本發(fā)明屬于鐵氧體材料，具體涉及一種錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著電力工業(yè)、電子工業(yè)和汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各種零部件和設(shè)備逐漸趨于向小型化、復(fù)雜化和多樣化的方向轉(zhuǎn)變，同時(shí)對(duì)于具有高磁性能和復(fù)雜形狀的小型磁性器件的需求也在日益增加。

2、粉末冶金技術(shù)能夠制備得到高性能的磁性部件，目前，傳統(tǒng)的干壓成型工藝突破了現(xiàn)有成型工藝的限制，其主要利用粉末的流動(dòng)性來(lái)進(jìn)行充模和壓制處理，但是在制造外部切槽、橫孔、盲孔、外螺紋、凹臺(tái)、鍵銷以及表面滾花、帶有號(hào)碼或標(biāo)識(shí)等復(fù)雜形狀的零部件時(shí)存在一定的限制。塑料注射成型技術(shù)能夠以低廉的價(jià)格大量生產(chǎn)各種復(fù)雜形狀的制品，但無(wú)法保證其具有高磁性能。而注射成型技術(shù)因其具有可批量生產(chǎn)性、精確地制造尺寸和容易成型等優(yōu)點(diǎn)在材料成型方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。

3、錳鋅鐵氧體材料兼具高頻、高磁導(dǎo)率、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(bs)和低功率損耗(pc)的優(yōu)良特性，故其可被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、醫(yī)療以及通訊等領(lǐng)域中。因此，為了滿足未來(lái)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的多元化和高性能的需求，開(kāi)發(fā)錳鋅鐵氧體材料的注射成型工藝是非常必要的。

4、注射成型工藝能夠滿足制備得到的磁性器件高精度的要求，但由于原料中存在大量的非磁性有機(jī)粘結(jié)劑組分，使得磁體的磁性能隨之下降。基于此，中國(guó)發(fā)明專利cn111370198a公開(kāi)了一種注塑成型的軟磁鐵氧體磁體，具體組分包括：軟磁鐵氧體磁粉80～93％、磁粉表面修飾劑0.1～1.0％、偶聯(lián)劑0.1～0.5％、表面有機(jī)絕緣劑0.2～0.8％、粘結(jié)劑6～19％和流動(dòng)助劑0.1～1.0％，以此制備得到具有高壓潰強(qiáng)度、復(fù)雜形狀易成型和小型化的注塑成型用軟磁鐵氧體磁體。然而，上述磁體的整體磁導(dǎo)率偏低，且并未公開(kāi)測(cè)試其他磁性能(例如體積功耗值或飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度等)。

5、綜上可知，本發(fā)明旨在利用注射成型技術(shù)制造出具有高磁性能的小型復(fù)雜磁體的同時(shí)，解決上述原料因大量有機(jī)粘結(jié)劑的加入導(dǎo)致磁體的整體性能隨之降低等技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料及其制備方法。為了解決小型復(fù)雜化磁芯成型不易，以及有機(jī)粘結(jié)劑的加入致使錳鋅功率鐵氧體材料的磁性能下降等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)調(diào)控粘結(jié)劑的組成和改善工藝條件，使得錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料的注射成型性能得以提高，從而保證了其兼具高磁感應(yīng)強(qiáng)度(bs)、低功率損耗(pc)和良好的機(jī)械強(qiáng)度。

2、為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料，所述錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料是由以下重量百分比的組分制得：錳鋅功率鐵氧體材料75％～90％和粘結(jié)劑組合物10％～25％；

4、所述粘結(jié)劑組合物是由以下重量百分比的組分組成：聚甲醛樹(shù)脂(pom)10％～15％、高密度聚乙烯(hdpe)2％～5％、聚乙烯辛烯共彈性體(poe)0.5％～1.5％、乙烯基雙硬脂酰胺(ebs)0.2％～0.5％、硬脂酸鋅(sa)1％～3％和鄰苯二甲酸二辛酯(dop)1％～3％。

