一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种铁氧体，具体涉及一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体及其制备工艺。该铁氧体由主要组分和辅助组分组成，主要组分包括：以Fe2O3换算为52-54mol％摩尔百分比的氧化铁，以ZnO换算为18-21mol％摩尔百分比的氧化锌，和余量以MnO换算的氧化锰；相对于主要组分，辅助成分包括：以CaO换算计为100-500ppm的Ca，以Bi2O3换算计为300-1000ppm的Bi，以SnO2换算计为100-400ppm的Sn，以MoO3换算计为200-800ppm的Mo。并经混料、振磨、预烧、球磨、造粒成型和烧结得到最终产品。制备的产品在保证磁导率在12000±30%的基础上，将Bs（饱和磁感应强度）提高到了470mT以上。
【专利说明】一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体
及其制备工艺
【技术领域】[0001]本发明涉及一种铁氧体，具体涉及一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体及其制备工艺。
【背景技术】[0002]目前数字技术、光纤通信等行业对电感器、滤波器、扼流圈、宽带和脉冲变压器应用需求大量高磁导率软磁铁氧体。软磁铁氧体是以Fe2O3为主成分的亚铁磁性氧化物，采用粉末冶金方法生产。有Mn-Zn、Cu-ZruN1-Zn等几类，其中Mn-Zn铁氧体的产量和用量最大，Mn-Zn铁氧体的电阻率低，为1-10欧姆/米，一般在IOOkHZ以下的频率使用。Cu-Zn、N1-Zn铁氧体的电阻率为102-104欧姆/米，在IOOkHz-1O兆赫的无线电频段的损耗小，多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器。[0003]软磁铁氧体的特点是:饱和磁通密度低，磁导率低，居里温度低，中高频损耗低，成本低。前三个低是它的缺点，限制了它的使用范围，现在正在努力改进。后两个低是它的优点，有利于进入高频市场，现在正在努力扩展。而目前的软磁铁氧体虽然有些的磁导率已经达到在12000 ±30%，但是其Bs (饱和磁感应强度)仍然在410mT左右，虽然相对以前已经得到了很大的提升，但是依然不能满足目前实际的需要。[0004]一个申请号为200410036807.7的发明专利，公开了一种铁氧体材料，它是作为主成分含有规定量的氧化铁、氧化铜、氧化锌以及氧化镍的NiCuZn系的铁氧体材料，作为辅助成分，含有规定量的氧化铋、氧化硅、氧化镁、氧化钴，以此构成铁氧体材料，因此能够提供温度特性极其良好(相对于温度变化的磁导率的变化率小)、品质因数Q高、高强度的NiCuZn系铁氧体材料。但是其Bs (饱和磁感应强度)远远达不到目前的需求。[0005]一个申请号为200310114712.8的发明专利，公开了一种Mn-Zn系铁氧体，含有氧化铁为按Fe2O3换算51-54摩尔％、氧化锌按ZnO换算为14-21摩尔％、以及余部为氧化锰的主成分，该专利公开的铁氧体也不能满足目前的高Bs的要求。
【发明内容】
[0006]本发明的针对目前现状，一个目的是为了提供一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体。以满足目前各领域对铁氧体高性能的要求，将软磁铁氧体保持较高磁导率的基础上，进一步提高其饱和磁感应强度。[0007]本发明的另一个目的是提供一种上述铁氧体的制备工艺，通过该工艺，可以制备得到满足目前各领域对高磁导率和高饱和磁感应强度的要求。[0008]为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案:[0009]一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体，由主要组分和辅助组分组成，主要组分包括:以Fe2O3换算为52-54m0l%摩尔百分比的氧化铁，以ZnO换算为18-21m0l%摩尔百分比的氧化锌，和余量以MnO换算的氧化锰；相对于主要组分，辅助成分包括:以CaO换算计为100-500ppm的Ca，以Bi2O3换算计为300-1000ppm的Bi，以SnO2换算计为100-400ppm的Sn,以MoO3换算计为200-800ppm的Mo。
