專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型摻雜MnZn系鐵氧體材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型MnSi系鐵氧體陶瓷材料及制備方法，屬于電子陶瓷制備及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
MnSi鐵氧體是一種用途廣泛的軟磁材料。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，MnSi鐵氧體的應(yīng)用范圍日益增大。由于MnSi鐵氧體具有較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率、高電阻率、低損耗等特性，被廣泛的應(yīng)用到各種元器件中，如功率變壓器、軛流線圈、脈沖寬帶變壓器、磁偏轉(zhuǎn)裝置和傳感器等。利用MnSi鐵氧體高的飽和磁化強(qiáng)度、高電阻率和低損耗等特性制成的變壓器磁芯，成為計(jì)算機(jī)、通訊、彩電、錄像機(jī)、辦公自動(dòng)化及其他電子設(shè)備的一個(gè)不可缺少的組件。隨著電子設(shè)備的小型化、輕量化和薄型化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)MnSi鐵氧體器件的體積、重量和性能有著越來(lái)越高的要求。為了適應(yīng)這種趨勢(shì)，對(duì)MnSi鐵氧體材料的要求越來(lái)越高?；瘜W(xué)摻雜是提高M(jìn)nSi鐵氧體材料性能的有效方法之一。不同添加物在Mn-Zn 鐵氧材料中所起作用不同，有的添加物如CaO、CaCO3等偏聚在晶界，影響晶界電阻率，從而影響材料電性能，這類(lèi)添加物的主要作用是增大晶界電阻率，減小渦流損耗；有的添加物如Ti02、Cr2O3等易于融入到尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的四面體、八面體間隙當(dāng)中，影響其磁性能；有的添加物影響材料顯微結(jié)構(gòu)(如Bi203、V2O5)，該類(lèi)添加物主要是改善材料微觀結(jié)構(gòu)的均勻性、晶粒大小、氣孔率等，從而改善材料的電磁性能。但是，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展要求 MnSi系鐵氧體既具有高的高飽和磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率，還具有高電阻率和低損耗，單一種類(lèi)摻雜已經(jīng)不能滿足需要，復(fù)合摻雜是解決此類(lèi)問(wèn)題的一個(gè)重要途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種新型摻雜MnSi系鐵氧體材料及其制備方法。用這種材料制備的摻雜MnSi系鐵氧體元件具有相對(duì)較高的初始磁導(dǎo)率以及較低的損耗，綜合電磁性能優(yōu)良， 特別有利于高頻器件的小型化、輕量化，靈敏度高。本發(fā)明提出的摻雜MnSi系鐵氧體軟磁材料，其特征在于，材料包括主料和添加劑，其主料組分和摩爾百分含量為=Fe2O3 45 55mol%、ZnO 22 ^mol%、MnA 23
其添加劑包括t03、Sb203、Cr203中的一種或者多種，且每個(gè)配方中都含有CaCO3,所有添加劑均為額外加入，分別占主料總量的0. 05 5. Omol %。本發(fā)明提出的材料配方的技術(shù)方案的原理在于通過(guò)某些摻雜離子在A位或者B位上與其他陽(yáng)離子的替換作用，改變A位與B位的磁矩差，提高飽和磁化強(qiáng)度與磁導(dǎo)率等性能；并通過(guò)Ca2+離子的摻雜改善Fe3+ Fe2+作用，提高電阻率，降低損耗。