CN107129292A - 一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法 - Google Patents

一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107129292A
CN107129292A CN201710453694.8A CN201710453694A CN107129292A CN 107129292 A CN107129292 A CN 107129292A CN 201710453694 A CN201710453694 A CN 201710453694A CN 107129292 A CN107129292 A CN 107129292A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mnzn
powder
ferritic
ball milling
principal component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710453694.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107129292B (zh
Inventor
严密
霍骅鑫
白国华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201710453694.8A priority Critical patent/CN107129292B/zh
Publication of CN107129292A publication Critical patent/CN107129292A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107129292B publication Critical patent/CN107129292B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/26—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
    • C04B35/2608—Compositions containing one or more ferrites of the group comprising manganese, zinc, nickel, copper or cobalt and one or more ferrites of the group comprising rare earth metals, alkali metals, alkaline earth metals or lead
    • C04B35/2633—Compositions containing one or more ferrites of the group comprising manganese, zinc, nickel, copper or cobalt and one or more ferrites of the group comprising rare earth metals, alkali metals, alkaline earth metals or lead containing barium, strontium or calcium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/26—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
    • C04B35/265—Compositions containing one or more ferrites of the group comprising manganese or zinc and one or more ferrites of the group comprising nickel, copper or cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3262—Manganese oxides, manganates, rhenium oxides or oxide-forming salts thereof, e.g. MnO
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3275—Cobalt oxides, cobaltates or cobaltites or oxide forming salts thereof, e.g. bismuth cobaltate, zinc cobaltite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3284—Zinc oxides, zincates, cadmium oxides, cadmiates, mercury oxides, mercurates or oxide forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Magnetic Ceramics (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

