專利名稱：一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎳鋅鐵氧體的制備方法，特別涉及一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，屬于磁性材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
尖晶石結(jié)構(gòu)的鎳鋅鐵氧體由于其電阻率高、居里溫度高、磁導(dǎo)率的溫度系數(shù)低、損耗低、高頻特性好頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種電感器、變壓器、濾波線圈、扼流圈等，在通信、傳感、音像設(shè)備開關(guān)電源和磁頭工業(yè)等方面得到廣泛的應(yīng)用。為了適應(yīng)各種器件對軟磁材料越來越高的要求，“一低兩高三化”(低損耗，高頻、高磁導(dǎo)率，小型化、片式化和薄膜集成表面貼裝化)是當(dāng)前軟磁鐵氧體產(chǎn)品的發(fā)展方向。為此，采用新的制備技術(shù)是解決高端軟磁鐵氧體生產(chǎn)的基本方法，于是各種制備技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 現(xiàn)有的軟磁鎳鋅鐵氧體粉末的制備方法有很多種，K. Kawano等在Journal ofMagnetism and Magnetic Materials321 (16) (2009)24882493 報道了采用陶瓷煅燒法制備的NiZn鐵氧體晶粒尺寸在2. 2-13. 5 μ m ;Y. Choi等在Journal of MaterialsLettersl8(8) (1999)655-658 采用燃燒反應(yīng)法合成了(Ni，Zn)Fe2O4 鐵氧體；1. Z. Rahman 等在 Journal of Magnetism and Magnetic Materials290_291 (2005) 1576-1579 中米用共沉淀法制備出 Ni(α8_χ)Zna2CuxFe2O4 鐵氧體；Xinhua He 等在 Materials Letters59 (14-15)(2005) 1941-1944 中米用溶膠-凝膠和 Wenxun Yan 等在Powder Technologyl92 (2009) 2326采用回流法均制備出了 Nia5Zna5Fe2O4鐵氧體粉末；Liming Yu等在Journal of Magnetismand Magnetic Materials288 (2005) 54-59米用高能球磨法獲得了 10_50nm的納米晶粉末；A. Dias等在Materials Letters39 (1999) 69 - 76中采用水熱法制備了納米NiZn鐵氧體粉末；然而 Chan-Kong Kim 等在 Materials Research Bulletin36 (2001) 2241-2250 中報道了采用微波水熱法制備NihZnxFe2O4鐵氧體，明顯縮短了常規(guī)水熱法的制備時間。此夕卜，中國專利CN101475368A公布了采用醇熱法制備鎳鋅鐵氧體納米粉體的方法；中國專利CN1962454A公布了一種采用分析純檸檬酸鐵、硝酸鋅、硝酸鎳制備Nia5Zna5Fe2O4鐵氧體的方法；中國專利CN102010188A公布了一種采用NiO、ZnO以及Fe2O3和NaCl與KCl混合熔鹽的方法法制備鎳鋅鐵氧體粉末。以上合成除陶瓷煅燒法、燃燒反應(yīng)法外，均為采用溶液化學(xué)方法，這不僅帶來化學(xué)試劑處理及環(huán)境污染等問題，而且生產(chǎn)的量因受到設(shè)備及場地的影響而不利于大批量化；而陶瓷煅燒法、燃燒反應(yīng)法雖可以大規(guī)模生產(chǎn)，但由于加熱的溫度均勻性差，所以合成率偏低。在燒結(jié)方面，常用的是電阻加熱燒結(jié)，由于燒結(jié)的溫度高且保溫時間長，所以材料內(nèi)部晶粒易異常長大且不均勻。為此，中國專利CN101106000A公布了一種采用添加燒結(jié)助齊IJ (如Ti205、Bi203、V2O5, Mo03、Cr2O3> Nb2O5)的方法來降低燒結(jié)溫度并制備高密度鎳鋅鐵氧體的方法，提高了磁導(dǎo)率，但該方法中添加的燒結(jié)助劑是非磁性物質(zhì)，所以這樣提高磁導(dǎo)率非常有限度，控制不好反而降低磁導(dǎo)率。微波技術(shù)是新型的陶瓷合成與燒結(jié)技術(shù)，微波技術(shù)具有加熱速率快、保溫時間短、體積加熱均勻等特點(diǎn)，把微波能應(yīng)用到鎳鋅鐵氧體的制備上前人已有工作，如PurushothamYadoji 等人在 Materials Science and Engineering B98 (2003)269-278 和 MonicaSorescu等人在 Journal of Magnetism and Magnetic Materials279 (2004) 195 - 201 均報道了采用微波燒結(jié)鎳鋅鐵氧體；中國專利CN102503393A報道了將納米鐵氧體粉料與燒結(jié)助劑CuO作為原料，經(jīng)冷等靜壓成形，然后在微波設(shè)備中燒結(jié)，得到較高致密性的鐵氧體材料。