专利名称：一种掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性材料，具体地，涉及一种掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体及其制备方法。
背景技术：
随着电子信息产业的迅速发展，MnSi铁氧体的应用范围日益增大。由于MnSi铁氧体具有高饱和磁通密度、高磁导率、高电阻率、低损耗等特性，因而被广泛地应用于各种电子元器件中，如功率变压器、扼流线圈、脉冲宽带变压器、磁偏转装置和传感器等。利用MnSi 铁氧体高饱和磁通密度、高电阻率和低损耗等特性制成的铁氧体磁芯，已经成为了计算机、 通讯、彩电、录像机、办公自动化及其它电子设备不可缺少的基础元件。在现有技术中有多次对锰锌铁氧体中掺杂微量元素的介绍报道，但是其功耗在 80°C、100°C和120°C时都在300kW/m3以上，如中国专利申请03115906. 0所叙述的MnSi铁氧体材料，100°C的功耗(Pcv)在370 kff/m3左右，在降低功耗方面贡献不大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种在8(TC、10(TC和120°C 条件下具有较低功耗的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，同时提供了其制备方法。为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案 一种掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，由以下成分制备完成 主料为以下摩尔百分比的组分
Fe2O3:50 55mol% ； MnO 35"43mol% ； ZnO 2 15 mol% ；
添加剂为Mn3O4和其余至少2种重量百分比的组分
Mn3O4 :0. 1 1 wt% ；
CaCO3 0. 02 0. Iwt% ；
V2O5 0. 02 0. 1 wt% ；
TiO2 0. 02 0. 40 wt% ；
Nb2O5 0. 02 0. 05 wt% ；
CoO3 :0 5 wt% ；
ZrO2 0. 02 0. 40 wt% ；
SnO2 0. 02 0. 40 wt%。优选地，所述主料为以下摩尔百分比的组分 Fe2O3 53. 28mol% ；
MnO 36.96mol% ； ZnO 9.76mol%。
4
优选地，所述添加剂为以下重量百分比的6种组分 Mn3O4 0. 5wt% ；
CaCO3 0. 05wt% ； V2O5 0. 03 wt% ； TiO2 0. 08wt% ； Nb2O5 0. 03wt% ； ZrO2 0. 02wt%o本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体的制备方法，包括以下工艺过程
(1)预烧料的制备按照本发明的配方比例，分别称取 ^203、Μη0、aiO，其中，在第一次湿法砂磨前，预留出主料总重量的0. 5wt%的MnO以备后续二次湿法砂磨时添加；
将预留后剩余的主料进行第一次湿法砂磨30分钟以上，然后加入10衬％配料重量的浓度为圹9%的聚乙烯醇溶液，搅拌2小时，喷雾干燥制成颗粒，进行预烧，预烧温度为 850°C 980°C，得到预烧料；
(2)颗粒料的制备将预烧料进行第二次湿法砂磨，此时按照比例加入添加剂以及步骤 (1)中预留的MnO ；湿法砂磨至颗粒的平均粒径为0. 8 1. 0微米时，加入10wt%配料重量的浓度为纩9%的聚乙烯醇溶液，采用喷雾造粒工艺制成40-160目的颗粒粉料；
(3)材料烧结成型前，先将颗粒料进行调湿处理，使其含水量为0.3-0. 5%，流动角小于30度，形成可塑性良好的成品颗粒粉料，调湿处理后于1300°C 1400°C烧结3 5小时， 得到成品。本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体具有以下有益效果
1、掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体在80°c和120°C(IOOKHz、200mT)条件下功耗彡300 kW/m3，在100°C (IOOKHz、200mT)时功耗彡260kW/m3，与普通的锰锌铁氧体(相同条件下功耗为300 kff/m3以上)相比，其功耗相当低，适应了多种特殊行业的需求；
2、本发明提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体的配方中，加入了适量的Mn3O4，在节省生产成本和降低工艺要求的基础上，提高了锰锌铁氧体的电阻率，降低了其功率损耗； CaCO3具有细化晶粒，抑制晶粒增长过大，提高电阻率，降低高频损耗的作用；T^2则具有很强的粘附能力，使得铁氧体具有较强的硬度；Nb2O5能够提高铁氧体的电阻率、降低其烧结温度，使其更加利于环保；
3、普通软磁铁氧体在配料时，按准确的比例进行配料，在二次砂磨时加入所需要的添加剂，这样的生产工艺，可以得到在100°C (IOOKHz、200mT)时功耗接近300kW/m3的材料， 但此材料在80V和120°C时的产品功耗会很高，预留出主料总重量的0. 5wt%左右的MnO在后续二次湿法砂磨时添加，这样不但在材料高温曲线上会起到很好的效果，并且由于没有经过预烧的MnO加入，使得颗粒粉料具有一定的可塑性，这样既可以降低材料在成型时的压力，又防止材料在烧结时产生开裂的现象；