這種多種離子的復(fù)合摻雜，既能提高M(jìn)nSi系鐵氧體軟磁材料飽和磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率，還能提高材料的電阻率和低損耗，滿足新型通訊元件的要求。本發(fā)明提出的摻雜MnSi系鐵氧體軟磁材料的制備方法，其特征在于，所述材料制備方法依次包括主料配料一球磨一烘干一預(yù)燒一粉碎一摻雜一二次球磨一過(guò)篩一壓制成型一燒結(jié)工藝方法和步驟。在上述方法中，所述摻雜Mn-Si系鐵氧體軟磁材料在進(jìn)行添加劑摻雜時(shí)，還分別添加0. 1 IOwt %的分散劑和粘接劑。在上述方法中，所述球磨用高能球磨機(jī)完成，磨介為高純高耐磨氧化鋯球，混合粉料磨球去離子水質(zhì)量比為1 O 10) (1 10)，球磨時(shí)間12 72小時(shí)。在上述方法中，球磨后的摻雜Mn-Si系鐵氧體軟磁材料的漿料，采用真空干燥或常壓干燥，在40 150°C下烘12 96小時(shí)。在上述方法中，所述Mn-ai系鐵氧體軟磁材料主料的預(yù)燒溫度為800 950°C，保溫0. 5 5小時(shí)。在上述方法中，球磨、過(guò)篩后晶粒直徑小于0. 1 μ m，團(tuán)聚體直徑小于0. 15mm。在上述方法中，將研細(xì)的干粉在模具中干壓成形。在上述方法中，所得坯體在電爐中燒結(jié)。燒結(jié)時(shí)，升溫速率1 25°C/分鐘，250 500°C保溫0. 5 5小時(shí)排膠，燒結(jié)溫度為1150 1450°C，并在該溫度下保溫1 6小時(shí)， 氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻，即得Mn-Si系鐵氧體磁性材料。用本發(fā)明提供的材料配方及制備方法制得的Mn-Si系鐵氧體軟磁材料的燒結(jié)體的平均晶粒尺寸為1 20 μ m，飽和磁化強(qiáng)度大于50emu/g，矯頑力小于1. 50e ；在Ik IMHz 范圍內(nèi)，初始磁導(dǎo)率大于1000，磁損耗(μ “ /μ ‘)小于0.5，介電損耗(ε “ /ε ‘)小于4.0，綜合性能優(yōu)良，有利于實(shí)現(xiàn)高頻器件的體積小、質(zhì)量輕、靈敏度高等功能，并且可以滿足變壓器磁芯的需求。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所制得MnSi鐵氧體材料的X射線衍射譜圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所制得MnSi鐵氧體材料的掃描電鏡照片；圖3是本發(fā)明實(shí)施例2所制得MnSi鐵氧體材料的X射線衍射譜圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例2所制得MnSi鐵氧體材料的掃描電鏡照片；圖5是本發(fā)明實(shí)施例3所制得MnSi鐵氧體材料的X射線衍射譜圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例3所制得MnSi鐵氧體材料的掃描電鏡照片；圖7是本發(fā)明實(shí)施例4所制得MnSi鐵氧體材料的X射線衍射譜圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例4所制得MnSi鐵氧體材料的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式為清楚說(shuō)明本發(fā)明MnSi鐵氧體材料及其制備方法，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明提出一種Mn-Si系鐵氧體軟磁材料及制備方法，其特征在于，材料包括主料和添加劑，其主料組分和摩爾百分含量為狗203 45 55mol%、Zn0 22 26mol%、MnA 23 ^mol % ；其添加劑包括^03、Sb203> Cr2O3中的一種或者多種，且每個(gè)配方中都含有 CaCO3,所有添加劑均為額外加入，分別占主料總量的0. 