一种高磁导率软磁铁氧体的制备方法技术

一种高磁导率软磁铁氧体的制备方法，采用Mn、Mg、Fe、Zn元素为主成分，不含贵金属元素Ni，先按MnZn铁氧体配方，配制合成MnZn铁氧体预烧料，再在二次配料中加入适量MgO、ZnO和Fe2O3以及改性微量元素Cu、Bi、Si、Ti等进行掺杂改性，合成具有高磁导率的MnMgZn复合铁氧体。

A Method for Preparing Soft Magnetic Ferrite with High Permeability

A preparation method of soft magnetic ferrite with high permeability is introduced. Mn-Mg-Zn composite ferrite with high permeability is synthesized by using Mn, Mg, Fe and Zn as the main components and without precious metal element Ni. The pre-sintering material of Mn-Zn ferrite is prepared according to the formula of Mn-Zn ferrite, and then the appropriate amount of MgO, ZnO and Fe2O3 as well as the modified trace elements Cu, Bi, Si and Ti are added into the secondary batching material to dope and modify the composite ferrite with high permeability. \u3002

【技术实现步骤摘要】
一种高磁导率软磁铁氧体的制备方法
本专利技术属于软磁铁氧体
，具体涉及一种材料低成本、制备工艺简单，但具有高磁导率的软磁铁氧体制备方法。
技术介绍
软磁材料主要以锰锌、镍锌铁氧体为主，是一种重要的电子功能材料。锰锌软磁铁氧体具有较高的磁导率，普遍在2000~20000，镍锌铁氧体磁导率较低，一般在2000以内。随着电子产品向小型化发展，电感元件也趋向小型化，提高软磁材料磁导率是缩小电感元件体积的关键。目前，磁导率在2000以上铁氧体一般以锰锌为主，但是由于锰锌铁氧体需要在氮气氛烧结，制备工艺要求严格，生产成本高，同时锰锌高磁导率材料存在使用频率低的不足。而镍锌铁氧体需要以昂贵的氧化镍为原料，材料成本高，同时磁导率2000以上的镍锌铁氧体对原材料、配方工艺要求都很高，很难稳定大批量生产，因此磁导率2000以上的镍锌磁芯价格昂贵，而磁导率更高的达到3000以上的基本没有厂家能生产。因此磁导率介于锰锌材料和镍锌材料之间在2000~4000范围内的，具有低成本、工艺简单的软磁材料目前一片空白。由于MnZn软磁铁氧体制备工艺严格，对材料纯度、粒度等理化性能要求高，同时需要在氮氧平衡气氛烧结，工艺复杂，成本高，难以有效降低生产成本；NiZn软磁铁氧体由于需要以Ni2O3为原料，材料成本高，尽管可以采用降低材料纯度或通过配方调整减少Ni2O3用量，但会造成材料性能降低和不稳定。特别在磁导率2000以上的材料，现有的Ni2O3铁氧体制备工艺技术都难以稳定生产，因此亟需找到一种既能降低生产成本，又能保持甚至提高磁体综合性能的配方料。本专利技术通过选择合适原材料，研制材料主成分配方和微量元素改性，采用独特工艺，专利技术了一种磁导率在2000~4000，在空气气氛烧结，不含贵金属镍元素的锰镁锌软磁铁氧体的制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术中磁导率在2000~4000的软磁铁氧体局限于MnZn铁氧体或NiZn铁氧体，均具有生产成本高的不足，提供一种制造成本低，采用辊道窑烧结、具有高磁导率，综合磁性能可以与类似的NiZn铁氧体相媲美的软磁铁氧体结制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种高磁导率软磁铁氧体的制备方法，采用Mn、Mg元素取代NiZn铁氧体中的Ni元素，形成具有高磁导率的MnMgZn复合铁氧体。在尖晶石铁氧体的晶体结构中，金属离子占据A、B位的趋势有一定的倾向性，其顺序为Zn2+、Cd2+、Mn2+、Fe3+、Mn3+、Fe2+、Mg2+、Cu2+、Co2+、Ti3+、Ni2+、Cr3+，越在前面的离子占据A位的倾向越强；越在后面的离子占据B位的倾向越强。少量Mn元素在尖晶石铁氧体中主要占据B位。由于Mn2+具有更多的有效磁矩数，因此B位磁矩增加、净磁矩增大，Ms将单调增大，磁导率增加。当含有较多Mn元素时，一方面Mn元素会占据A位和B位，不利于净磁矩增加，同时Mn元素浓度过大，会导致Mn发生变价，出现多种价态Mn离子，导致材料性能下降，同时烧结磁体容易出现表面氧化现象。