专利名称：一种可应用于高速切换器的纳米晶锰锌铁氧体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及到一种锰锌铁氧体材料，尤其涉及一种可应用于高速切换器的纳米晶 铁氧体材料及其制备方法，属于氧化物磁性材料技术领域。
背景技术：
锰锌铁氧体是具有尖晶石结构的软磁铁氧体，也是一种用途广、产量大、成本低的 电子工业及机电工业基础材料，被广泛用作电子开关元件、高速切换元件、磁头材料、磁记 录材料等。尤其在高速切换开关中，纳米晶软磁铁氧体的应用受到格外关注。随着信息技术 和电子产品数字化的发展，为适应各种电器小型化、片式化、高频化的发展趋势，制备出晶 粒细小均勻、起始磁导率高、矫顽力低、饱和磁化强度高的软磁铁氧体尤为重要。然而，传统 方法制备出的锰锌铁氧体，其晶粒尺寸和性能都不能很好的适用于高速切换器中。因此，科 学研究领域和技术应用领域的科研人员围绕锰锌铁氧体的化学成分、制备方法及其电磁性 能之间的关系开展了深入的研究，希望开发出可应用于高速切换器的纳米晶锰锌铁氧体。
发明内容
本发明针对现有锰锌铁氧体的晶粒尺寸相对较大、其实磁导率低、矫顽力大等缺 点难以应用于高速切换器中，提供一种可应用于高速切换器的纳米晶锰锌铁氧体材料。本 发明还提供一种可应用于高速切换器的纳米晶锰锌铁氧体材料得制备方法。本发明针对现存的上述问题，主要通过以下技术方案得以解决的一种可以 应用于高速切换器的纳米晶锰锌铁氧体材料，其化学式可以表示为MrvxZnxFeO4，其中 0. 1 ^ χ ^ 0. 5o本发明提供的一种可应用于高速切换器的纳米晶锰锌铁氧体材料得制备方法包 括以下步骤(1)根据化学式MrvxZnxFeO4 (其中0. 1彡χ彡0. 5)中对应χ (Zn) = 0. 1 0. 5的 配比设计出不同成分比的MnZn铁氧体。按照Mn、Zn、Fe的摩尔比称取纯度分别为96%氯 化锰(MnCl2 · 4Η20)、96%硫酸锌(ZnSO4 · 7Η20)、98%氯化铁(FeCl3 · 6Η20)，配置混合溶液；(2)将步骤(1)中混合液加入到去离子水中，油温加热至设计温度65 100°C并 用磁力搅拌器搅拌均勻；(3)加快搅拌速度，向混合液中迅速加入NaOH溶液，调节pH值至11 13进行共 沉淀，在该温度下保持1 1. 5h ；(4)冷却至室温，陈化3 5d，调节pH至6 8，用乙醇和去离子水清洗去除杂质；(5)将清洗好的沉淀物在100 120°C温度下进行脱水抽虑烘干，研磨成粉末状标 号；(6)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；(7)烧结将坯件放入电阻炉中进行热处理，以100 120°C /h的升温速度加热到
3450°C 800°C下保温6 10h，最后关闭电源冷却至室温。常用的开关元件中一般使用微米级的铁氧体软磁材料，它们具有矩形的磁滞回 线，在磁化反转过程中，由于磁畴壁运动的不可逆性，切换时间很大一部分由磁畴壁的不可 逆运动决定。而在单畴纳米体系中，磁化过程主要通过磁矩的磁化反转来实现，畴壁的位移 基本消失，因此在高频磁场作用下，可以在短暂的时间内完成磁化反转，从而是开关元件具 有高的转换速率。由此可见，铁氧体颗粒的大小是影响其磁性能的一个重要因素。因此，本 发明采用化学共沉淀法制备的纳米晶MnZn铁氧体具有晶粒尺寸小，矫顽力小和起始磁导 率的优点。本发明与现有技术相比具有以下优势(1)本发明的制备方法不仅成本低，工艺简单，生产效率高，而且烧结温度低，节能 降耗，有利于实现大规模的工业化生产。(2)采用本发明制备出的纳米晶MnZn铁氧体材料具有晶粒尺寸小，矫顽力小和起 始磁导率的优点，适用于高速转换器中。
附图是本发明纳米晶MnZn铁氧体制备方法的流程图。