05 5. Omol %。所述制備方法，包括如下工藝步驟和內(nèi)容(1)按照所述Mn-Si系鐵氧體軟磁材料的設(shè)計(jì)組成稱(chēng)取主料，主料組分和摩爾百分含量為:Fe203 45 55mol %、ZnO 22 26mol %、MnO2 23 29mol %。(2)將所稱(chēng)主料粉料和高純高耐磨氧化鋯磨介、去離子水在聚氨酯球磨罐中混合， 在高能球磨機(jī)上磨細(xì)、混勻。(3)將漿料烘干后，在800 950°C下預(yù)燒，保溫0. 5 5小時(shí)。(4)將預(yù)燒后的粉料進(jìn)行研磨，摻入添加劑，添加劑包括Y203、Sb203、Cr2O3中的一種或者多種，且每個(gè)配方中都含有CaCO3,所有添加劑均為額外加入，分別占主料總量的 0. 05 5. Omol % ；并分別添加0. 1 IOwt %的分散劑和粘接劑。(5)將步驟(4)所得混合物和高純高耐磨氧化鋯磨介、去離子水放入聚氨酯球磨罐中混合，并在高能球磨機(jī)上進(jìn)行二次球磨；球磨完成后，在干燥箱中對(duì)磨細(xì)混勻的漿料進(jìn)行烘干；漿料烘干后，對(duì)粉料進(jìn)行研磨整粒，選用合適孔徑目數(shù)的篩子進(jìn)行過(guò)篩。(6)對(duì)研磨整粒、過(guò)篩后的粉料在指定規(guī)格和形狀的模具中干壓成型。(7)按照預(yù)先設(shè)定的燒結(jié)制度對(duì)摻雜鐵氧體軟磁材料進(jìn)行合成和燒結(jié)。所述球磨中，磨介為高純高耐磨氧化鋯磨球，密度6. 3 6. 5g/cm3，混合粉料磨球去離子水的質(zhì)量比為1 (2 10) (1 10)，在高能球磨機(jī)上完成，球磨時(shí)間12 72小時(shí)。所述干燥工藝中，采用真空干燥或常壓烘干，溫度40 250°C，時(shí)間12 96小時(shí)。所述混合整粒粉用研缽或行星磨完成，整粒、過(guò)篩后晶粒小于0. 1 μ m，團(tuán)聚體小于 0. 15mm0所述預(yù)燒和燒結(jié)在電爐中進(jìn)行。所述燒結(jié)制度中，升溫速度1 25°C /分鐘，250 500°C保溫0. 5 5小時(shí)排膠， 燒結(jié)溫度為1150 1450°C，并在該溫度下保溫1 6小時(shí)，氮?dú)獗Ｗo(hù)冷卻。所制備的陶瓷材料為以尖晶石相為主相的Mn-Zn系鐵氧體軟磁材料。實(shí)施例1 :將市售分析純Fe2O3、Ζη0、Μη02以摩爾比進(jìn)行混料，其中，F(xiàn)e2O3 45mol %、 ZnO 26mol%,Mn02 29mol%。采用濕式高能球磨，其中混合粉末、氧化鋯磨球、去離子水的質(zhì)量比為1 4 2，在聚氨脂球磨罐中球磨12小時(shí)。將所得漿料置于干燥箱，在空氣中、 干燥箱中105°C下干燥96小時(shí)，粗研磨后，950°C預(yù)燒0. 5小時(shí)。按摩爾比加入5mol % Y203、 5mol% CaCO3,并添加IOwt%聚乙烯醇和IOwt% Davon C。按1 4 2質(zhì)量比的粉料磨球去離子水投入聚氨脂球磨罐中，在球磨機(jī)上球磨72小時(shí)后，在空氣中、干燥箱中150°C 下96小時(shí)烘干，研磨過(guò)篩后，干壓成圓片或環(huán)型。在電爐中，按照1°C /分鐘的升溫速率升溫，在500°C下保溫0. 5小時(shí)，在1450°C下燒結(jié)1小時(shí)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫。本實(shí)施例所得MnZn鐵氧體樣品為典型立方尖晶石結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸均勻，飽和磁化強(qiáng)度53. 49emu/g，矯頑力0. 950e，在IkHz IMHz的頻率范圍內(nèi)，初始磁導(dǎo)率保持在1000 以上，磁損耗(μ 〃 /μ ‘)小于0.3，介電損耗(ε 〃 /ε ‘)小于4.0。