率 特性、低的損耗、高的阻抗和良好的疊加性能等。這就要求在提高磁導率的同時，兼顧其他 性能參數，使材料性能達到一個很好的平衡。磁滯系數ηΒ低即低諧波失真(THD)要求近年來，通信技術快速發展，xDSL(包 含非對稱數字用戶線ADSL和對稱數字用戶線SDSL)技術得到廣泛引用。對用來實現隔 離、阻抗匹配和高低通濾波功能的高磁導率鐵氧體磁心的需求量越來越大，同時對鐵氧體 磁心提出了更高的要求。為了在信號傳輸過程中減小波形失真，減少傳輸錯誤，延長傳輸 距離，要求變壓器具有低的總諧波失真。總諧波失真與磁心材料的性能、磁心的幾何形狀和變壓器的設計直接相關。其中與磁心材料性能相關的指標是比磁滯損耗系數ηΒ，它表 征鐵氧體材料在一定磁通密度變化情況下的損耗特性。國內外廠家都十分重視這一市場， 并積極應對，開發出了各自相應的低THD材料。典型牌號有EPCOS公司的新Τ38，磁導率 為 10000士30%，ηΒ < 0. 3' 10-6/mT ;Nicera 公司的 10ΤΒ，磁導率為 10000士30%，ηB <0.12' 10-6/mT ；臺灣越峰電子的 Α101，磁導率為 10000 士 30%，ηΒ < 0. 5' 10-6/mT ； TDK 公司的 DN40、DN70，磁導率分別為 4000 士 25%、7000 士 25%，η B 分別為 < 0.8' 10-6/ mT 和 <0.2' ΙΟ-6/mT ；天通的 TH10，磁導率 10000士30%，ηΒ < 0. 3' 10-6/mT。高磁導率領域的研究已經從簡單的追求高磁導率方面轉移到提高綜合性能上來， 這是當前高磁導率鐵氧體的發展趨勢。由于電子整機的日益小型化，對電子元器件的微型化、片式化的要求也日益迫切， 當目前現有的方法生產的軟磁錳鋅鐵氧體材料卻很難具備高磁導率μ i、低磁滯系數ηΒ 等性能。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具備高磁導率 μ i、低磁滯系數ηΒ的高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料及其制備方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅 鐵氧體材料，其特征在于，該材料包括主料和微量添加物，所述的主料包括組分和摩爾百分 含量氧化鐵51-55%，氧化鋅15-20%，氧化錳余量；所述的微量添加物選自Nb205、TiO2, Bi203、Mo203、CaCO3中的2種或者2種以上，其加入量為材料總重量的400-1800ppm。所述的微量添加物中每種微量添加物的加入量為100-800ppm。一種高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，該方 法包括以下步驟(1)混合按原料中主料配方的組分和摩爾百分含量，稱取氧化鐵51-55%，氧化 鋅15-20%，氧化錳余量，采用強混機混合l_3h得到含主料的粉料；(2)預燒將上述粉料投入回轉窯預燒，預燒溫度在800 950°C，預燒時間為 40 70分鐘，控制混和粉料流量為5-7公斤/分鐘，回轉窯轉速為5 20轉/分鐘，使紅 色的混和粉料初步發生固相反應，并使混和粉料由紅色轉變成黑色混合物；(3)粗粉碎將上述預燒得到的黑色混合物采用振動球磨機進行粗粉碎，粉碎時 間為30 60分鐘，使粉料粒徑大小分布均勻，用水沖法過200目篩網過篩；(4)砂磨將上述過篩后的粗粉碎含主成份的黑色粉末與微量添加物在砂磨機中 進行砂磨，整個砂磨時間為80 140分鐘，得到細粉碎后含主成份的黑色粉末；(5)制漿砂磨過程結束時，將細粉碎后含主成份的黑色粉末在制漿桶里攪拌1-2 小時使其料漿充分攪拌均勻，再投入膠水和消泡劑，膠水和消泡劑的總加入量為料漿的 0. 5 lwt% ；(6)噴霧干燥經過制漿后的漿料，控制進口溫度在290°C 350°C，出口溫度在 80°C 100°C下通過噴霧造粒塔噴成表面干燥、中間濕潤、具有良好流動性與分散性的顆 粒，即得產品。步驟(1)中所述的粉料的粒徑為1. 0-1. 5 μ m。