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)根据化学式Mn1^xZnxFeZO4中取χ = 0. 1，对应按照Mn2+、Zn2+、Fe3+、的摩尔比 9:1: 10称取纯度分别为96%氯化锰(厘11(12*4!120)、96%硫酸锌(21^04*7!120)、98%氯 化铁(FeCl3 · 6Η20)；(2)将⑴中混合液加入到去离子水中，油温加热至设计温度65°C并用磁力搅拌 器搅拌均勻；(3)加快搅拌速度，向混合液中迅速加入NaOH溶液，调节pH值至12进行共沉淀， 在该温度下保持Ih ；(4)冷却至室温，陈化5d，调节pH至6左右，用乙醇和去离子水清洗去除杂质；(5)将清洗好的沉淀物在100°C温度下进行脱水抽虑烘干，研磨成粉末状，标号1 ；(6)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；(7)烧结将坯件放入电阻炉中进行烧结处理，以100°C /h的升温速度加热到 450°C下保温10h，最后关闭电源冷却至室温。实施例2(1)根据化学式Mn1^xZnxFeZO4中取χ = 0. 2，对应按照Mn2+、Zn2+、Fe3+、的摩尔比 8:2: 10称取纯度分别为96%氯化锰(厘11(12*4!120)、96%硫酸锌(21^04*7!120)、98%氯 化铁(FeCl3 · 6Η20)；(2)将⑴中混合液加入到去离子水中，油温加热至设计温度80°C并用磁力搅拌 器搅拌均勻；
4
(3)加快搅拌速度，向混合液中迅速加入NaOH溶液，调节pH值至11进行共沉淀， 在该温度下保持1. 5h ；(4)冷却至室温，陈化3d，调节pH至6左右，用乙醇和去离子水清洗去除杂质；(5)将清洗好的沉淀物在115°C温度下进行脱水抽虑烘干，研磨成粉末状，标号2 ；(6)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；(7)烧结将坯件放入电阻炉中进行退火处理，以120°C /h的升温速度加热到 550°C下保温10h，最后关闭电源冷却至室温。实施例3(1)根据化学式MrvxZnxFeZO4中取χ = 0. 3，对应按照Mn2+、Zn2+、Fe3+、的摩尔比 7:3: 10称取纯度分别为96%氯化锰(厘11(12*4!120)、96%硫酸锌(21^04*7!120)、98%氯 化铁(FeCl3 · 6H20)；(2)将⑴中混合液加入到去离子水中，油温加热至设计温度90°C并用磁力搅拌 器搅拌均勻；(3)加快搅拌速度，向混合液中迅速加入NaOH溶液，调节pH值至12进行共沉淀， 在该温度下保持Ih ；(4)冷却至室温，陈化4d，调节pH至6左右，用乙醇和去离子水清洗去除杂质；(5)将清洗好的沉淀物在100°C温度下进行脱水抽虑烘干，研磨成粉末状，标号3 ；(6)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；(7)烧结将坯件放入电阻炉中进行退火处理，以115°C /h的升温速度加热到 800°C下保温6h，最后关闭电源冷却至室温。实施例4(1)根据化学式MrvxZnxFeZO4中取χ = 0. 4，对应按照Mn2+、Zn2+、Fe3+、的摩尔比 6:4: 10称取纯度分别为96%氯化锰(厘11(12*4!120)、96%硫酸锌(21^04*7!120)、98%氯 化铁(FeCl3 · 6H20)；(2)将⑴中混合液加入到去离子水中，油温加热至设计温度100°C并用磁力搅拌 器搅拌均勻；(3)加快搅拌速度，向混合液中迅速加入NaOH溶液，调节pH值至13进行共沉淀， 在该温度下保持Ih ；(4)冷却至室温，陈化3d，调节pH至7左右，用乙醇和去离子水清洗去除杂质；(5)将清洗好的沉淀物在120°C温度下进行脱水抽虑烘干，研磨成粉末状，标号4 ；(6)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；(7)烧结将坯件放入电阻炉中进行退火处理，以100°C /h的升温速度加热到 700°C下保温8h，最后关闭电源冷却至室温。实施例5(1)根据化学式MrvxZnxFeZO4中取χ = 0. 5，对应按照Mn2+、Zn2+、Fe3+、的摩尔比 1:1: 2称取纯度分别为96%氯化锰(MnCl2 ·4Η20)、96%硫酸锌(ZnSO4 ·7Η20)、98%氯 化铁(FeCl3 · 6Η20)；(2)将⑴中混合液加入到去离子水中，油温加热至设计温度85°C并用磁力搅拌 器搅拌均勻；