因此，加入一定量的Mn元素后，再加入一定量的Mg元素，由于Mg元素既可以占据A位，又可以占据B位，从而可以减少Mn元素占据A位的几率，而且Mg元素的加入，分别取代部分Zn和Fe所在的A位和B位，使净磁矩保持不下降。因此通过加入Mg元素，平衡净磁矩降低，确保Mn2+含量的变化对净磁矩影响最大。实现形成具有高的磁导率的MnMgZn复合铁氧体。一种高磁导率软磁铁氧体的制备方法，采用Mn、Mg、Fe、Zn元素为主成分，并加入Cu、Bi、Si、Ti等进行掺杂改性，提高材料性能，形成高磁导率MnMgZn复合铁氧体。如果按常规的MnMgZn铁氧体配方和工艺进行试验，材料磁导率一般在400~800之间，达到1000已经非常困难。由于锰锌铁氧体具有高的磁导率，研究发现先按MnZn铁氧体配方，用氧化铁（49~54mol%）、氧化锌（18~28mol%）和碳酸锰（20~30mol%）配制合成MnZn铁氧体预烧料后，再在二次配料中加入适量氧化镁、氧化锌和氧化铁以及改性微量元素，通过高温烧结，这些元素互溶到MnZn铁氧体晶格中，形成的MnMgZn铁氧体可以保持高的磁导率。所述的一种高磁导率软磁铁氧体的制备方法，对合成后的MnZn烧块进行二次配料，补充加入Fe2O3、ZnO、MgO。由于Mg元素在铁氧体晶格中既可以占据A位，也可以占据B位的特点，占据A、B的多少，取决于其加入量。研究发现，因此在某个添加范围为内，Mg元素的添加对材料磁导率影响不太敏感，但是晶体形貌将产生变化，当MgO添加量占总成分（含MnZn烧块）在：6~12wt%时，烧结磁体晶粒均匀致密，磁体强度高，同时材料具有高的磁导率。研究发现，在一定范围内，ZnO含量增加，磁导率单调上升，同样在一定范围内Fe2O3含量增加，磁导率单调下降，但达到一定含量后保持稳定，由于材料居里温度取决于氧化铁和氧化锌的比例，同时Fe2O3含量增加有利于提高材料饱和磁通密度，因此通过控制ZnO、Fe2O3合适添加量，可以兼顾材料居里温度和饱和磁通密度，并且获得高磁导率。当二次配料添加Fe2O3含量（含MnZn烧块）在5~15wt%、ZnO含量在6~18wt%时，材料磁导率、居里温度、饱和磁通密度都优异。确定上述主成分，本专利技术进一步研究了各种微量元素对材料性能的影响，确定了添加合适的改性元素和添加量，包括CuO、Bi2O3、SiO2、TiO2。加入的CuO、Bi2O3、SiO2起到不同的温度区间对磁体烧结均起到固溶作用，可以解决磁体烧结开裂，防止锰元素析出表面，发生氧化形成它相物质，其效果远远优于单独添加其中的一种或两种的效果。同时Bi2O3、SiO2还可以致密磁体，提高强度的作用。而TiO2在本专利技术方法中可以起到提高材料磁导率的作用，合适的添加量可以提高材料磁导率10%左右。研究得到微量改性元素添加量，以各自标准物计的含量如下：CuO：0.2%~8wt%、Bi2O3：0.05%~0.4wt%、SiO2：0.1%~0.5wt%、TiO2：0.05%~0.2wt%。所述的一种高磁导率软磁铁氧体的制备方法，包括一次配料、一次球磨、预烧、二次配料、二次球磨磨、喷雾干燥造粒、成型、烧结等步骤：(1)一次配料：按所述配制MnZn烧块配比称取各种原料。(2)一次球磨：在振动球磨机进行干法研磨60~120分钟。(3)预烧：一次球磨完成后的粉料，在窑炉中进行预烧，温度为940±20℃，保温时间120~180分钟，初步合成尖晶石相MnZn烧块。(4)二次配料：按所述尖晶石MgZn铁氧体成分配比称取MgO、ZnO、Fe2O3及改性微量元素，添加到MnZn烧块中。(5)二次球磨：二次配料后的材料进行湿法球磨，研磨时间8~12小时，料浆粒度控制在1~1.5μm。(6)喷雾干燥造粒：二次球磨完成后，在料浆中添加浓度为8%的PVA溶液，添加量为15~25%，加入0.2~0.5分散剂，0.05~0.2%消泡剂，再球磨20~30分钟，所得料浆进行喷雾干燥造粒，筛除粗细粉，取其中40目-120目之间颗粒，水分控制在0.1~0.35%。(7)成型：在合格颗粒料中加入0.1~0.3%硬脂酸锌，拌和均匀，然后按3.1g/cm3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高磁导率软磁铁氧体的制备方法：其特征是采用Mn、Mg、Fe、Zn元素为主成分，不含贵金属元素Ni，并加入Cu、Bi、Si、Ti等进行掺杂改性，提高材料性能，形成高磁导率MnMgZn复合铁氧体。

【技术特征摘要】
1.一种高磁导率软磁铁氧体的制备方法：其特征是采用Mn、Mg、Fe、Zn元素为主成分，不含贵金属元素Ni，并加入Cu、Bi、Si、Ti等进行掺杂改性，提高材料性能，形成高磁导率MnMgZn复合铁氧体。2.根据权利要求1所述的一种高磁导率软磁铁氧体的制备方法，其特征是先按MnZn铁氧体配方：氧化铁（49~54mol%）、氧化锌（18~28mol%）和碳酸锰（20~30mol%），配制合成MnZn铁氧体预烧料。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖晓舟，
申请(专利权)人：肇庆冠磁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44