專利名稱：由納米晶MnZn粉體直接制備MnZn鐵氧體材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由納米晶MnZn鐵氧體粉體直接燒制高頻功率MnZn鐵氧體材料的方法。 屬鐵氧體磁性性材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子系統(tǒng)向平面貼片化、小型輕量化發(fā)展，要求其電源向高頻化發(fā)展，這就是要求 功率鐵氧體向高頻低損耗發(fā)展。而MnZn鐵氧體比NiZn鐵氧體價(jià)格低廉，且具有高的飽和磁 化強(qiáng)度、高的居里溫度、高的磁導(dǎo)率，因此迫切要求將MnZn鐵氧體替代NiZn鐵氧體應(yīng)用于 部分高頻領(lǐng)域。
燒結(jié)工藝是制備高性能MnZn鐵氧體的關(guān)鍵。要確保MnZn功率鐵氧體的性能，必須重 視從原料到燒結(jié)整個(gè)過(guò)程。溶膠凝膠制備的納米晶MnZn鐵氧體粉體顆粒均勻且己經(jīng)反應(yīng)較 完全，而在燒結(jié)過(guò)程中，活性高，又可以低溫?zé)Y(jié)，有利于燒結(jié)晶粒細(xì)小且均勻的高品質(zhì)材 料。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)大多采用固相反應(yīng)法來(lái)制備MnZn鐵氧體，它需要經(jīng)過(guò)一次球磨、 預(yù)燒、摻雜、二次球磨以及燒結(jié)等繁瑣復(fù)雜工序，在以上過(guò)程中容易引入雜質(zhì)，產(chǎn)品質(zhì)量保 證難度很高。CN1951865A公布了一種低溫?zé)Y(jié)方法，實(shí)現(xiàn)了較低溫度的燒結(jié)，但采用固相 反應(yīng)法，需要經(jīng)過(guò)預(yù)燒再球磨過(guò)程，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本提高。CN101276668A公布了一種納 米晶軟磁錳鋅材料制備方法，用共沉淀法制備納米粉體，但是共沉淀法制備納米粉體物相不 純，而且不充分水洗不能去除雜質(zhì)離子，制備的粉體易分層，燒結(jié)后性能難以保證，其飽和 磁化強(qiáng)度在實(shí)施例分別達(dá)到899mT、 1027 mT、 989 mT，值得商榷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種用納米晶MnZn鐵氧體粉體直 接燒制高頻低損耗MnZn鐵氧體材料的方法。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種由納米晶MnZn直接制備MnZn鐵氧體材料的方法，其特征該方法的具體操作步驟如
下
a.納米晶MnZn鐵氧體粉體制備以分析純的Fe(N03)3、 Mn(N0》3和Zn(N03)2為原料，三 者的用量分別按相應(yīng)的i^Q、 ZwO和M"(9計(jì)算的摩爾百分比含量為
Fe26>3 51 57%; 6 20%; 她O 25 40%，以上各組分的摩爾百分比含量之和為100%;
將Fe(NO丄、Mn(N03)3、 Zn(N03)2溶于去離子水中，并加入摻雜用量的分析純的CaO、 V205、 Ti02、 Nb205，混合、攪拌后形成均勻的褐色透明溶液，再緩慢加入檸檬酸，其用量 與三種原料的摩爾數(shù)之和的比1: (1 2)，加熱至30°C 80°C，形成均勻的溶液；再用 乙二胺或氨水調(diào)節(jié)溶液pH值到2 7，加熱煮沸至溶液形成凝膠，繼續(xù)加熱至自燃后即得 到納米晶MnZn鐵氧體粉體；
b. 壓制成環(huán)形素坯將步驟a所得納米晶MnZn鐵氧體粉體壓制成環(huán)形素坯；
c. 燒結(jié)制成產(chǎn)品將步驟b所得環(huán)形素坯以每分鐘0.5'C 1.5t:緩慢升溫到450°C 650°C，然后以每分鐘8'C 15。C快速升溫至850°C 1000°C，再以每分鐘0. 5°C 1. 5'C緩慢 升溫至1100°C 1200°C，然后保溫2 10個(gè)小時(shí)；再以每分鐘2T: 4。C緩慢降溫至90(TC， 在保溫和降溫的過(guò)程中均采用平衡氧分壓保護(hù)，最后自然冷卻至室溫，便可得到MnZn鐵氧體 材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯而易見(jiàn)的特點(diǎn)和顯著進(jìn)步
1. 本發(fā)明方法采用在制備納米粉體中完成摻雜，有利于摻雜物質(zhì)均勻分布；
2. 采用溶膠凝膠法自燃法制備出顆粒均勻、組分均一、活性高納米晶MnZn鐵氧體粉體，納 米晶粉體己經(jīng)具有很好的尖晶石結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
3. 然后造粒、壓制成型，直接燒制，無(wú)需固相反應(yīng)法中的預(yù)燒、球磨等復(fù)雜工序；利用納米 晶的高活性、均勻性，用納米晶MnZn粉體直接燒結(jié)，降低了燒結(jié)溫度，在快升溫和慢升 溫中完成致密化和磁性能的提高，便可制備出高頻低功耗材料。


圖1本發(fā)明方法制備的納米晶MnZn鐵氧體粉體的XRD衍射圖。 圖2本發(fā)明實(shí)施例1中所制得的高頻低功耗錳鋅鐵氧體產(chǎn)品的掃描電鏡照片 圖3本發(fā)明實(shí)施例2中所制得的高頻低功耗錳鋅鐵氧體產(chǎn)品的掃描電鏡照片.