5、本發(fā)明通過(guò)調(diào)控粘結(jié)劑的配方，以此提升錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料的注射成型性能、磁性能和機(jī)械強(qiáng)度。首先，本發(fā)明選用聚甲醛樹(shù)脂(pom)作為粘結(jié)劑的主要成分，不僅流動(dòng)性更佳，而且pom分子鏈上幾乎沒(méi)有分枝以及側(cè)基，且碳原子大都與氫原子連接，使得分子鏈非常規(guī)整，故pom具有較高的結(jié)晶度；同時(shí)，pom分子中的碳氧鍵較短，故pom的內(nèi)聚能密度高，分子鏈聚集緊密，這種結(jié)構(gòu)有助于降低成形過(guò)程中鏈的方向性，進(jìn)而獲得具有良好各向同性的成形坯料。此外，pom還具有高力學(xué)強(qiáng)度、耐疲勞性、耐蠕變性、耐磨性以及耐化學(xué)藥品性好等優(yōu)勢(shì)，從而進(jìn)一步提升錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料的機(jī)械性能和實(shí)用性。

6、其次，本發(fā)明選用高密度聚乙烯(hdpe)作為穩(wěn)定劑，使得物料在后續(xù)加工處理過(guò)程中結(jié)構(gòu)保持長(zhǎng)期穩(wěn)定以及均勻分散，特別是在高剪切力的作用下保持良好的穩(wěn)定性。

7、此外，本發(fā)明采用鄰苯二甲酸二辛酯(dop)作為增塑劑，其能夠降低pom的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，最終提高其熱變形溫度，使得pom對(duì)錳鋅功率鐵氧體材料保持良好的潤(rùn)濕性，以此提高錳鋅功率鐵氧體材料與粘結(jié)劑組合物的混煉性，最終提升錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料的磁性能。

8、最后，本發(fā)明提供的粘結(jié)劑組合物中聚甲醛樹(shù)脂組分在后續(xù)催化脫脂中容易被化學(xué)分解，因此能夠加快脫脂反應(yīng)速率，進(jìn)而極大地提高了脫脂效率。

9、在本發(fā)明中，所述錳鋅功率鐵氧體材料的重量百分比為75％～90％，例如可以為75％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％等。

10、在本發(fā)明中，所述粘結(jié)劑組合物的重量百分比為10％～25％，例如可以為10％、11％、12％、13％、14％、15％、18％、20％、22％、25％等。

11、在本發(fā)明中，所述聚甲醛樹(shù)脂的重量百分比為10％～15％，例如可以為10％、11％、12％、13％、14％、15％等，重量百分比過(guò)低則物料密煉無(wú)法成型，反之會(huì)添加量過(guò)大會(huì)造成產(chǎn)品性能下降且對(duì)加工難度增大。

12、在本發(fā)明中，所述高密度聚乙烯的重量百分比為2％～5％，例如可以為2％、2.2％、2.5％、2.8％、3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％、5％等，重量百分比過(guò)低會(huì)導(dǎo)致材料的穩(wěn)定性和耐久性下降，反之則會(huì)密煉不均。

13、在本發(fā)明中，所述聚乙烯辛烯共彈性體的重量百分比為0.5％～1.5％，例如可以為0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％等。在本發(fā)明中，通過(guò)調(diào)控聚乙烯辛烯共彈性體的重量百分比，使得其控制在優(yōu)選的含量范圍，重量百分比過(guò)低會(huì)使得產(chǎn)品的柔韌性不足，反之會(huì)影響產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性。

14、在本發(fā)明中，所述乙烯基雙硬脂酰胺的重量百分比為0.2％～0.5％，例如可以為0.2％、0.22％、0.25％、0.28％、0.3％、0.32％、0.35％、0.38％、0.4％、0.42％、0.45％、0.48％、0.5％等。

15、在本發(fā)明中，所述硬脂酸鋅的重量百分比為1％～3％，例如可以為1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.2％、2.5％、2.8％、3％等。

16、在本發(fā)明中，通過(guò)調(diào)控乙烯基雙硬脂酰胺和硬脂酸鋅的重量百分比，使得二者的含量控制在優(yōu)選的含量范圍，重量百分比過(guò)低會(huì)使得產(chǎn)品的潤(rùn)滑效果不佳，反之會(huì)添加量過(guò)多可能會(huì)在模具表面形成過(guò)厚的涂層，反而導(dǎo)致脫模困難。

17、在本發(fā)明中，所述鄰苯二甲酸二辛酯的重量百分比為1％～3％，例如可以為1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.2％、2.5％、2.8％、3等，重量百分比過(guò)低會(huì)使得制品的塑化效果不佳，反之會(huì)使制品的拉伸強(qiáng)度、硬度等機(jī)械性能顯著下降。

18、優(yōu)選地，所述錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料是由以下重量百分比的組分制得：錳鋅功率鐵氧體材料78％～85％和粘結(jié)劑組合物15％～22％。