本发明提供了一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法，主要通过添加In、Co、Ca、Ti等元素，提升MnZn铁氧体的高频磁性能。添加量为：In2O3：1000～4000ppm，CoO：500～2000ppm，CaO：1000～3000ppm，TiO2：1000～2500ppm，SiO2：0～2000ppm。本发明的创新性在于通过合适配比的多元离子联合替代，利用各离子对主成分的影响以及离子间的相互作用，制备得到的MnZn铁氧体材料在25℃下饱和磁通密度高于530mT，在100℃下高于440mT，适用温度范围>150℃，并且能够提高高频下MnZn铁氧体的磁导率，降低功率损耗，改善磁性能的温度稳定性。

Description

一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法
技术领域
本发明涉及制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法，主要通过添加In、Co、Ca、Ti等元素，属于磁性材料技术领域。
背景技术
软磁铁氧体作为一种重要的元器件材料，主要制成磁心用于各种电感器、变压器、滤波器和扼流圈的制造，广泛应用在现代电力及电子信息等领域，如电脑及其外部设备、办公自动化设备、数字通信和模拟通信设备、互联网、家用电器、电磁兼容设备、绿色照明装置、工业自动化和汽车、航空、航天及军事领域。相对于其他软磁材料，软磁铁氧体的优势在于电阻率相对较高，这抑制了涡流的产生，使铁氧体能应用于高频领域；采用陶瓷工艺易于制成各种不同的形状和尺寸；化学特性稳定、不生锈；较低的制造成本。
随着工业与科学技术的不断进步，保证优异磁性能的同时，电子元器件在更加趋于高频化，小型化，要求更低的工作损耗，更宽的使用温度范围。在原有的MnZn铁氧体配方的基础上，通过合适的离子掺杂与替代能够显著改善材料的性能，目前研究与生产的铁氧体材料，大多都含有一定量的添加剂成分。但是，对于多元离子的添加，目前研究相对较少，对于所添加离子之间的相互作用，还缺乏一定的研究。合适的离子种类及添加量的配比可以提高MnZn铁氧体材料的磁性能，不当的添加会降低原有材料的性能。所以通过多元离子联合替代法来改进MnZn铁氧体的性能值得深入研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法，主要通过添加In、Co、Ca、Ti等元素，提升材料高频工作下的磁性能。
本发明的技术方案如下：
首先本发明公开了一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法，其包括如下步骤：
(1)一次配料
称取主成分；
(2)一次球磨
将主成分均匀混合，将所称取的主成分放入球磨机，球磨3～10h，得到一次球磨粉料；
(3)一次烧结
将第一次球磨所得的粉料在空气气氛下以200～300℃/h的速度升温到800～1000℃，保温1～3h，随炉冷却得到一次烧结粉料；
(4)二次配料
在一次烧结粉料中添加包含In、Co、Ca、Si、Ti元素的副成分，按主成分的总量计的副成分元素含量为：In：800～3000ppm，Co：300～1500ppm，Ca：500～2000ppm，Ti：800～2000ppm，Si：0～15000ppm，副成分的添加总量不超过烧结粉料的3wt％；
(5)二次球磨
将二次配料后得到的粉料均匀混合后放入球磨机，球磨至粉料粒径0.8～2μm，得到二次球磨粉料；
(6)造粒
根据二次球磨后的粉料总重量，加入聚乙烯醇水溶液，其中聚乙烯醇的加入量为粉料总质量的3wt％～10wt％，先预压之后研磨过筛成颗粒；
(7)压制成型
向造粒所得的颗粒料中添加聚乙烯醇水溶液，其中聚乙烯醇的加入量为颗粒料总质量的3wt％～10wt％，压制成型为生坯产品，生坯密度要达到2.6～3.6g/cm3；
(8)二次烧结
烧结温度为1200～1400℃，保温2～14h，烧结过程中通过添加氮气使平衡氧分压控制在4％以下，冷却出炉得到MnZn软磁铁氧体材料。
优选的，所述的主成分为：MnaZnbFecO4，其中a＝0.6～0.8，b＝0.1～0.3，c＝3-a-b。
优选的，所述的In、Co、Ca、Si、Ti副成分的添加形式为In、Co、Ca、Si、Ti的氧化物、碳酸盐、硅酸盐以及含有所述元素的有机化合物。
优选的，当以In、Co、Ca、Si、Ti的氧化物形式添加时，各副成分的添加量如下：In2O3：1000～4000ppm，CoO：500～2000ppm，CaO：1000～3000ppm，TiO2：1000～2500ppm，SiO2：0～2000ppm。
本发明还公开了一种所述方法制备的高性能MnZn铁氧体。
本发明的副成分的主要作用机理如下：
CaO和SiO2基本不进入磁性主相中，主要作用于晶界部分，形成CaSiO3、Ca3Si2O7、Ca2ZnSi2O7等高电阻相，其中原材料氧化铁红中常包含Si元素，使用不锈钢球球磨时也会有少量Si元素进入粉料中，所以SiO2作为选加入副成分，CaO和SiO2的添加主要对晶界和晶粒电阻率产生影响，一般来说，会增大晶界电阻率从而增大整个材料的电阻率，使得材料的涡流损耗能够明显降低；
In2O3和CoO可以进入到主相固溶体组织当中，替代原有四面体间隙或者八面体间隙中的金属离子，除了对亚铁磁性的饱和磁感应强度有影响外，适当的添加剂还可以调整材料整体的磁晶各向异性常数和磁致伸缩系数，从而调整材料的温度特性。部分高价态离子替换掉原有的低价离子，由于要保持整体的电中性和化学计量比，还会使三价铁离子变为二价铁离子，对主相的电阻率也会产生影响；
TiO2的添加作用是影响晶体微观结构的生长，影响最终的晶粒大小与均匀性、致密度、气孔分布、有无晶粒异常长大、晶界成分分布和厚度等。