實(shí)施例2 將市售分析純Fe2O3、Ζη0、Μη02以摩爾比進(jìn)行混料，其中，F(xiàn)e2O3 55mol%, ZnO 22mol%,Mn02 2 3mol%。采用濕式高能球磨，其中混合粉末、氧化鋯磨球、去離子水的質(zhì)量比為1 4 2，在聚氨脂球磨罐中球磨72小時(shí)。將所得漿料置于干燥箱，在真空干燥箱中40°C下干燥12小時(shí)，粗研磨后，800°C預(yù)燒5小時(shí)。按摩爾比加入0. 05mol% Sb203、 0. 05mol% CaCO3,并添加0. Iwt %聚乙烯醇和0. Iwt % Davon C。按1 4 2質(zhì)量比的粉料磨球去離子水投入聚氨脂球磨罐中，在球磨機(jī)上球磨12小時(shí)后，在真空干燥箱中40°C下干燥96小時(shí)烘干，研磨過(guò)篩后，干壓成圓片或環(huán)型。在電爐中，按照25°C/分鐘的升溫速率升溫，在250°C下保溫2小時(shí)，在1150°C下燒結(jié)6小時(shí)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫。本實(shí)施例所得MnSi鐵氧體樣品為典型立方尖晶石結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸均勻，飽和磁化強(qiáng)度59. ^emu/g，矯頑力1. 170e，在IkHz IMHz的頻率范圍內(nèi)，初始磁導(dǎo)率保持在1000 以上，磁損耗(μ 〃 /μ ‘)小于0.4，介電損耗(ε 〃 /ε ‘)小于3. 0。實(shí)施例3 將市售分析純 ^203、&ι0、ΜηΑ以摩爾比進(jìn)行混料，其中，F(xiàn)e2O3 50mol %、 ZnO 25mol%,Mn02 2 5m0l%。采用濕式高能球磨，其中混合粉末、氧化鋯磨球、去離子水的質(zhì)量比為1 4 2，在聚氨脂球磨罐中球磨M小時(shí)。將所得漿料置于干燥箱，105°C下干燥對(duì)小時(shí)，粗研磨后，900°C預(yù)燒2小時(shí)。按摩爾比加入1.0mol% Cr203、1. Omol % CaCO3,并添加5wt%聚乙烯醇和5wt%DaV0n C。按1 4 2質(zhì)量比的粉料磨球去離子水投入聚氨脂球磨罐中，在球磨機(jī)上球磨M小時(shí)后，在空氣中、干燥箱中105°C下M小時(shí)烘干，研磨過(guò)篩后，干壓成圓片或環(huán)型。在電爐中，按照5°C/分鐘的升溫速率升溫，在250°C下保溫 5小時(shí)，在1350°C下燒結(jié)4小時(shí)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫。本實(shí)施例所得MnSi鐵氧體樣品為典型立方尖晶石結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸均勻，飽和磁化強(qiáng)度56. 27emu/g，矯頑力0. 850e，在IkHz IMHz的頻率范圍內(nèi)，初始磁導(dǎo)率保持在1000 以上，磁損耗(μ 〃 /μ ‘)小于0.5，介電損耗(ε 〃 /ε ‘)小于4.0。實(shí)施例4 將市售分析純 ^203、&ι0、ΜηΑ以摩爾比進(jìn)行混料，其中，F(xiàn)e2O3 50mol %、 ZnO 25mol%,Mn02 2 5m0l%。采用濕式高能球磨，其中混合粉末、氧化鋯磨球、去離子水的質(zhì)量比為1 4 2，在聚氨脂球磨罐中球磨M小時(shí)。將所得漿料置于干燥箱，105°C下干燥24小時(shí)，粗研磨后，900°C預(yù)燒2小時(shí)。按摩爾比加入0. 5mol% Y203>0. 5mol% Cr2O3> 1. Omol % CaCO3,并添加8wt%聚乙烯醇和8wt% Davon C。