步驟⑷中所述的黑色粉末的粒徑分布控制在1.0 1.2μπι之間。步驟(4)中所述的砂磨采用濕法粉碎，利用純水作為介質，在砂磨機中投入粗粉 碎含主成份的黑色粉末、純水、分散劑與微量添加物，分散劑在砂磨開始時隨同預燒過的 含主成份的黑色粉料加入，加入量為以粗粉碎的含主成份的黑色粉末和純水總重量為 100%計，粗粉碎的含主成份的黑色粉末50 70wt%，純水30 50wt% ；以投入砂磨機中 的粗粉碎的含主成份的黑色粉末、純水、分散劑和微量添加物的總重量為100%計，所述的 分散劑0. 5 Iwt %，微量添加物0. 5 1. Owt % ο所述的微量添加物選自Nb205、Ti02、Bi203、Mo203、CaCO3中的2種或者2種以上。步驟(5)中所述的膠水為聚乙烯醇的溶液。與現有技術相比，本發明通過配方及摻雜的正交試驗，優化燒結方法。可以生產具 備高磁導率μ i > 10000 (25°C，IKHzlOmV)、低磁滯系數ηΒ < 0. 5Χ 10-6/mT的軟磁錳鋅鐵 氧體材料KHlO。
具體實施例方式為清楚地說明本發明高初始磁導率μ i、低磁滯系數ηΒ的軟磁錳鋅鐵氧體材料 材料及其制備方法，提供了下列具體實施例，但決不是為了限制本發明。具體實施工藝流程為稱料——強混——預燒——破碎——砂磨——制漿——二次噴霧造粒——壓 制——燒結實施例1 一種高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，具體步驟如下(1)混和按原料中主料配方的組分和摩爾百分含量，精確稱取51_55%氧化鐵 (Fe2O3)、15 20%的氧化鋅(ZnO)，其余為氧化錳(MnO)，采用強混機混和均勻，總的混和時 間為2h，混和后的粉料粒徑控制在1. O 1. 4 μ m左右。(2)預燒將上述混和粉料投入回轉窯預燒，預燒溫度在800 950°C，預燒時間為 40 70分鐘，控制混和粉料流量為6kg左右/分鐘，回轉窯轉速為5 20轉/分鐘，使紅 色的混和粉料初步發生固相反應，并使混和粉料由紅色轉變成黑色。(3)粗粉碎將預燒得到的黑色混采用加入振動球磨機進行粗粉碎，粉碎時間為 30 60分鐘，使粉料粒徑大小分布均勻，用水沖法過200目篩網通過率控制在95%以上；(4)砂磨將經粗粉碎的混和物進行砂磨，得到細粉碎后的黑色漿料，整個砂磨時 間為80 140分鐘，一般粒徑的分布控制在1. O 1. 2 μ m之間。在碎磨機中投入粗粉的黑色粉末、純水、分散劑和微量添加物，投入比例為以 粗粉碎的含主成份的黑色粉末和純水總重量為100%計，粗粉碎的含主成份的黑色粉末 50 70wt%，純水30 50wt% ；以投入砂磨機中的粗粉碎的含主成份的黑色粉末、純水、 分散劑和微量添加物的總重量為100%計，所述的分散劑0. 5 Iwt%，微量添加物0. 5 1. Owt % ；所述的微量添加物為Bi203、Mo203、TiO2, CaCO3,其加入量以軟磁錳鋅鐵氧體材料總 重量為 100%計,Bi2O3 :300ppm、Mo2O3 :500ppm、Ti02 :800ppm、CaCO3 :200ppm ；(5)制漿砂磨過程結束時，在制漿桶里攪拌1-2小時使其料漿更充分攪拌均勻，再投入膠水(聚乙烯醇的溶液)和消泡劑，膠水和消泡劑的總加入量0. 5 wt ；(6)噴霧干燥經過制漿后的漿料，控制進口溫度在290°C 350°C，出口溫度在80°C 100°C下通過噴霧造粒塔噴成表面干燥、中間濕潤、具有良好流動性與分散性的顆 粒。(7)壓制取已噴好的顆粒料加少許硬脂酸鋅攪拌均勻(顆粒料硬脂酸鋅= 1 3)，壓制成Φ22Χ14Χ8的環形坯件在鐘罩爐中燒結。實施例2 12 用實施例1的步驟和制備方法，選用不同的主成分的配比及微量添加物的添加量 (具體如表1所示)分別制備樣品。對比例13 15 用實施例1的步驟和制備方法，分別選擇本發明配方1-12，常規高Bs低損耗配方13-15，具體主成分配比及微量添加物的添加量如表1所示，分別制備樣品。表1 本發明的實施例1 12與對比例13 15中主成分的配比及微量添加物添
加量
權利要求
1.高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料，其特征在于，該材料包括主料和微量 添加物，所述的主料包括組分和摩爾百分含量氧化鐵51-55%，氧化鋅15-20%，氧化錳余 量；所述的微量添加物選自Nb205、TiO2, Bi203、Mo2O3> CaCO3中的2種或者2種以上，其加入 量為材料總重量的400-1800ppm。