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例h本實(shí)施例的具體步驟如下
第一步，納米晶MnZn鐵氧體粉體的制備
用分析純的Fe(N03)3、 Mn(N03)3、 Zn(N03)2、檸檬酸、乙二胺及去離子水為主原料，微 量(用量都小于0.05wt。/。)分析純的CaO、V205、Ti02、Nb205為摻雜物質(zhì)。以Mna73Zno.17Fe2.0804 為名義化學(xué)式計(jì)量，將硝酸鹽溶于300mL的去離子水中，混合、攪拌，形成均勻的褐色透明 溶液;檸檬酸與金屬硝酸鹽按摩爾數(shù)比1:1的比例稱量，緩慢加入到配制溶液中，適當(dāng)加熱約4(TC并攪拌，形成均勻的溶液；利用乙二胺調(diào)節(jié)溶液pH值約為3，放在電爐子上加熱煮沸 40分鐘后形成凝膠，繼續(xù)加熱到自燃后即可得納米級(jí)的尖晶石結(jié)構(gòu)的MnZn鐵氧體。 第二步，壓制成環(huán)形素坯
在第一步所制得的納米晶MnZn鐵氧體粉體中加入質(zhì)量百分比為10%的聚乙烯醇溶液， 進(jìn)行造粒網(wǎng)篩為40目，再將造粒后的MnZn粉體放入普通壓機(jī)中以20MPa進(jìn)行壓制，采用 阿基米德排水法測(cè)得素坯的密度為2.4g/cm3該素坯的內(nèi)徑20mm，外徑10mm，厚度5mm。
第三步，燒結(jié)制成產(chǎn)品
將第二步制得的成型素坯放入真空爐中，從室溫緩慢升溫到50(TC，從50(TC快速升溫至 卯0。C每分鐘12'C，從900。C緩慢升溫至115(TC每分鐘1.5°C，然后保溫5個(gè)小時(shí)，緩慢降溫 至90(TC每分鐘3'C，在保溫過(guò)程中取氧化度為13，在降溫過(guò)程中仍按照平衡氧分壓控制氣 氛，最后自然冷卻至室溫，便可得到高頻低功耗MnZn鐵氧體。經(jīng)以上工藝制成的樣品性能 為密度為4.8g/cm3，磁導(dǎo)率1200，在10(TClMHz30mT下測(cè)量功耗為223KW/m3。產(chǎn)品的 掃描電鏡照片參見(jiàn)圖2。 實(shí)施例2
第一步，納米晶MnZn鐵氧體粉體的制備
用分析純的Fe(N03)3、 Mn(N03)3、 Zn(N03)2、檸檬酸、乙二胺及去離子水為主原料，微 量(用量都小于0.05wt。/。)分析純的CaO、V205、Ti02、Nb205為摻雜物質(zhì)。以Mno.73Znai6Fe2.o904 為名義化學(xué)式計(jì)量，將硝酸鹽溶于300mL的去離子水中，混合、攪拌，形成均勻的褐色透明 溶液;檸檬酸按摩爾數(shù)比1:1.2的比例稱量，緩慢加入到配制溶液中，適當(dāng)加熱約7(TC并攪拌， 形成均勻的溶液；利用乙二胺調(diào)節(jié)溶液pH值約為3，放在電爐子上加熱煮沸80分鐘后形成 凝膠，繼續(xù)加熱到自燃后即可得納米級(jí)的尖晶石結(jié)構(gòu)的MnZn鐵氧體。
第二步，壓制成環(huán)形素坯
同實(shí)施例1
第三步，燒結(jié)制成產(chǎn)品
將第二步制得的成型素坯放入真空爐中，從室溫緩慢升溫到500°C，從50CTC快速升溫至
iooo'c每分鐘io°c，從iooo'c緩慢升溫至iioo'c每分鐘rc，然后保溫10個(gè)小時(shí)，緩慢降