19、優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑組合物是由以下重量百分比的組分組成：聚甲醛樹(shù)脂10％～14％、高密度聚乙烯2％～3％、聚乙烯辛烯共彈性體1％～1.5％、乙烯基雙硬脂酰胺0.3％～0.5％、硬脂酸鋅2％～3％和鄰苯二甲酸二辛酯1％～2％。

20、優(yōu)選地，所述錳鋅功率鐵氧體材料的平均粒徑為1.1～1.4μm，例如可以為1.1μm、1.12μm、1.15μm、1.18μm、1.2μm、1.21μm、1.22μm、1.23μm、1.24μm、1.25μm、1.26μm、1.27μm、1.28μm、1.29μm、1.3μm、1.32μm、1.35μm、1.38μm、1.4μm等。

21、優(yōu)選地，所述聚甲醛樹(shù)脂的熔融指數(shù)為90～150g/10min，優(yōu)選為120g/10min，例如可以為90g/10min、100g/10min、110g/10min、120g/10min、130g/10min、140g/10min、150g/10min等。

22、優(yōu)選地，所述高密度聚乙烯的分子量為40000～300000，優(yōu)選為100000，例如可以為40000、60000、80000、100000、200000、300000等。

23、優(yōu)選地，所述高密度聚乙烯的熔融指數(shù)為0.1～10g/10min，優(yōu)選為0.5g/10min，例如可以為0.1g/10min、0.2g/10min、0.5g/10min、0.8g/10min、1g/10min、2g/10min、5g/10min、8g/10min、10g/10min等。

24、優(yōu)選地，所述聚乙烯辛烯共彈性體的分子量為3000～3500，優(yōu)選為3500，例如可以為3000、3100、3200、3300、3400、3500等。

25、優(yōu)選地，所述聚乙烯辛烯共彈性體的熔融指數(shù)為0.1～3g/10min，優(yōu)選為1.2g/10min，例如可以為0.1g/10min、0.3g/10min、0.5g/10min、0.8g/10min、1g/10min、1.2g/10min、1.5g/10min、2g/10min、2.2g/10min、2.5g/10min、2.8g/10min、3g/10min等。

26、在本發(fā)明中，通過(guò)調(diào)控上述組分的物性參數(shù)，使得粘結(jié)劑組合物具有最佳性能，便于提高錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料的注射成型性能、磁性能和機(jī)械強(qiáng)度。

27、第二方面，本發(fā)明提供了一種制備根據(jù)第一方面所述的錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料的方法，所述方法包括以下步驟：

28、按照配方量將錳鋅功率鐵氧體材料和粘結(jié)劑組合物進(jìn)行混合和密煉，得到第一物料；

29、將所述第一物料進(jìn)行擠出和造粒處理，得到第二物料；

30、將所述第二物料進(jìn)行注射成型處理，得到生坯；

31、將所述生坯進(jìn)行脫脂處理，得到脫脂坯；

32、將所述脫脂坯進(jìn)行燒結(jié)處理，得到所述錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料。

33、優(yōu)選地，所述錳鋅功率鐵氧體材料的制備方法包括以下步驟：將氧化鐵、氧化錳和氧化鋅進(jìn)行一次球磨處理，得到一次球磨料；將所述一次球磨料進(jìn)行預(yù)燒處理，得到預(yù)燒料；將所述預(yù)燒料進(jìn)行二次球磨處理，得到所述錳鋅功率鐵氧體材料。

34、優(yōu)選地，所述氧化鐵、氧化錳和氧化鋅的質(zhì)量比為73.4:21.8:4.8；

35、優(yōu)選地，所述預(yù)燒處理的溫度為600～900℃，例如可以為600℃、700℃、800℃、900℃等，時(shí)間為2～4h，例如可以為2h、3h、4h等；

36、優(yōu)選地，所述二次球磨處理后還包括干燥和過(guò)篩處理。

37、優(yōu)選地，所述錳鋅功率鐵氧體材料的含水量≤0.1％，例如可以為0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％等。

38、優(yōu)選地，所述密煉的溫度為160℃～190℃，優(yōu)選為180℃～190℃，例如可以為160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃等。

39、優(yōu)選地，所述密煉的時(shí)間為30min～60min，優(yōu)選為30min～45min，例如可以為30min、32min、35min、38min、40min、42min、45min、48min、50min、52min、55min、58min、60min等。

40、在本發(fā)明中，密煉的溫度過(guò)低或者密煉的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致粘結(jié)劑組合物對(duì)磁粉包裹不均，從而降低錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度。