4、从掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体与普通铁氧体各个温度下的功耗对比图可以看出， 自20°C -120°C下，本发明所提出的产品都具有较低功耗，适用于不同行业的需求。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实
5施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中
图1是实施例1中掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体与普通锰锌铁氧体在IOOKHz、200mT 工作条件下功耗对比图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1
本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，由以下组分制备完成
主料为以下摩尔百分比的组分
Fe2O3 :50mol% ；
MnO 43mol% ；
ZnO 7 mol% ；
添加剂为Mn3O4和其余2种重量百分比的组分 Mn3O4 0. Iwt% ； CaCO3 0. 02wt% ； V2O5 0. 03 wt% ；
本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，通过以下工艺制备完成
(1)预烧料的制备按照本发明的配方比例，分别称取 ^203、Μη0、SiO，其中，在第一次湿法砂磨前，预留出主料总重量的0. 5wt%的MnO以备后续二次湿法砂磨时添加；
将预留后剩余的主料进行第一次湿法砂磨30分钟，然后加入10wt%配料重量的浓度为 9%的聚乙烯醇溶液，搅拌2小时，喷雾干燥制成颗粒，进行预烧，预烧温度为850°C，得到预烧料；
(2)颗粒料的制备将预烧料进行第二次湿法砂磨，此时按照比例加入添加剂以及步骤 (1)中预留的MnO ；湿法砂磨至颗粒的平均粒径为1微米时，加入10wt%配料重量的浓度为 9%的聚乙烯醇溶液，采用喷雾造粒工艺制成40目 160目的颗粒粉料；
(3)材料烧结成型前，先将颗粒料进行调湿处理，使其含水量为0.5%，流动角为30 度，形成可塑性良好的成品颗粒粉料，调湿处理后于1300°C烧结5小时，得到成品。通过以上工艺制备的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，起始磁导率为μ i=2320，高温饱和磁通密度为Bs=430mT ；
如图1所示，图1为通过本发明所提出的工艺方法制备的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体与普通锰锌铁氧体在各个温度条件下功耗的对比，从图上可以看出，自20°C -120°C，两种锰锌铁氧体的功耗随着温度的升高，均呈先下降、至100°C时又上升的趋势，100°C为功耗谷点。本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体的功耗自20°C-120°C均明显低于普通锰锌铁氧体；当工作条件为100KHz、200mT时，两者的功耗对比如下
80°C和120°C 本发明功耗为300 kff/m3 ；普通锰锌铁氧体功耗为320 kff/m3 ； IOO0C 本发明功耗为沈0 kff/m3 ；普通锰锌铁氧体功耗为四0 kW/m3。实施例2
本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，由以下组分制备完成主料为以下摩尔百分比的组分 Fe2O3 53. 28mol% ； MnO 36.96mol% ； ZnO 9.76mol% ；
添加剂为以下重量百分比的6种组分
Mn3O4 0. 5wt% ；
CaCO3 0. 05wt% ；
V2O5 0. 03 wt% ；
TiO2 0. 08wt% ；
Nb2O5 0. 03wt% ；
ZrO2 0. 02wt% ；
本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，通过以下工艺制备完成
(1)预烧料的制备按照本发明的配方比例，分别称取 ^203、Μη0、SiO，其中，在第一次湿法砂磨前，预留出主料总重量的0. 5wt%的MnO以备后续二次湿法砂磨时添加；
将预留后剩余的主料进行第一次湿法砂磨35分钟，然后加入10wt%配料重量的浓度为 8%的聚乙烯醇溶液，搅拌2小时，喷雾干燥制成颗粒，进行预烧，预烧温度为950°C，得到预烧料；
(2)颗粒料的制备将预烧料进行第二次湿法砂磨，此时按照比例加入添加剂以及步骤 (1)中预留的MnO ；湿法砂磨至颗粒的平均粒径为0. 9微米时，加入10wt%配料重量的浓度为9%的聚乙烯醇溶液，采用喷雾造粒工艺制成40目 160目的颗粒粉料；
(3)材料烧结成型前，先将颗粒料进行调湿处理，使其含水量为0.3%，流动角四度， 形成可塑性良好的成品颗粒粉料，调湿处理后于1365°C烧结4小时，得到成品。通过以上工艺制备的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，具体参数如下 起始磁导率μ 1=2380
