CN102557606A

CN102557606A - 镁锌软磁铁氧体材料的制备方法及镁锌软磁铁氧体材料

Info

Publication number: CN102557606A
Application number: CN2012100696358A
Authority: CN
Inventors: 钟东; 于万林; 杜海峰
Original assignee: NANJING SHENNING MAGNETOELECTRIC CO Ltd
Current assignee: NANJING SHENNING MAGNETOELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种镁锌软磁铁氧体材料的制备方法。本发明方法包括以下步骤：对废旧镁锌铁氧体磁芯进行分选、清洗，然后进行粉碎至250目以下，得到熟坯料；将氧化铁、氧化锌、氧化镁、氧化铜这四种主成分按照配比进行混合、预烧，得到预烧后的预烧料；将熟坯料与预烧料按照小于或等于1：1的比例混合后进行砂磨，在砂磨过程中进行配方校正并加入副成分、黏合剂，然后进行喷雾干燥，得到颗粒料；将颗粒料压制为坯件，对坯件进行烧结，得到镁锌软磁铁氧体材料。本发明还公开了一种采用本发明方法制备的镁锌软磁铁氧体材料。本发明打破了废旧磁芯作为原料添加必将大幅影响产品电磁特性的定论，为大幅降低镁锌铁氧体制造成本指出了一条全新的道路。

Description

镁锌软磁铁氧体材料的制备方法及镁锌软磁铁氧体材料

技术领域

本发明涉及一种磁性材料的制备方法，尤其涉及一种镁锌软磁铁氧体材料的制备方法及利用该制备方法得到的镁锌软磁铁氧体材料。

背景技术

软磁铁氧体属于亚铁磁性材料，目前被广泛用于变压、滤波、电磁兼容等电子设备。其中的镍锌铁氧体由于具有良好的高频特性以及较高的电阻率，需求量呈***性增长。但由于作为其主分之一的镍是一种战略物资，价格高昂，导致镍锌铁氧体生产成本极高且仍呈继续增长的趋势。因此，与其性能比较接近，而成本低得多的镁锌软磁铁氧体材料越来越受到重视。近期的一些研究表明，采用合适的配方及制造工艺可以得到电磁特性接近或达到镍锌铁氧体的镁锌铁氧体材料。由于镁锌材料和镍锌材料相比具有明显的价格优势，因此，镁锌软磁铁氧体已被越来越多的用于替代镍锌铁氧体。

然而，随着镁锌铁氧体的大量使用，作为其主成分的氧化镁、氧化锌、氧化铁等原料的价格也随之增长，导致生产成本大增，已经成为困扰各生产厂商的主要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种镁锌软磁铁氧体材料的制备方法，可在基本不影响电磁特性的情况下，大幅降低生产成本。

本发明的思路是利用废旧镁锌铁氧体磁芯作为镁锌软磁铁氧体生产的部分原料，从而大幅降低原材料成本。

随着液晶显示技术的迅猛发展，传统的CRT显示器被大量的淘汰，废旧CRT显示器的回收处理，使得市场上出现了大量廉价的拆机废偏转磁芯，其主要的材质就是镁锌材料(μi＝300～500)。如能以其作为镁锌软磁铁氧体材料的原材料，则生产成本会明显降低。但传统上认为，废旧磁芯的加入会严重影响材料的电磁特性，且随着添加量的增加，这种不良影响会越来越严重。因此，目前尚无大规模使用废旧磁芯作为软磁铁氧体原材料的报道。实际上，通过采用合理的制造工艺，完全可以使用较大比例的废旧镁锌软磁铁氧体磁芯作为原料，得到电磁性能与传统工艺生产的产品相当的镁锌软磁铁氧体材料。

具体而言，本发明的镁锌软磁铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、对废旧镁锌铁氧体磁芯进行分选、清洗，然后进行粉碎至250目以下，得到熟坯料；