[0010]经过试验发现，通过改变铁氧体的各组分的含量配比，可以对铁氧体的性能产生很大的影响。将Fe2O3含量控制在52-54m0l%摩尔百分比，可保证材料具有足够的电阻率，如果Fe2O3含量低于本范围，材料的Bs性能会得不到保障。本发明将ZnO的含量提高到了18-2 ImoI %摩尔百分比，在ZnO添加带来的负影响的容忍范围之内，极大地利用了 ZnO对材料磁导率的提高。在主要组分Fe2O3和ZnO的含量确定后，在其中添加CaO使材料晶粒间晶界偏析，提闻了电阻率；添加Bi2O3使晶粒更容易长大,从而间接提闻材料的磁导率；添加SnO2有效抑制空位缺陷,使晶粒均匀生长，添加MoO3使材料晶粒更加细化,从而提闻了 Bs和迭加性能。确定Fe2O3和ZnO的配比后发现比目前的铁氧体的磁导率和Bs均提高了 1_5%。
[0011]作为优选，相对于主要组分，辅助成分包括:以CaO换算计为100-400ppm的Ca，以Bi2O3换算计为400-800ppm的Bi，以SnO2换算计为100_400ppm的Sn，以MoO3换算计为300-600ppm的Mo。经试验发现，此范围内的添加量，要比其他范围的添加量对铁氧体磁导率和Bs性能的提高多1-2%。这个范围是各组分平衡的结果，在相互消除不利影响，达到的一个较佳的配比。[0012]作为优选，相对于主要组分，辅助成分还包括:以In2O3换算计为200-800ppm的IntJn3+可以置换八面体位置的Fe3+，从而降低磁晶各向异性，进一步提高饱和磁感应强度。
[0013]作为优选，相对于主要组分，辅助成分还包括:以SiO2换算计为50-200ppm的Si。Si可以提高材料的电阻率，降低比损耗。
[0014]作为优选，相对于主要组分，辅助成分还包括:以Ce2O3换算计为50-200ppm的Ce或以La2O3换算计为50-200ppm的La或以Gd2O3换算计为50-200ppm的Gd。当在整个组分中添加上述辅助成分后，Bs性能提高2-5%。
[0015]作为优选，烧结密度为5.00-5.08g/cm3。提高烧结密度的目的在于烧结过程尽量排除气孔，控制晶粒均匀生长，进而最终提高材料的Bs性能，在上述烧结密度范围，可提升Bs性能1-2%。在本发明的主要组分和辅助组分的搭配下，并经实验发现，当把烧结密度提高到5g/cm3以上，能够比5g/cm3以下具有更好的磁导率，且饱和磁感应强度比5g/cm3以下提闻了 1%以上。
[0016]作为优选，烧结密度为5.01-5.05g/cm3。
[0017]一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体的制备工艺，包括以下步骤:
[0018](I)混料:按比例称取主要组分和辅助组分各原料，用V型混料器干式强混，混料的时间为0.5-1小时；
[0019](2)振磨:将步骤(1)混合完成的原料用振磨机振磨，振磨时间0.4-0.8小时；
[0020](3)预烧:采用空气窑直接对振磨得到的粉料进行预烧，预烧温度为900-1100°C，时间为1-5小时；
[0021](4)球磨:采用球磨机对预烧后的产物进行球磨，球磨时间为0.5-4小时，其中料:球:水的体积比为1:0.8-1.2:0.55-0.65 ;经球磨后的粉料平均粒度为0.8-1.4μ m ；
[0022](5)造粒成型:采用造粒机对球磨后的粉料进行造粒，然后采用全自动干压机进行成型，其中造粒时入口温度控制在250-290°C，出口温度110-150°C，成型时毛坯密度控制在2.5-3.6g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ；
[0023](6)烧结=N2保护下采用烧结炉进行烧结，烧结温度控制在1220_1420°C，烧结时间为3-10小时，然后在平衡气氛中冷却得产品。平衡气氛按以下公式控制:log P02=a-b/T(a为气氛参数，b为常数=14540，P02为氧分压，T为绝对温度)。
[0024]作为优选，成型时毛坯密度控制在2.5-3.6g/cm3。
[0025]本发明与现有技术相比，有益效果是:在保证了高磁导率特性前提下，大大地提高了 Bs (饱和磁感应强度)的值，在f=10KHz、B ( 0.25mT，25°C的条件下测得各产品的磁导率均在12000±30%范围内，而在f=50Hz、H=1194A/m、25°C、的条件下测得各产品的Bs均大于470mTo
【具体实施方式】
[0026]下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
[0027]如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
[0028]实施例1:
[0029](I)混料:按比例称取主成分和辅助成分原料:
[0030]主成分及含量为:Fe203:53mol%, ZnO:21mol%, MnO:26mol% ;按占主成分总重量计的辅助成分及含量为:CaO:100ppm, Bi2O3:600ppm, SnO2:200ppm, MoO3:400ppm, In2O3:400ppm，SiO2: IOOppm ；
[0031 ] 用V型混料器干式强混，混料的时间为0.5小时；
[0032]( 2 )振磨:步骤(1)混合完成的原料用振磨机振磨，振磨时间0.5小时；
[0033](3)预烧:采用空气窑直接对振磨得到的粉料进行预烧，温度为900°C，时间为3小时；
[0034]( 4 )球磨:采用球磨机对预烧产物进行球磨，球磨时间为2小时；其中料:球:水=1:0.8:0.55 ;经球磨后的粉料平均粒度为I~1.4 μ m ;
[0035](5)造粒成型:采用造粒机对球磨后的粉料进行造粒，然后采用全自动干压机进行成型，其中造粒时入口温度控制在270°C，出口温度130°C，成型时毛坯密度控制在3.0g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm。
[0036](6)烧结:采用烧结炉进行烧结，并用N2保护烧结，烧结温度控制在1380°C:烧结时间为8小时，控制烧结密度为5.01g/cm3然后在平衡气氛中冷却得产品。
[0037]通过以上方法制备出的材料磁心性能如下:
[0038]测试条件:f=10KHz、B≤ 0.25mT、25°C、μ i (磁导率):11267
[0039]测试条件:f=50Hz、H=1194A/m、25°C、Bs(饱和磁感应强度):473mT
[0040]实施例2:
[0041](I)混料:按比例称取主要组分和辅助组分各原料，
[0042]主成分及含量为:Fe203:52mol%, ZnO:18mol%, MnO:30mol% ;按占主成分总重量计的辅助成分及含量为:CaO:400ppm, Bi2O3:300ppm, SnO2:400ppm, MoO3:200ppm, In2O3:800ppm，SiO2:50ppm，La203200ppm ；
[0043]用V型混料器干式强混，混料的时间为I小时；[0044](2)振磨:将步骤(1)混合完成的原料用振磨机振磨，振磨时间0.8小时；
[0045](3)预烧:采用空气窑直接对振磨得到的粉料进行预烧，预烧温度为1000°C，时间为5小时；
[0046](4)球磨:采用球磨机对预烧后的产物进行球磨，球磨时间为4小时，其中料:球:水的体积比为1:0.8:0.65 ;经球磨后的粉料平均粒度为0.8-1.2 μ m ;
[0047](5)造粒成型:采用造粒机对球磨后的粉料进行造粒，然后采用全自动干压机进行成型，其中造粒时入口温度控制在290°C，出口温度110°C，成型时毛坯密度控制在3.6g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ；
[0048](6)烧结:N2保护下采用烧结炉进行烧结，烧结温度控制在1220°C，烧结时间为10小时，控制烧结密度为5.0Og/cm3，然后在平衡气氛中冷却得产品。
[0049]通过以上方法制备出的材料磁心性能如下:
[0050]测试条件:f=10KHz、B≤ 0.25mT、25°C、μ i (磁导率):12332
[0051]测试条件:f=50Hz、H=1194A/m、25°C、Bs(饱和磁感应强度):473mT
[0052]实施例3:
[0053](1)混料:按比例称取主要组分和辅助组分各原料，
[0054]主成分及含量为:Fe203:54mol%, ZnO:19mol%, MnO:27mol% ;按占主成分总重量计的辅助成分及含量为:CaO:300ppm, Bi2O3:100ppm, SnO2:100ppm, MoO3:800ppm, In2O3:200ppm，SiO2:200ppm，Gd20350ppm ；
[0055]用V型混料器干式强混，混料的时间为0.7小时；
[0056](2)振磨:将步骤(1)混合完成的原料用振磨机振磨，振磨时间0.4小时；
[0057](3)预烧:采用空气窑直接对振磨得到的粉料进行预烧，预烧温度为1100°C，时间为I小时；
[0058](4)球磨:采用球磨机对预烧后的产物进行球磨，球磨时间为0.5小时，其中料:球:水的体积比为1:1.2:0.65 ;经球磨后的粉料平均粒度为0.8-1 μ--；