2.根據權利要求1所述的高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料，其特征在于， 所述的微量添加物中每種微量添加物的加入量為100-800ppm。
3.—種如權利要求1所述的高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法， 其特征在于，該方法包括以下步驟(1)混合按原料中主料配方的組分和摩爾百分含量，稱取氧化鐵51-55%，氧化鋅 15-20%，氧化錳余量，采用強混機混合l_3h得到含主料的粉料；(2)預燒將上述粉料投入回轉窯預燒，預燒溫度在800 950°C，預燒時間為40 70 分鐘，控制混和粉料流量為5-7公斤/分鐘，回轉窯轉速為5 20轉/分鐘，使紅色的混和 粉料初步發生固相反應，并使混和粉料由紅色轉變成黑色混合物；(3)粗粉碎將上述預燒得到的黑色混合物采用振動球磨機進行粗粉碎，粉碎時間為 30 60分鐘，使粉料粒徑大小分布均勻，用水沖法過200目篩網過篩；(4)砂磨將上述過篩后的粗粉碎含主成份的黑色粉末與微量添加物在砂磨機中進行 砂磨，整個砂磨時間為80 140分鐘，得到細粉碎后含主成份的黑色粉末；(5)制漿砂磨過程結束時，將細粉碎后含主成份的黑色粉末在制漿桶里攪拌1-2小時 使其料漿充分攪拌均勻，再投入膠水和消泡劑，膠水和消泡劑的總加入量為料漿的0. 5 Iwt % ；(6)噴霧干燥經過制漿后的漿料，控制進口溫度在290°C 350°C，出口溫度在80°C 100°C下通過噴霧造粒塔噴成表面干燥、中間濕潤、具有良好流動性與分散性的顆粒，即得產品。
4.根據權利要求3所述的高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其 特征在于，步驟(1)中所述的粉料的粒徑為1.0-1.5μπι。
5.根據權利要求3所述的高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其 特征在于，步驟(4)中所述的黑色粉末的粒徑分布控制在1.0 1.2 4!11之間。
6.根據權利要求3所述的高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法， 其特征在于，步驟(4)中所述的砂磨采用濕法粉碎，利用純水作為介質，在砂磨機中投入粗 粉碎含主成份的黑色粉末、純水、分散劑與微量添加物，分散劑在砂磨開始時隨同預燒過 的含主成份的黑色粉料加入，加入量為以粗粉碎的含主成份的黑色粉末和純水總重量為 100%計，粗粉碎的含主成份的黑色粉末50 70wt%，純水30 50wt% ；以投入砂磨機中 的粗粉碎的含主成份的黑色粉末、純水、分散劑和微量添加物的總重量為100%計，所述的 分散劑0. 5 Iwt %，微量添加物0. 5 1. Owt %。
7.根據權利要求6所述的高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其 特征在于，所述的微量添加物選自Nb205、Ti02、Bi203、Mo203、CaCO3中的2種或者2種以上。
8.根據權利要求3所述的高磁導率低磁滯系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其 特征在于，步驟(5)中所述的膠水為聚乙烯醇的溶液。
全文摘要
本發明涉及高磁導率低磁滯ηB系數的軟磁錳鋅鐵氧體材料及其制備方法，該材料包括主料和微量添加物，所述的主料包括組分和摩爾百分含量氧化鐵51-55％，氧化鋅15-20％，氧化錳余量；所述的微量添加物選自Nb2O5、TiO2、Bi2O3、Mo2O3、CaCO3中的2種或者2種以上，其加入量為材料總重量的400-1800ppm。與現有技術相比，本發明具有高磁導率μi、低磁滯系數ηB等優點。
文檔編號H01F1/34GK101996728SQ20091019470
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月27日 優先權日2009年8月27日
發明者唐云舟, 沈永春, 陳俊 申請人:上海康順磁性元件廠有限公司