5
(3)加快搅拌速度，向混合液中迅速加入NaOH溶液，调节pH值至11进行共沉淀， 在该温度下保持1. 5h ；(4)冷却至室温，陈化5d，调节pH至8左右，用乙醇和去离子水清洗去除杂质；(5)将清洗好的沉淀物在100°C温度下进行脱水抽虑烘干，研磨成粉末状，标号5 ；(6)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；(7)烧结将坯件放入电阻炉中进行退火处理，以120°C /h的升温速度加热到 650°C下保温10h，最后关闭电源冷却至室温。用XRD检测实施1、2、3、4、5中坯件的结构，借助Scherrer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。采用振动样品磁强计VSM测量样品在室温时的饱和磁化强度Ms和矫顽力H。，用阻 抗分析仪测量样品铁氧体25°C频率为IOkHz时的起始磁导率μ i所得结果可参见表1。由测量结果可知，本发明所得纳米晶MnZn铁氧体晶粒尺寸很小，小于理论的单畴 临界尺寸，可以在极短的时间内完成磁性切换，且具有较高的起始磁导率和低的矫顽力，能 满足高速开关的性能要求，可以广泛应用于制备高速开关元件。表 1
性能晶粒大小起始磁导率矫顽力D/nmHc/Oe (25°C)实施例1-1055001.9实施例2-1256002.2实施例3-2070002.6实施例4-1565001.9实施例5-1354002.3
权利要求
一种可应用于高速转换器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化学式为Mn1 xZnxFe2O4，其中0.1≤x≤0.5。
2. —种可应用于高速转换器的纳米晶锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于包括如 下步骤(1)根据化学式MrvxZnxFeO4的配比设计出不同成分比的MnZn铁氧体；按照Mn、Zn、 Fe的摩尔比称取纯度分别为96%氯化锰、96%硫酸锌、98%氯化铁，配置混合溶液，其中 0. 1 彡 χ 彡 0. 5 ；(2)将步骤(1)中混合液加入到去离子水中，油温加热至设计温度65 100°C并用磁 力搅拌器搅拌均勻；(3)加快搅拌速度，向混合液中迅速加入NaOH溶液，调节pH值至11 13进行共沉淀， 在该温度下保持1 1. 5h ；(4)冷却至室温，陈化3 5d，调节pH至6 8，用乙醇和去离子水清洗去除杂质；(5)将清洗好的沉淀物在100 120°C温度下进行脱水抽虑烘干，研磨成粉末状标号；(6)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；(7)烧结将坯件放入电阻炉中进行热处理，以100 120°C/h的升温速度加热到 450°C 800°C下保温6 10h，最后关闭电源冷却至室温。
全文摘要
本发明涉及一种可应用于高速切换器的纳米晶锰锌铁氧体及其制备方法，该纳米晶MnZn铁氧体材料的化学式可以表示为MnxZn1-xFe2O4，其中0.1≤x≤0.5。本发明制备方法工艺简单、成本低廉，易于进行工业化大生产，制备出的纳米晶MnZn铁氧体颗粒尺寸在10～20nm之间，起始磁导率高达7000，矫顽力低至1.9Oe，能满足高速切换器的性能要求，可以广泛应用于高速切换器中。
文档编号C04B35/26GK101979360SQ20101056404
公开日2011年2月23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