而采用微波能從氧化物原料進(jìn)行合成預(yù)燒，并最終燒結(jié)成鎳鋅鐵氧體塊體的制備未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有制備鎳鋅鐵氧體的方法存在污染環(huán)境、難以批量化生產(chǎn)、合成率低、所制備的材料內(nèi)部晶粒異常長大不均勻以及存在非磁性燒結(jié)助劑的問題提供了一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法。本發(fā)明工藝簡單、能耗低、無污染，可大量節(jié)省工藝時間和成本，適于工業(yè)化生產(chǎn)，所得的尖晶石型鎳鋅鐵氧體純度高，在工業(yè)及高端技術(shù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，通過下述步驟實(shí)現(xiàn)步驟一按鎳鋅鐵氧體的化學(xué)通式NixZrvxFe2O4,式中0 < x < 1，確定的鎳鋅鐵氧體組分中N1、Zn、Fe的摩爾比，按比例分別取N1、Zn、Fe的氧化物混合均勻后，放入微波爐內(nèi)加熱得到合成預(yù)燒料粉末；微波加熱條件加熱速率為10-30°C /min、加熱溫度為700-900°C，保溫時間為10-60min ；步驟二將步驟一制備的合成預(yù)燒料粉末研磨至平均粒徑< 100目，添加成形劑，壓制成形，得到壓坯，將壓坯脫膠后放入微波爐內(nèi)燒結(jié)，得到成品；微波燒結(jié)條件是加熱速率為10-300C /min，燒結(jié)溫度為 1100-1300°C，保溫時間為 30_180min。本發(fā)明一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，步驟一中所述Ni的氧化物粉末為Ni2O3粉末；所述Zn的氧化物粉末為ZnO粉末；所述Fe的氧化物粉末為Fe2O3粉末。本發(fā)明一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，所述ZnO粉末的粒度為5-30 μ m ;所述Ni2O3粉末的粒度為10-38 μ m ;所述Fe2O3粉末的粒度為10-45 μ m。本發(fā)明一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，步驟一中，所述N1、Zn、Fe的氧化物混合均勻采用濕式球磨方式，濕式球磨介質(zhì)為去離子水；按磨球質(zhì)量粉末的總重量水的質(zhì)量=3-4:1. 5-2:1配置；所述磨球為鋼球，磨球的規(guī)格為Φ5-20ι πι ;濕式球磨轉(zhuǎn)速120-180r/min，濕式球磨時間1_5小時，濕式球磨后，將粉末在100_150°C，保溫2_6h干燥。本發(fā)明一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，步驟二中，所述成形劑為聚乙烯醇，成形劑的加入量為合成粉末質(zhì)量的2-4% ;所述壓制成形的壓力為10-50MPa，保壓時間為 l-10sec。本發(fā)明一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，步驟二中，脫膠的溫度為500-700°C，保溫時間為 30-180min。本發(fā)明一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，所述微波合成、脫膠處理以及微波燒結(jié)的冷卻方式均為隨爐冷卻至室溫。
本發(fā)明中濕式球磨混料的目的是將各原材料氧化物混和均勻，并主要滿足鎳鋅鐵氧體合成預(yù)燒料時固相反應(yīng)完全。球料比越大、球磨時間越長，則粉末越細(xì)、混合的越均勻、粉末間接觸的面積越大，因而合成時固相反應(yīng)越完全，合成的預(yù)燒料純度越高。本發(fā)明中微波合成預(yù)燒料的溫度和時間影響固相反應(yīng)是否完全，直接影響到預(yù)燒料的純度。由于K OC e_e/KT、p Oct，所以升高溫度較之延長反應(yīng)時間更有效。但是過高的溫度和時間則會使得晶粒過于粗大而性能惡化。同樣，微波燒結(jié)的溫度和時間對材料性能的影響與合成類似。此外，燒結(jié)的升溫速率也是主要影響因素，升溫速率過快，則產(chǎn)品收縮過快、產(chǎn)生較大應(yīng)力而容易開裂，直接影響到產(chǎn)品的性能和成品率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明工藝簡單、易操作，制備效率高、能耗低，可大量節(jié)省時間和成本，且制備過程環(huán)境友好、清潔衛(wèi)生、無污染；所得的尖晶石型鎳鋅鐵氧體純度高。該方法便于實(shí)現(xiàn)工業(yè) 化生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可促進(jìn)鎳鋅鐵氧體在工業(yè)及高端技術(shù)中的應(yīng)用。