饱和磁通密度Bs=436mT 在IOOKHz、200mT工作条件下的功耗 80°C和 120°C，功耗(Pcv) :285kff/m3 ； 100°C，功耗255kW/m3。实施例3
本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，由以下组分制备完成
主料为以下摩尔百分比的组分
Fe2O3 55mol% ；
MnO 35mol% ；
ZnO 10 mol% ；
添加剂为Mn3O4和其余3种重量分数的组分
Mn3O4 :lwt% ；
CaCO3 0. Iwt% ；
V2O5 0. 02 wt% ；
Nb2O5 0. 02 wt% ；本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，通过以下工艺制备完成
(1)预烧料的制备按照本发明的配方比例，分别称取 ^203、Μη0、SiO，其中，在第一次湿法砂磨前，预留出主料总重量的0. 5wt%的MnO以备后续二次湿法砂磨时添加；
将预留后剩余的主料进行第一次湿法砂磨40分钟，然后加入10wt%配料重量的浓度为 9%的聚乙烯醇溶液，搅拌2小时，喷雾干燥制成颗粒，进行预烧，预烧温度为980°C，得到预烧料；
(2)颗粒料的制备将预烧料进行第二次湿法砂磨，此时按照比例加入添加剂以及步骤 (1)中预留的MnO ；湿法砂磨至颗粒的平均粒径为1微米时，加入10wt%配料重量的浓度为 9%的聚乙烯醇溶液，采用喷雾造粒工艺制成40目 160目的颗粒粉料；
(3)材料烧结成型前，先将颗粒料进行调湿处理，使其含水量为0.4%，流动角小于沈度，形成可塑性良好的成品颗粒粉料，调湿处理后于1350°C烧结4小时，得到成品。通过以上工艺制备的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，具体参数如下 起始磁导率μ i=2310
饱和磁通密度Bs=432mT 在IOOKHz、200mT工作条件下的功耗 80°C和 120°C，功耗(Pcv) :295kff/m3 ； 100°C，功耗260kW/m3。实施例4
本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，由以下组分制备完成
主料为以下摩尔百分比的组分
Fe2O3 :55mol% ；
MnO 43mol% ；
ZnO 2mol% ；
添加剂为Mn3O4和其余4种重量分数的组分
Mn3O4 0. 8 wt% ；
V2O5 0. 1 wt % ；
TiO2 0. 40 wt% ；
CoO3 1 wt% ；
ZrO2 0. 03 wt% ；
本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，通过以下工艺制备完成
(1)预烧料的制备按照本发明的配方比例，分别称取 ^203、Μη0、SiO，其中，在第一次湿法砂磨前，预留出主料总重量的0. 5wt%的MnO以备后续二次湿法砂磨时添加；
将预留后剩余的主料进行第一次湿法砂磨50分钟，然后加入10wt%配料重量的浓度为 9%的聚乙烯醇溶液，搅拌2小时，喷雾干燥制成颗粒，进行预烧，预烧温度为920°C，得到预烧料；
(2)颗粒料的制备将预烧料进行第二次湿法砂磨，此时按照比例加入添加剂以及步骤 (1)中预留的MnO ；湿法砂磨至颗粒的平均粒径为0. 9微米时，加入10wt%配料重量的浓度为8%的聚乙烯醇溶液，采用喷雾造粒工艺制成40目 160目的颗粒粉料；
(3)材料烧结成型前，先将颗粒料进行调湿处理，使其含水量为0.3%，流动角观度，
8形成可塑性良好的成品颗粒粉料，调湿处理后于1400°C烧结3小时，得到成品。通过以上工艺制备的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，具体参数如下 起始磁导率μ 1=2360
饱和磁通密度Bs=435mT 在IOOKHz、200mT工作条件下的功耗 80°C和 120°C，功耗(Pcv) :292kff/m3 ； 100°C，功耗258kW/m3。实施例5
本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，由以下组分制备完成
主料为以下摩尔百分比的组分
Fe2O3 :50mol% ；
MnO 35mol% ；
ZnO 15 mol% ；
添加剂为Mn3O4和其余5种重量分数的组分
Mn3O4 0. 2 wt% ；
V2O5 0. 1 wt % ；
TiO2 0. 1 wt % ；
Nb2O5 0. 04 wt% ；
CoO3 5 wt % ；
SnO2 0. 2wt% ；
制备方法同实施例1所述工艺过程。通过以上工艺制备的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，具体参数如下 起始磁导率μ 1=2330
饱和磁通密度Bs=434mT 在IOOKHz、200mT工作条件下的功耗 80°C和 120°C，功耗(Pcv) :290kff/m3 ； 100°C，功耗260kW/m3。实施例6
本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，由以下组分制备完成
主料为以下摩尔百分比的组分