按1 4 2質(zhì)量比的粉料磨球去離子水投入聚氨脂球磨罐中，在球磨機(jī)上球磨M小時(shí)后，在空氣中、干燥箱中105°C 下M小時(shí)烘干，研磨過(guò)篩后，干壓成圓片或環(huán)型。在電爐中，按照5°C /分鐘的升溫速率升溫，在450°C下保溫2小時(shí)，在1300°C下燒結(jié)4小時(shí)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫。本實(shí)施例所得MnSi鐵氧體樣品為典型立方尖晶石結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸均勻，飽和磁化強(qiáng)度59. 17emu/g，矯頑力0. 910e，在IkHz IMHz的頻率范圍內(nèi)，初始磁導(dǎo)率保持在1000 以上，磁損耗(μ 〃 /μ ‘)小于0.2，介電損耗(ε 〃 /ε ‘)小于3. 0。
權(quán)利要求
1.一種新型摻雜Mnai系鐵氧體軟磁材料，其特征在于，材料包括主料和添加劑，其主料組分和摩爾百分含量為F%03 45 55mol%、ZnO 22 26mol%、MnO2 23 ^mol % ； 其添加劑包括t03、Sb203、Cr203中的一種或者多種，且每個(gè)配方中都含有CaCO3，所有添加劑均為額外加入，分別占主料總量的0. 05 5. Omol %。
2.按照權(quán)利要求1所述的摻雜MnSi系鐵氧體軟磁材料的制備方法，其特征在于，所述材料制備方法依次包括主料配料一球磨一烘干一預(yù)燒一粉碎一摻雜一二次球磨一過(guò)篩 —壓制成型一燒結(jié)工藝方法和步驟；所述摻雜Mn-Si系鐵氧體軟磁材料在進(jìn)行添加劑摻雜時(shí)，還分別添加0. 1 IOwt%的分散劑和粘接劑；所述球磨用高能球磨機(jī)完成，磨介為高純高耐磨氧化鋯球，混合粉料磨球去離子水質(zhì)量比為1 O 10) (1 10)，球磨時(shí)間 12 72小時(shí)；所制備的摻雜Mn-Si系鐵氧體軟磁材料的漿料，采用真空干燥或常壓干燥， 在40 150°C下烘12 96小時(shí)；所述Mn-Si系鐵氧體軟磁材料主料的預(yù)燒溫度為800 9500C，保溫0. 5 5小時(shí)；所述摻雜Mn-Si系鐵氧體軟磁材料的燒結(jié)制度為升溫速率1 250C /分鐘，250 500°C保溫0. 5 5小時(shí)排膠，燒結(jié)溫度為1150 1450°C，并在該溫度下保溫1 6小時(shí)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型摻雜MnZn系鐵氧體材料及其制備方法，屬于電子陶瓷制備及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。所述材料包括主料和添加劑，其主料組分和摩爾百分含量為Fe2O345～55mol％、ZnO 22～26mol％、MnO223～29mol％；其添加劑包括Y2O3、Sb2O3、Cr2O3中的一種或者多種，且每個(gè)配方中都含有CaCO3，每種添加劑均為額外加入，分別占主料總量的0.05～5.0mol％。所述材料的制備方法依次包括主料配料→球磨→烘干→預(yù)燒→粉碎→摻雜→二次球磨→過(guò)篩→壓制成型→燒結(jié)等工藝方法和步驟，方法經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可靠。這種材料具有較高的飽和磁化強(qiáng)度與初始磁導(dǎo)率，較低的損耗與矯頑力，以及優(yōu)異的綜合電磁學(xué)性能，特別適合體積小、質(zhì)量輕、靈敏度高的高頻器件應(yīng)用。
文檔編號(hào)C04B35/26GK102311260SQ201110225279
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者付志強(qiáng), 岳 文, 彭志堅(jiān), 王成彪, 邢慶凱 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)