溫至90(TC每分鐘2.5'C，在保溫過(guò)程中取氧化度為14，在降溫過(guò)程中仍按照平衡氧分壓控制 氣氛，最后自然冷卻至室溫，便可得到高頻低功耗MnZn鐵氧體。經(jīng)以上工藝制成的樣品性 能為密度為4.7g/cm3，磁導(dǎo)率為916在10(TClMHz30mT下測(cè)量功耗為187KW/m3。產(chǎn)品的
掃描電鏡照片參見(jiàn)圖3。
權(quán)利要求
1. 一種由納米晶MnZn直接制備MnZn鐵氧體材料的方法，其特征該方法的具體操作步驟如下a. 納米晶MnZn鐵氧體粉體制備以分析純的Fe(NO3)3、Mn(NO3)3和Zn(NO3)2為原料，三者的用量分別按相應(yīng)的Fe2O3、ZnO和MnO計(jì)算的摩爾百分比含量為Fe2O3 51～57％；ZnO6～20％；MnO 25～40％，以上各組分的摩爾百分比含量之和為100％；將Fe(NO3)3、Mn(NO3)3、Zn(NO3)2溶于去離子水中，并加入摻雜用量的分析純的CaO、V2O5、TiO2、Nb2O5，混合、攪拌后形成均勻的褐色透明溶液，再緩慢加入檸檬酸，其用量與三種原料的摩爾數(shù)之和的比1∶(1～2)，加熱至30℃～80℃，形成均勻的溶液；再用乙二胺或氨水調(diào)節(jié)溶液pH值到2～7，加熱煮沸至溶液形成凝膠，繼續(xù)加熱至自燃后即得到納米晶MnZn鐵氧體粉體；b. 壓制成環(huán)形素坯將步驟a所得納米晶MnZn鐵氧體粉體壓制成環(huán)形素坯；c. 燒結(jié)制成產(chǎn)品將步驟b所得環(huán)形素坯以每分鐘0.5℃～1.5℃緩慢升溫到450℃～650℃，然后以每分鐘8℃～15℃快速升溫至850℃~1000℃，再以每分鐘0.5℃～1.5℃緩慢升溫至1100℃～1200℃，然后保溫2～10個(gè)小時(shí)；再以每分鐘2℃～4℃緩慢降溫至900℃，在保溫和降溫的過(guò)程中采用平衡氧分壓保護(hù)，最后自然冷卻至室溫，便可得到MnZn鐵氧體材料。
全文摘要
本發(fā)明是一種納米晶MnZn鐵氧體顆粒直接制備高頻低功耗材料的制備方法，屬于鐵氧體磁性材料制備技術(shù)領(lǐng)域。操作步驟如下第一步，納米晶MnZn粉體制備；第二步，壓制成環(huán)形素坯；第三步，燒結(jié)成產(chǎn)品。把第二步壓制的素坯放入真空爐中，在保溫和降溫的過(guò)程中采用平衡氧分壓保護(hù)，最后自然冷卻至室溫，便可得到高頻低功耗MnZn鐵氧體。制備關(guān)鍵在于升溫過(guò)程的快升溫與慢升溫的結(jié)合，有利于氣孔的排除和致密化，并且在慢升溫和保溫過(guò)程中使晶粒大小均勻。本工藝?yán)萌苣z凝膠自燃法制備納米晶MnZn粉體直接燒結(jié)，無(wú)需預(yù)燒再球磨工藝，周期短，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，從而能降低能耗節(jié)約勞動(dòng)成本。并且溶膠凝膠法制備納米晶MnZn粉體顆粒均勻、活性大、成分均勻不偏析，成品率高。
文檔編號(hào)C04B35/38GK101481243SQ20091004649
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者張守華, 張建花, 張金倉(cāng), 袁淑娟, 郁黎明 申請(qǐng)人:上海大學(xué)