附圖1是微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體工藝流程圖附圖2是微波合成鎳鋅鐵氧體升溫曲線附圖3是微波合成的鎳鋅鐵氧體XRD線譜附圖4是微波燒結(jié)鎳鋅鐵氧體升溫曲線附圖5是微波燒結(jié)鎳鋅鐵氧體的斷口形貌從圖2中可以看出，微波爐升溫、保溫可以通過輸出功率來控制，從室溫升溫到合成預(yù)燒料的時間在IOOmin內(nèi)即可完成，所需的預(yù)燒時間短。從圖3中可以看出，所合成的預(yù)燒料為(Nia5Zna5)Fe2O4單相，純度較高，且為尖晶石結(jié)構(gòu)。從圖4中可以看出，完成燒結(jié)所需時間在120min左右，所需燒結(jié)時間短。從圖5中可以看出，微波燒結(jié)產(chǎn)品的顯微組織晶粒均勻性好。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1 :采用粒度為10-12 μ m的Fe2O3、粒度為35-38 μ m的Ni2O3、粒度為5-8 μ m的ZnO為原料，按化學(xué)式(Nia5Zna5) Fe2O4以Ni Zn Fe=0. 5 :0. 5 :2的摩爾比進(jìn)行稱料，原料中三種粉末所占質(zhì)量比分別為Zn016. 73%，Ni20317. 15%，F(xiàn)e20366. 12%。將鋼球、氧化物和去離子水的加入量按照球料7jC =3:1. 5:1混合,轉(zhuǎn)速為150r/min,球磨3h,磨球規(guī)格為Φ5mm。將球磨后的濕混合料在恒溫干燥箱中120°C保溫4h。干燥后的混合料呈塊狀，將其取出放入研缽中進(jìn)行研磨，并過100目篩。隨后將所得粉末混合料在多模腔微波爐(2. 45GHz，6kW)中進(jìn)行微波合成，溫度通過設(shè)備的輸出功率來調(diào)整，升溫速率在15°C /min，合成溫度為860°C，保溫30min，隨爐冷卻。經(jīng)化學(xué)檢測，所合成的預(yù)燒料純度達(dá)99%以上。將上述微波合成料研磨細(xì)后過100目篩，加入2wt%聚乙烯醇水溶液成形劑混合并制粒。隨后在壓機(jī)上40MPa壓制成外徑16mm、內(nèi)徑8mm的圓環(huán)試樣。將壓還在馬弗爐中600°C排膠60min。將排膠后的試樣放置微波爐中，升溫速率控制在12°C /min，于1200°C燒結(jié)，保溫60min，燒結(jié)氣氛為空氣，隨爐冷卻。所制備的試樣成品率達(dá)97%以上。實(shí)施例2 采用粒度為25-27 μ m的Fe2O3、粒度為20-22 μ m的Ni2O3、粒度為15-18 μ m的ZnO為原料，按化學(xué)式(Nia4Zna6) Fe2O4以Ni Zn Fe=0. 4 :0. 6 :2的摩爾比進(jìn)行稱料，原料中三種粉末所占質(zhì)量比分別為Zn020. 10%, Ni20313. 73%，F(xiàn)e20366. 17%。將鋼球、氧化物和去離子水的加入量按照球料水=4:1. 5:1混合,轉(zhuǎn)速為120r/min,球磨5h,磨球規(guī)格為Φ15ι πι。將球磨后的濕混合料在恒溫干燥箱中150°C保溫2h。干燥后的混合料呈塊狀，將其取出放入研缽中進(jìn)行研磨，并過100目篩。隨后將所得粉末混合料在多模腔微波爐(2. 45GHz, 6kff)中進(jìn)行微波合成，溫度通過設(shè)備的輸出功率來調(diào)整，升溫速率在10°C /min，合成溫度為750°C，保溫60min，隨爐冷卻。經(jīng)化學(xué)檢測，所合成的預(yù)燒料純度達(dá)98%以上。將上述微波合成料研磨細(xì)后過100目篩，加入4被％聚乙烯醇水溶液成形劑混合并制粒。隨后在壓機(jī)上IOMPa壓制成外徑16mm、內(nèi)徑8mm的圓環(huán)試樣。將壓坯在馬弗爐中700°C排膠30min。將排膠后的試樣放置微波爐中，升溫速率控制在30°C /min，于1300°C燒結(jié)，保溫30min，燒結(jié)氣氛為空氣，隨爐冷卻。所制備的試樣成品率達(dá)96%以上。實(shí)施例3 采用粒度為42-45 μ m的Fe2O3、粒度為10-12 μ m的Ni2O3、粒度為28-30 μ m的ZnO為原料，按化學(xué)式(Nia6Zna4) Fe2O4以Ni Zn Fe=0. 6 :0. 4 :2的摩爾比進(jìn)行稱料，原料中三種粉末所占質(zhì)量比分別為Zn013. 38%，Ni20320. 56%，F(xiàn)e20366. 06%。將鋼球、氧化物和去離子水的加入量按照球料水=3:2:1混合,轉(zhuǎn)速為180r/min,球磨2h,磨球規(guī)格為Φ20ι πι。將球磨后的濕混合料在恒溫干燥箱中100°C保溫6h。干燥后的混合料呈塊狀，將其取出放入研缽中進(jìn)行研磨，并過100目篩。