步骤B、将氧化铁、氧化锌、氧化镁、氧化铜这四种主成分按照配比进行混合、预烧，得到预烧后的预烧料；

步骤C、将熟坯料与预烧料按照小于或等于1∶1的比例混合后进行砂磨，在砂磨过程中进行配方校正并加入副成分、黏合剂，然后进行喷雾干燥，得到颗粒料；

步骤D、将颗粒料压制为坯件，对坯件进行烧结，得到镁锌软磁铁氧体材料。

优选地，所述步骤C中采用循环砂磨工艺，具体为：先投入熟坯料，砂磨3-5小时；然后投入预烧料，一起循环砂磨15小时；最后搅拌4小时。

优选地，步骤A中采用雷蒙粉碎机进行废旧镁锌铁氧体磁芯的粉碎。

优选地，所述预烧采用回转窑烧结，其预烧温度为1050-1080℃，回转速度为120-150Kg/h。

优选地，所述废旧镁锌铁氧体磁芯为废旧CRT显示器中的偏转磁芯，或者镁锌软磁铁氧体材料生产过程中的不良品。

优选地，所述废旧镁锌铁氧体磁芯的清洗采用研磨振动机。

优选地，所述黏合剂为PVA(Polyvinyl Alcohol，聚乙烯醇，简称PVA)水溶液，所述PVA水溶液的PVA浓度为10wt％。

一种镁锌软磁铁氧体材料，采用上述任一技术方案所述制备方法制备得到。

优选地，所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量为：Fe₂O₃为47mol％～52mol％，ZnO为21mol％～26mol％，MgO为18mol％～23mol％，CuO为4mol％～6mol％；所述副成分包括Bi2O3，以其标准物计的质量百分比含量为0.1wt％～0.3wt％。

更进一步地，所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量为：Fe₂O₃为49.5mol％，ZnO为22.8mol％，MgO为22mol％，CuO为5.7mol％。

本发明通过合理优化的工艺，在镁锌软磁铁氧体材料生产过程中，大比例(最高可达到50％)利用废旧镁锌铁氧体磁芯作为原料，从而大幅降低了生产制造成本；且所获得的镁锌软磁铁氧体材料的电磁特性并无明显下降。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明提供了一种镁锌软磁铁氧体材料，包括主成分和副成分，主成分为氧化铁、氧化镁、氧化锌、氧化铜；副成分包括三氧化二铋；所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量为：Fe₂O₃为47mol％～52mol％，ZnO为21mol％～26mol％，MgO为18mol％～23mol％，CuO为4mol％～6mol％；Bi₂O₃，以其标准物计的质量百分比含量为0.1wt％～0.3wt％。Bi₂O₃可以在比CuO更低的温度下形成液相，作为助熔剂促进熟坯料的能量传递，促进固相反应，降低烧结温度。

上述镁锌软磁铁氧体材料，具体按照以下方法制备：

步骤A、对废旧镁锌铁氧体磁芯进行分选、清洗，然后进行粉碎至250目以下，得到熟坯料：

所述废旧镁锌铁氧体磁芯可以是废旧CRT显示器中的偏转磁芯，或者镁锌软磁铁氧体材料生产过程中的不良品。由于废旧磁芯，尤其是回收CRT显示器中拆解下来的偏转磁芯，均混杂或粘连有铜线、环氧胶、胶带等杂物，因此必须进行分选和清洗，以去除杂物。清洗时，可以采用常规工艺中最常使用的超声波清洗机，但为了提高清洗效果，本发明优选研磨振动机进行清洗。使用研磨振动机清洗时，磁芯会呈螺旋前进并伴随着小幅振动，磁芯之间会产生较多摩擦，从而能够更彻底地将粘连在磁芯表面的杂物去除。对磁芯进行粉碎，可以采用现有的各种粉碎设备，本发明优选雷蒙粉碎机(Raymond mill)，其粉碎效率高、颗粒一致性好，且可通过风门大小控制颗粒大小。将磁芯粉碎至250目以下，平均颗粒粒径控制在5～7微米之间较佳。此时得到的粉碎颗粒，由于其是已经过烧结的成品磁芯粉碎得到，因此称为熟坯料。

步骤B、将氧化铁、氧化锌、氧化镁、氧化铜这四种主成分按照配比进行混合、预烧，得到预烧后的预烧料：

本步骤基本与传统的镁锌铁氧体制造工艺相同。其中混合和预烧都可以采用现有成熟工艺进行。例如混合可采用强混机、振磨机等，预烧可采用立式空气炉或隧道式空气炉。本发明优选使用振磨机进行原料混合，原料混合更加均匀；采用回转窑进行预烧，可使预烧料的铁氧体化更加充分，且可通过调整回转速度和窑体倾斜角度来方便地调整预烧程度。其中预烧温度为1050-1080℃，回转速度为120-150Kg/h。