41、優(yōu)選地，所述造粒處理的溫度為150℃～170℃，優(yōu)選為150℃～160℃，例如可以為150℃、155℃、160℃、165℃、170℃等。

42、優(yōu)選地，所述第二物料的長(zhǎng)度為3～5mm，例如可以為3mm、3.2mm、3.5mm、3.8mm、4mm、4.2mm、4.5mm、4.8mm、5mm等。

43、優(yōu)選地，所述注射成型處理的溫度為80℃～140℃，例如可以為80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃等。

44、優(yōu)選地，所述脫脂處理的溫度為100～200℃，優(yōu)選為120～150℃，例如可以為100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃等。

45、優(yōu)選地，所述脫脂處理采用草酸進(jìn)行脫脂。

46、在本發(fā)明中，本發(fā)明提供的粘結(jié)劑組合物中的聚甲醛樹(shù)脂在草酸的作用下容易被化學(xué)分解，氮?dú)庠诜磻?yīng)中起到保護(hù)作用且會(huì)帶走分解產(chǎn)生的甲醛氣體使得反應(yīng)能夠繼續(xù)快速發(fā)生，進(jìn)而極大地提高了脫脂效率。

47、優(yōu)選地，所述草酸的進(jìn)酸量為1～5g/min，優(yōu)選為1～3g/min，例如可以為1g/min、1.5g/min、2g/min、2.5g/min、3g/min、3.5g/min、4g/min、4.5g/min、5g/min。

48、優(yōu)選地，所述燒結(jié)處理的溫度為1250℃～1350℃，例如可以為1250℃、1260℃、1270℃、1280℃、1290℃、1300℃、1310℃、1320℃、1330℃、1340℃、1350℃等；時(shí)間為4～12h，例如可以為4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h等。

49、優(yōu)選地，所述燒結(jié)處理的過(guò)程中氧氣的體積含量為2～21vol％，例如可以為2vol％、3vol％、5vol％、8vol％、10vol％、12vol％、15vol％、18vol％、20vol％、21vol％等。

50、優(yōu)選地，所述燒結(jié)處理的過(guò)程包括先在氧氣的體積含量為19～21vol％的條件下于1280～1330℃下燒結(jié)5～8h，然后在氧氣的體積含量為2～5vol％的條件下于1280～1330℃下燒結(jié)1～4h，最后在平衡氧氣分壓下進(jìn)行降溫。

51、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

52、本發(fā)明提供了一種錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料，首先，本發(fā)明選用聚甲醛樹(shù)脂(pom)作為粘結(jié)劑的主要成分，不僅流動(dòng)性更佳，而且pom分子鏈上幾乎沒(méi)有分枝以及側(cè)基，且碳原子大都與氫原子連接，使得分子鏈非常規(guī)整，故pom具有較高的結(jié)晶度；同時(shí)，pom分子中的碳氧鍵較短，故pom的內(nèi)聚能密度高，分子鏈聚集緊密，這種結(jié)構(gòu)有助于降低成形過(guò)程中鏈的方向性，進(jìn)而獲得具有良好各向同性的成形坯料。此外，pom還具有高力學(xué)強(qiáng)度、耐疲勞性、耐蠕變性、耐磨性以及耐化學(xué)藥品性好等優(yōu)勢(shì)，從而進(jìn)一步提升錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料的機(jī)械性能和實(shí)用性。

53、其次，本發(fā)明選用高密度聚乙烯(hdpe)作為穩(wěn)定劑，使得物料在后續(xù)加工處理過(guò)程中結(jié)構(gòu)保持長(zhǎng)期穩(wěn)定以及均勻分散，特別是在高剪切力的作用下保持良好的穩(wěn)定性。

54、此外，本發(fā)明采用鄰苯二甲酸二辛酯(dop)作為增塑劑，其能夠降低pom的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，最終提高其熱變形溫度，使得pom對(duì)錳鋅功率鐵氧體材料保持良好的潤(rùn)濕性，以此提高錳鋅功率鐵氧體材料與粘結(jié)劑組合物的混煉性，最終提升錳鋅功率鐵氧體復(fù)合材料的磁性能。

55、最后，本發(fā)明提供的粘結(jié)劑組合物中聚甲醛樹(shù)脂組分在后續(xù)催化脫脂中容易被化學(xué)分解，因此能夠加快脫脂反應(yīng)速率，進(jìn)而極大地提高了脫脂效率。