专利名称：一种具有高电阻率和低损耗的纳米晶锰锌铁氧体材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种锰锌铁氧体材料，尤其涉及一种具有高电阻率和低损耗的纳米晶 锰锌铁氧体材料，属于氧化物磁性材料技术领域。本发明还涉及一种具有高电阻率和低损 耗的纳米晶锰锌铁氧体材料的制备方法。
背景技术：
尖晶石结构的锰锌铁氧体由于其具有高电阻率、高磁导率、低损耗、低成本等优 势，因而广泛应用于各种电力电子器件中，特别是一些高频器件中。锰锌铁氧体的性能与其 微观结构密不可分，而微观结构依赖于化学成分及其制备工艺。近年来，随着纳米技术的迅 猛发展，纳米材料因其具有特殊的表面效应、体积效应和量子隧道效应等等受到了人们的 极大关注，一些纳米晶MnSi铁氧体相继被开发出来。在纳米晶MnSi铁氧体的制备方法中， 高能球磨法与共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等方法相比具有工艺简单、成分配比易于控 制、产量大、成本低廉的优点因而被广泛使用，并实现了产业化。然而，电力电子器件高频 化、小型化、轻薄化的发展趋势给纳米晶MnSi铁氧体提出了更高的要求，希望其具有高电 阻率和高频低损耗特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高电阻率和低损耗的纳米晶锰锌铁 氧体材料及其制备方法。为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是一种具有高电阻率和低损耗的纳 米晶锰锌铁氧体材料，该纳米晶MnSi铁氧体材料的化学式可以表示为ΜηχΖηι_χΙ^ ^2ι04， 其中 0. 2 < χ < 0. 8,0. 1 < y < 0. 4。稀土离子对MnSi铁氧体的电、磁性能有着重要的影响。稀土离子La3+有着较大的 离子半径，在MnSi铁氧体中掺入La3+时，他们会进入八面体间隙位置(B)位取代狗3+，因此 减少了 B位置的!^3+的数量，降低了发生!^3+和!^2+之间的电子跳跃的数量，从而提高了 MnZn铁氧体的电阻率。此外，La3+的取代导致微观应力的产生，阻碍电子的运动，同样提高 了 MnSi铁氧体的电阻率。当La3+含量较大时，它们会聚集在晶粒的晶界处，从而增加了对 传到电子的散射，提高了电阻率。MnSi铁氧体在高频使用时，其损耗主要为涡流损耗，电阻 率的增加能有效降低涡流损耗。同时，本发明的特殊烧结过程能有效去除高能球磨过程中 留下的内应力，降低了磁滞损耗。因而，采用本发明制备出的纳米晶MnSi铁氧体具有高电 阻率和低损耗特性。本发明的具有高电阻率和低损耗的纳米晶MnSi铁氧体材料制备方法包括如下步 骤(1)配料根据化学式ΜηχΖινχΙ^ ^-^中Mn、Zn、La、Fe的摩尔比称取MnO、ZnO, La2O3Je3O4 原料，其中 0. 2 ^ χ ^ 0. 8,0. 1 ^ y ^ 0. 4 ；
(2)混合、球磨将各原料在球磨罐中混合均勻，用直径为6 IOmm的硬质钢球， 钢球与原料质量之比为15 25 1。在室温下进行，球磨转速为180 400r/min，连续球 磨时间为100 120h ；(3)加粘合剂并造粒加入一定的有机溶液并进行过筛处理，将粉料制成圆形细 小颗粒；(4)成型使用台式电动压片机将粉料压制成特定形状尺寸的坯件；(5)烧结将坯件真空管式炉进行烧结，其中氩气的平均压力为200 ^Ombar。 以5 8K/min的加热速度升温到350°C 450°C，保温时间30 50min。随后以10 15K/ min的加热速度升温至550°C 970°C，保温时间10 20min，保温结束后随炉冷却至室温。发明的优点(1)本发明加入了稀土元素La，从而得到了具有高电阻率、低的高频损耗的MnSi 铁氧体材料。(2)本发明的制备方法工艺简单、成本低廉，易于实现工业化批量生产。
具体实施例方式以下为本发明的具体实施方式
，对本发明的技术特征做进一步的说明，但本发明 不仅限于这些实施例。实施例1(1)配料根据化学式 Mn。. Jna8LEia2Fe1.804(其中 0. 2 ≤ χ ≤ 0. 8,0. 1 ≤ y ≤ 0. 4) 中 Mn、Zn、La、Fe 的摩尔比称取 MnO, ZnO, La203、Fe3O4 原料；(2)混合、球磨将各原料在球磨罐中混合均勻，用直径为6mm的硬质钢球，钢球与 原料质量之比为15 1。在室温下进行，球磨转速为400r/min，连续球磨时间为IOOh;(3)加粘合剂并造粒加入一定的有机溶液并进行过筛处理，将粉料制成圆形细 小颗粒；(4)成型使用台式电动压片机将粉料压制成特定形状尺寸的坯件；(5)烧结将坯件真空管式炉进行烧结，其中氩气的平均压力为280mbar。以5K/ min的加热速度升温到350°C，保温时间50min。随后以MK/min的加热速度升温至970°C， 保温时间20min，保温结束后随炉冷却至室温。实施例2(1)配料根据化学式 Mn。. J5Zna4LEiaiFe1.904(其中 0. 2 ≤ χ ≤ 0. 8,0. 1 ≤ y ≤ 0. 4) 中 Mn、Zn、La、Fe 的摩尔比称取 MnO, ZnO, La203、Fe3O4 原料；(2)混合、球磨将各原料在球磨罐中混合均勻，用直径为IOmm的硬质钢球，钢球 与原料质量之比为25 1。在室温下进行，球磨转速为180r/min，连续球磨时间为120h ；(3)加粘合剂并造粒加入一定的有机溶液并进行过筛处理，将粉料制成圆形细 小颗粒；(4)成型使用台式电动压片机将粉料压制成特定形状尺寸的坯件；(5)烧结将坯件真空管式炉进行烧结，其中氩气的平均压力为200mbar。以8K/ min的加热速度升温到450°C，保温时间30min。随后以lOK/min的加热速度升温至550°C， 保温时间15min，保温结束后随炉冷却至室温。