步骤C、将熟坯料与预烧料按照小于或等于1∶1的比例混合后进行砂磨，在砂磨过程中进行配方校正并加入副成分、黏合剂，然后进行喷雾干燥，得到颗粒料：

将熟坯料与预烧料按照小于或等于1∶1的比例混合后进行砂磨。考虑到熟坯料与预烧料的颗粒之间存在较大差异，为了使预烧料和熟坯料的粒径尽量一致且分布均匀，以提高后续烧结时的反应活性，本发明采用循环砂磨工艺，具体为：先投入熟坯料，砂磨3-5小时；然后投入预烧料，一起循环砂磨15小时；最后搅拌4小时。砂磨时的固含保持在55～60％，通过采用上述砂磨工艺，砂磨完成后颗粒粒径小且分布较好，颗粒的平均粒径为1.0±0.1微米。在砂磨过程中，还需要进行配方校正并加入副成分、黏合剂。所谓配方校正是铁氧体制造工艺中常用方法，是指在生成最终的颗粒料之前，通过对砂磨料或球磨料进行取样检验，对实际成分进行分析(例如利用化学分析方法或者X-Ray分析方法)，并通过少量添加部分原料来对实际成分与目标配方之间的偏差进行修正，以使最终颗粒料的成分与目标配方尽可能吻合。本实施方式中副成分采用Bi₂O₃，以其标准物计，其质量百分比含量为0.1wt％～0.3wt％。添加少量Bi₂O₃的目的是作为助熔剂，配合CuO，可以促进固相反应时的原子扩散，从而降低烧结温度，保证烧结时物理化学反应的充分完成。黏合剂采用常用的PVA水溶液，但适当提高了PVA浓度，PVA水溶液的PVA浓度为10wt％。

步骤D、将颗粒料压制为坯件，对坯件进行烧结，得到镁锌软磁铁氧体材料：

利用得到的颗粒料，即可根据实际需要将其压制为不同形状、尺寸的坯件。然后对坯件进行烧结，以完成最终的铁氧体化。本发明中的烧结工艺如下：以100～150℃/h的速率升温至1200±20℃，然后保温3h，随炉降温。

通过上述方法，可以得到与传统工艺生产的产品电磁特性基本相当的镁锌软磁铁氧体材料，而由于采用了最多可达到50％的废旧磁芯作为原料，其生产成本相比传统工艺可降低30％-40％。为了验证本发明的有益效果，按照下表1的三种配方(配方1-配方3)分别制备镁锌铁氧体材料，每种配方分别采用两种方法制备，一种方法为传统制造工艺，另一种采用为本发明方法(按照1∶1的比例使用废旧偏转磁芯作为原料)。

表1试验配方

	Fe₂O₃(mol％)	ZnO(mol％)	MgO(mol％)	CuO(mol％)	Bi₂O₃(wt％)
						配方1	49.5	22.8	22	5.7	0.1
配方2	48.5	25	21.5	5	0.1
						配方3	50.5	25.6	19.6	4.3	0.2

对上述实验得到的6种镁锌铁氧体材料标准环进行测试，测试采用业内通用的HP4284ALCR测试仪、HP4191A网络测试仪、SY8258BH分析仪、高低温恒温箱。下表2显示了6种样品的相关电磁性能：

表2电磁特性测试结果

由表2的测试结果可以看出，采用本发明制备方法，当废旧磁芯的添加量即使高达50％时，所得到的材料特性相比传统工艺也并无明显下降，完全可以取代传统工艺。其中配方1的各项性能接近现有用于EMI的镍锌铁氧体材料，可用于电磁兼容、电磁抑制等用途的材料替换。

本发明通过采用合理优化的制备工艺，打破了传统上所认为的废旧磁芯作为原料添加必将大幅影响镁锌软磁铁氧体产品电磁特性的定论，为大幅降低镁锌铁氧体制造成本指出了一条全新的道路，对整个行业快速健康发展具有极其重要的意义。

Claims

1.一种镁锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤C、将熟坯料与预烧料按照小于或等于1：1的比例混合后进行砂磨，在砂磨过程中进行配方校正并加入副成分、黏合剂，然后进行喷雾干燥，得到颗粒料；

2.如权利要求1所述镁锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤C中采用循环砂磨工艺，具体为：先投入熟坯料，砂磨3-5小时；然后投入预烧料，一起循环砂磨15小时；最后搅拌4小时。

3.如权利要求1所述镁锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，步骤A中采用雷蒙粉碎机进行废旧镁锌铁氧体磁芯的粉碎。

4.如权利要求1所述镁锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述预烧采用回转窑烧结，其预烧温度为1050-1080℃，回转速度为120-150Kg/h。

5.如权利要求1所述镁锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述废旧镁锌铁氧体磁芯为废旧CRT显示器中的偏转磁芯，或者镁锌软磁铁氧体材料生产过程中的不良品。

6.如权利要求1所述镁锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述废旧镁锌铁氧体磁芯的清洗采用研磨振动机。

7.如权利要求1所述镁锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述黏合剂为PVA水溶液，所述PVA水溶液的PVA浓度为10wt%。

8.一种镁锌软磁铁氧体材料，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述制备方法制备得到。

9.如权利要求8所述镁锌软磁铁氧体材料，其特征在于，所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量为：Fe₂O₃为47 mol%～52mol%，ZnO为21 mol%～26mol%，MgO为18 mol%～23mol%，CuO为4 mol%～6mol%；所述副成分包括Bi₂O₃，以其标准物计的质量百分比含量为0.1wt%～0.3wt%。

10.如权利要求9所述镁锌软磁铁氧体材料，其特征在于，所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量为：Fe₂O₃为49.5 mol%，ZnO为22.8 mol%，MgO为22 mol%，CuO为5.7 mol%。