隨后將所得粉末混合料在多模腔微波爐(2. 45GHz，6kW)中進(jìn)行微波合成，溫度通過設(shè)備的輸出功率來調(diào)整，升溫速率在30°C /min，合成溫度為9000C，保溫lOmin，隨爐冷卻。經(jīng)化學(xué)檢測，所合成的預(yù)燒料純度達(dá)98%以上。將上述微波合成料研磨細(xì)后過100目篩，加入3wt%聚乙烯醇水溶液成形劑混合并制粒。隨后在壓機(jī)上30MPa壓制成外徑16mm、內(nèi)徑8mm的圓環(huán)試樣。將壓還在馬弗爐中500°C排膠180min。將排膠后的試樣放置微波爐中，升溫速率控制在20°C /min,于1100°C燒結(jié)，保溫180min，燒結(jié)氣氛為空氣，隨爐冷卻。所制備的試樣成品率達(dá)97%以上。
權(quán)利要求
1.一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，其特征在于通過下述步驟實(shí)現(xiàn)步驟一按鎳鋅鐵氧體的化學(xué)通式NixZrvxFe2O4,式中0 < x < 1，確定的鎳鋅鐵氧體組分中N1、 Zn、Fe的摩爾比，按比例分別取N1、Zn、Fe的氧化物混合均勻后，放入微波爐內(nèi)加熱得到合成預(yù)燒料粉末；微波加熱條件加熱速率為10-30°C /min、加熱溫度為700-900°C，保溫時間為 10-60min ；步驟二將步驟一制備的合成預(yù)燒料粉末研磨至平均粒徑< 100目，添加成形劑，壓制成形， 得到壓坯，將壓坯脫膠后放入微波爐內(nèi)燒結(jié)，得到成品；微波燒結(jié)條件是加熱速率為 10-300C /min，燒結(jié)溫度為 1100-1300°C，保溫時間為 30_180min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，其特征在于步驟一中所述Ni的氧化物粉末為Ni2O3粉末；所述Zn的氧化物粉末為ZnO粉末；所述Fe的氧化物粉末為Fe2O3粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，其特征在于 所述ZnO粉末的粒度為5-30 μ m ;所述Ni2O3粉末的粒度為10-38 μ m ;所述Fe2O3粉末的粒度為 10-45 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，其特征在于步驟一中，所述N1、Zn、Fe的氧化物混合均勻采用濕式球磨方式,濕式球磨介質(zhì)為去離子水； 按磨球質(zhì)量粉末的總重量水的質(zhì)量=3-4:1. 5-2:1配置；所述磨球為鋼球,磨球的規(guī)格為Φ5-20ι πι ;濕式球磨轉(zhuǎn)速120-180r/min,濕式球磨時間1_5小時,濕式球磨后,將粉末在 100-150°C，保溫 2-6h 干燥。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，其特征在于步驟二中，所述成形劑為聚乙烯醇，成形劑的加入量為合成粉末質(zhì)量的2-4%;所述壓制成形的壓力為10_50MPa，保壓時間為1-1Osec。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，其特征在于步驟二中，脫膠的溫度為500-700°C，保溫時間為30-180min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，其特征在于所述微波合成、脫膠處理以及微波燒結(jié)的冷卻方式均為隨爐冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明一種利用微波技術(shù)制備鎳鋅鐵氧體的方法，是按鎳鋅鐵氧體的化學(xué)通式NixZn1-xFe2O4，式中0＜x＜1，確定的鎳鋅鐵氧體組分中Ni、Zn、Fe的摩爾比，按比例分別取Ni、Zn、Fe的氧化物混合均勻后，微波合成得到預(yù)燒料粉末，再將合成預(yù)燒料粉末研磨后加入聚乙烯醇壓制成形得到壓坯，壓坯經(jīng)脫膠處理后在微波爐中進(jìn)行燒結(jié)得到成品；微波燒結(jié)的條件是加熱速率為10-30℃/min，燒結(jié)溫度為1100-1300℃，保溫時間為30-180min。本發(fā)明工藝簡單、易操作、制備效率高、能耗低、可大量節(jié)省時間和成本，且制備過程環(huán)境友好、清潔衛(wèi)生、無污染；所得尖晶石型鎳鋅鐵氧體純度高。該方法適于工業(yè)化生產(chǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可促進(jìn)鎳鋅鐵氧體在工業(yè)及高端技術(shù)中的應(yīng)用。
文檔編號C04B35/26GK103011793SQ20121058095
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者彭元東, 夏慶林, 李麗婭, 鮑瑞, 易健宏 申請人:中南大學(xué)