实施例3(1)配料根据化学式 MnaSZna2LEici.3FeL704 (其中 0. 2 彡 χ 彡 0. 8，0. 1 彡 y 彡 0. 4) 中 Mn、Zn、La、Fe 的摩尔比称取 MnO, ZnO, La203、Fe3O4 原料；(2)混合、球磨将各原料在球磨罐中混合均勻，用直径为8mm的硬质钢球，钢球与 原料质量之比为20 1。在室温下进行，球磨转速为300r/min，连续球磨时间为IlOh ；(3)加粘合剂并造粒加入一定的有机溶液并进行过筛处理，将粉料制成圆形细 小颗粒；(4)成型使用台式电动压片机将粉料压制成特定形状尺寸的坯件；(5)烧结将坯件真空管式炉进行烧结，其中氩气的平均压力为250mbar。以8K/ min的加热速度升温到400°C，保温时间40min。随后以MK/min的加热速度升温至970°C， 保温时间lOmin，保温结束后随炉冷却至室温。实施例4(1)配料根据化学式 MnaSZna2LEici.4FeL604 (其中 0. 2 彡 χ 彡 0. 8,0. 1 ^ y ^ 0. 4) 中 Mn、Zn、La、Fe 的摩尔比称取 MnO, ZnO, La203、Fe3O4 原料；(2)混合、球磨将各原料在球磨罐中混合均勻，用直径为IOmm的硬质钢球，钢球 与原料质量之比为20 1。在室温下进行，球磨转速为400r/min，连续球磨时间为IlOh ；(3)加粘合剂并造粒加入一定的有机溶液并进行过筛处理，将粉料制成圆形细 小颗粒；(4)成型使用台式电动压片机将粉料压制成特定形状尺寸的坯件；(5)烧结将坯件真空管式炉进行烧结，其中氩气的平均压力为250mbar。以6K/ min的加热速度升温到400°C，保温时间40min。随后以MK/min的加热速度升温至900°C， 保温时间15min，保温结束后随炉冷却至室温。用XRD检测实施例1、2、3中样品的相结构，用kherrer公式D = 0. 94 λ / β cos θ (D为晶粒直径、λ为X射线波长0. 1542nm)来计算平均晶粒尺寸；用功率损耗仪测 量磁芯在100°C 50mT频率为500kHz下的损耗Pev ；用四探针电阻率测试仪测量样品的电阻 率。测量结果列于表1。由所列结果可知，本发明的纳米晶软磁铁氧体材料具有高电阻率、低高频损耗的 优异性能用它制成的磁芯可以广泛应用于通信、广播、电视、自动控制、航天技术、计算机技 术及其它IT产业中的各种类型的电感器、变压器、扼流圈、抑制器等器件中。表 权利要求
1.一种具有高电阻率和低损耗的纳米晶锰锌铁氧体材料，其特征在于该纳米晶锰锌 铁氧体材料的化学式表示为=MnxZnhLE^e2IO4,其中0. 2≤χ≤0. 8，0. 1≤y≤0. 4。
2.一种具有高电阻率和低损耗的纳米晶锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于该制 备方法包括如下步骤(1)配料根据化学式ΜηχΖινχΙ^ ^-^中Mn、Zn、La、Fe的摩尔比称取Mn0、ai0、La203、 Fe3O4原料，其中0. 2≤χ≤0. 8，0. 1≤y≤0. 4 ；(2)混合、球磨将各原料在球磨罐中混合均勻，用直径为6 IOmm的硬质钢球，钢球 与原料质量之比为15 25 1，在室温下进行，球磨转速为180 400r/min，连续球磨时 间为100 120h ；(3)加粘合剂并造粒加入一定的有机溶液并进行过筛处理，将粉料制成圆形细小颗粒；(4)成型使用台式电动压片机将粉料压制成特定形状尺寸的坯件；(5)烧结将坯件真空管式炉进行烧结，其中氩气的平均压力为200 ^Ombar，以5 8K/min的加热速度升温到350°C 450°C，保温时间30 50min，随后以10 MK/min的 加热速度升温至550°C 970°C，保温时间10 20min，保温结束后随炉冷却至室温。
全文摘要
本发明涉及一种具有高电阻率和低损耗的纳米晶锰锌铁氧体材料，该纳米晶MnZn铁氧体材料的化学式可以表示为MnxZn1-xLayFe2-yO4，其中0.2≤x≤0.8，0.1≤y≤0.4，该发明的纳米晶MnZn铁氧体材料的颗粒尺寸10～25nm，室温电阻率高达3.2×103Ωm，高频损耗仅有70mW/cm3(100℃；50mT；500kHz)。此外，本发明中制备工艺简单可控，成本低廉，易于进行批量生产，制备出的纳米晶MnZn铁氧体可以广泛应用于通信、自动控制、电子设备等领域。
文档编号C04B35/38GK102060518SQ201010563669
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者戴建中, 邹仲鹤, 陆静军, 魏瑞明 申请人:苏州天铭磁业有限公司