[0059](5)造粒成型:采用造粒机对球磨后的粉料进行造粒，然后采用全自动干压机进行成型，其中造粒时入口温度控制在250°C，出口温度150°C，成型时毛坯密度控制在2.5g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ；
[0060](6)烧结=N2保护下采用烧结炉进行烧结，烧结温度控制在1420°C，烧结时间为3小时，控制烧结密度为5.08g/cm3，然后在平衡气氛中冷却得产品。
[0061]通过以上方法制备出的材料磁心性能如下:
[0062]测试条件:f=10KHz、B≤ 0.25mT、25°C、μ i (磁导率):13295
[0063]测试条件:f=50Hz、H=1194A/m、25°C、Bs(饱和磁感应强度):478mT。
【权利要求】
1.一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体，其特征在于，由主要组分和辅助组分组成，主要组分包括:以Fe2O3换算为52-54mol %摩尔百分比的氧化铁，以ZnO换算为18-21m0l%摩尔百分比的氧化锌，和余量以MnO换算的氧化锰；相对于主要组分，辅助成分包括:以CaO换算计为100-500ppm的Ca，以Bi2O3换算计为300-1000ppm的Bi，以SnO2 换算计为 100-400ppm 的 Sn，以 MoO3 换算计为 200_800ppm 的 Mo。
2.根据权利要求1所述的一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体，其特征在于，相对于主要组分，辅助成分包括:以CaO换算计为100-400ppm的Ca，以Bi2O3换算计为400-800ppm的Bi,以SnO2换算计为100-400ppm的Sn,以MoO3换算计为300-600ppm的Mo。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体，其特征在于，相对于主要组分，辅助成分还包括:以In2O3换算计为200-800ppm的In。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体，其特征在于，相对于主要组分，辅助成分还包括:以SiO2换算计为50-200ppm的Si。
5.根据权利要求1或2所述的一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体，其特征在于，相对于主要组分，辅助成分还包括:以Ce2O3换算计为50-200ppm的Ce或以La2O3换算计为50-200ppm的La或以Gd2O3换算计为50_200ppm的Gd。
6.根据权利要求1或2所述的一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体，其特征在于，烧结密度为5.00-5.08g/cm3。
7.根据权利要求4所述的一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体，其特征在于，烧结密度为5.01-5.05g/cm3。
8.一种如权利要 求1所述的一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤: Cl)混料:按比例称取主要组分和辅助组分各原料，用V型混料器干式强混，混料的时间为0.5-1小时； (2)振磨:将步骤(1)混合完成的原料用振磨机振磨，振磨时间0.4-0.8小时； (3)预烧:采用空气窑直接对振磨得到的粉料进行预烧，预烧温度为900-1100°C，时间为1-5小时； (4)球磨:采用球磨机对预烧后的产物进行球磨，球磨时间为0.5-4小时，其中料:球:水的体积比为1:0.8-1.2:0.55-0.65 ;经球磨后的粉料平均粒度为0.8-1.4μ m ； (5)造粒成型:采用造粒机对球磨后的粉料进行造粒，然后采用全自动干压机进行成型，其中造粒时入口温度控制在250-290°C，出口温度110-150°C，成型时毛坯密度控制在2.5-3.6g/cm3,尺寸公差控制在±0.1mm ； (6)烧结=N2保护下采用烧结炉进行烧结，烧结温度控制在1220-1420°C，烧结时间为3-10小时，然后在平衡气氛中冷却得产品。
9.根据权利要求8所述的一种具有高饱和磁感应强度高磁导率特性的Mn-Zn铁氧体的制备工艺，其特征在于，成型时毛还密度控制在2.5-3.6g/cm3。
【文档编号】C04B35/26GK103588473SQ201310356164
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】金鑫 申请人:横店集团东磁股份有限公司