Fe2O3 :52mol% ；
MnO 42mol% ；
ZnO 6 mol% ；
添加剂为Mn3O4和其余6种重量分数的组分
Mn3O4 0. 6wt%
CaCO3 :0. 06wt% ；
V2O5 :0. 06 wt% ；
TiO2 :0. 22wt% ；
CoO3 :2wt% ；
9ZrO2 :0. 1 wt% ； SnO2 :0. 1 wt% ；
制备方法同实施例2中所述工艺过程。。通过以上工艺制备的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，具体参数如下 起始磁导率μ 1=2320
饱和磁通密度Bs=435mT 在IOOKHz、200mT工作条件下的功耗 80°C和 120°C，功耗(Pcv) :290kff/m3 ； 100°C，功耗260kW/m3。实施例7
本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，由以下组分制备完成
主料为以下摩尔百分比的组分
Fe2O3 :52mol% ；
MnO 40mol% ；
ZnO 8 mol% ；
添加剂为Mn3O4和其余4种重量分数的组分
Mn3O4 0. 6wt%
TiO2 :0. 02wt% ；
Nb2O5 :0. 05 wt% ；
ZrO2 :0. 4 wt% ；
SnO2 :0. 02 wt% ；
制备方法同实施例3中所述工艺过程。通过以上工艺制备的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，具体参数如下 在IOOKHz、200mT工作条件下的功耗
80°C和 120°C，功耗(Pcv) :300kff/m3 ； 100°C，功耗260kW/m3。最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，由以下成分制备完成 主料为以下摩尔百分比的组分Fe2O3:50 55mol% ； MnO 35"43mol% ； ZnO 2 15 mol% ；添加剂为Mn3O4和其余至少2种重量百分比的组分Mn3O4 :0. 1 1 wt% ；CaCO3 0. 02 0. Iwt% ；V2O5 0. 02 0. 1 wt% ；TiO2 0. 02 0. 40 wt% ；Nb2O5 0. 02 0. 05 wt% ；CoO3 :0 5 wt% ；ZrO2 0. 02 0. 40 wt% ；SnO2 0. 02 0. 40 wt%。
2.根据权利要求1所述的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，所述主料为以下摩尔百分比的组分Fe2O3 53. 28mol% ； MnO 36.96mol% ； ZnO 9.76mol%。
3.根据权利要求1或2所述的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，所述添加剂为以下重量百分比的6种组分Mn3O4 0. 5wt% ； CaCO3 0. 05wt% ； V2O5 0. 03 wt% ； TiO2 0. 08wt% ； Nb2O5 0. 03wt% ； ZrO2 0. 02wt%o
4.权利要求1-3任一项所述的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体的制备方法，包括以下工艺过程(1)预烧料的制备按照本发明的配方比例，分别称取 ^203、Μη0、SiO，其中，在第一次湿法砂磨前，预留出主料总重量的0. 5wt%的MnO以备后续二次湿法砂磨时添加；将预留后剩余的主料进行第一次湿法砂磨30分钟以上，然后加入10衬％配料重量的浓度为圹9%的聚乙烯醇溶液，搅拌2小时，喷雾干燥制成颗粒，进行预烧，预烧温度为 850°C 980°C，得到预烧料；(2)颗粒料的制备将预烧料进行第二次湿法砂磨，此时按照比例加入添加剂以及步骤 (1)中预留的MnO ；湿法砂磨至颗粒的平均粒径为0. 8 1. 0微米时，加入10wt%配料重量的浓度为纩9%的聚乙烯醇溶液，采用喷雾造粒工艺制成40-160目的颗粒粉料；(3)材料烧结成型前，先将颗粒料进行调湿处理，使其含水量为0.3-0. 5%，流动角小于30度，形成可塑性良好的成品颗粒粉料，调湿处理后于1300°C 1400°C烧结3 5小时，得到成品。
全文摘要
本发明公开了一种掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体，由以下成分制备完成主料为摩尔百分比的Fe2O350~55mol%；MnO35~43mol%；ZnO2～15mol%；添加剂为Mn3O40.1～1wt％和以下至少2种重量百分比的组分CaCO30.02～0.1wt％、V2O50.02～0.1wt％、TiO20.02～0.40wt％、Nb2O50.02～0.05wt％、CoO30～5wt％、ZrO20.02～0.40wt％、SnO20.02～0.40wt％，同时本发明公开了其制备方法。本发明所提出的掺杂四氧化三锰的锰锌铁氧体具有相同条件下功耗非常低的优点。
文档编号C04B35/26GK102503397SQ20111038763
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者赵新江 申请人:无锡斯贝尔磁性材料有限公司