本发明的有益效果是：
对于广泛应用于各种元器件的高频MnZn铁氧体材料，通常希望其能在更宽的温度范围内具有很低的功率损耗，本发明通过在二次配料中添加In、Co、Ca、Ti元素，通过不同添加剂离子的联合替代与离子相互之间的作用机制，以及在烧结工艺上的合理控制，得到的产品相比同种工艺制备的材料，磁性能和功率损耗方面都得到了优化，同时材料的使用温度和频率范围更广。通过合适的原材料配比和工艺优化制备得到的MnZn铁氧体材料在25℃下饱和磁通密度高于530mT，在100℃下高于440mT，适用温度范围>150℃，并且能够提高在0.1～5MHz的高频条件下MnZn铁氧体的磁导率，降低功率损耗，改善磁性能的温度稳定性。
具体实施方式
下面通过具体的实施案例，对本发明所制备的MnZn铁氧体材料及制备工艺进一步具体说明。
实施案例1：
选用的主成分的含量以氧化物计为：Fe2O3：71.64wt％、ZnO：5.46wt％、MnO：余量，将主成分进行一次球磨1h，在930℃预烧2h得到黑色粉末；将预烧得到的黑色粉末加入按主成分的总量计的副成分，副成分含量以氧化物计算为：In2O3：3000ppm，CoO：1000ppm，CaO：2000ppm，TiO2：2000ppm，SiO2：1000ppm并加入适量的去离子水，二次球磨4h，得到粒径0.7～2μm的粉体颗粒，且粒径分布服从正态分布；将二次球磨后的颗粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，过筛得到锰锌铁氧体粉料；将造粒得到的粉料压制成型，放入气氛烧结炉中烧结，烧结温度为1300℃，保温3h，烧结过程中通过添加氮气使平衡氧分压控制在4％以下，冷却出炉得到MnZn软磁铁氧体材料。
实施案例1制备得到的MnZn软磁铁氧体材料其25℃时的饱和磁感应强度为535mT，100℃时的饱和磁感应强度为440mT，在30mT、100℃、1MHz的测试条件下，其功率损耗为165kWm-3，在10mT、100℃、3MHz的测试条件下，其功率损耗为235kWm-3，材料的初始磁导率为1200，居里温度为290℃。
实施案例2：
选用的主成分的含量以氧化物计为：Fe2O3：71.64wt％、ZnO：5.46wt％、MnO：余量，将主成分进行一次球磨1h，在930℃预烧2h得到黑色粉末；将预烧得到的黑色粉末加入按主成分的总量计的副成分，副成分含量以氧化物计算为：In2O3：3000ppm，CoO：1000ppm，CaO：2500ppm，TiO2：2000ppm，SiO2：500ppm并加入适量的去离子水，二次球磨4h，得到粒径0.7～2μm的粉体颗粒，且粒径分布服从正态分布；将二次球磨后的颗粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，过筛得到锰锌铁氧体粉料；将造粒得到的粉料压制成型，放入气氛烧结炉中烧结，烧结温度为1300℃，保温3h，烧结过程中通过添加氮气使平衡氧分压控制在4％以下，冷却出炉得到MnZn软磁铁氧体材料。
实施案例2制备得到的MnZn软磁铁氧体材料其25℃时的饱和磁感应强度为540mT，100℃时的饱和磁感应强度为445mT，在30mT、100℃、1MHz的测试条件下，其功率损耗为170kWm-3，在10mT、100℃、3MHz的测试条件下，其功率损耗为250kWm-3，材料的初始磁导率为1250，居里温度为285℃。
实施案例3：
选用的主成分的含量以氧化物计为：Fe2O3：71.64wt％、ZnO：5.46wt％、MnO：余量，将主成分进行一次球磨1h，在930℃预烧2h得到黑色粉末；将预烧得到的黑色粉末加入按主成分的总量计的副成分，副成分含量以氧化物计算为：In2O3：2500ppm，CoO：1500ppm，CaO：2000ppm，TiO2：1500ppm，SiO2：1000ppm并加入适量的去离子水，二次球磨4h，得到粒径0.7～2μm的粉体颗粒，且粒径分布服从正态分布；将二次球磨后的颗粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，过筛得到锰锌铁氧体粉料；将造粒得到的粉料压制成型，放入气氛烧结炉中烧结，烧结温度为1300℃，保温3h，烧结过程中通过添加氮气使平衡氧分压控制在4％以下，冷却出炉得到MnZn软磁铁氧体材料。
实施案例3制备得到的MnZn软磁铁氧体材料其25℃时的饱和磁感应强度为530mT，100℃时的饱和磁感应强度为440mT，在30mT、100℃、1MHz的测试条件下，其功率损耗为180kWm-3，在10mT、100℃、3MHz的测试条件下，其功率损耗为265kWm-3，材料的初始磁导率为1400，居里温度为280℃。
比较案例1：
选用的主成分的含量以氧化物计为：Fe2O3：71.64wt％、ZnO：5.46wt％、MnO：余量，将主成分进行一次球磨1h，在930℃预烧2h得到黑色粉末；将预烧得到的黑色粉末加入按主成分的总量计的副成分，副成分含量以氧化物计算为：In2O3：3000ppm，CoO：1000ppm，TiO2：2000ppm并加入适量的去离子水，二次球磨4h，得到粒径0.7～2μm的粉体颗粒，且粒径分布服从正态分布；将二次球磨后的颗粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，过筛得到锰锌铁氧体粉料；将造粒得到的粉料压制成型，放入气氛烧结炉中烧结，烧结温度为1300℃，保温3h，烧结过程中通过添加氮气使平衡氧分压控制在4％以下，冷却出炉得到MnZn软磁铁氧体材料。
比较案例1制备得到的MnZn软磁铁氧体材料其25℃时的饱和磁感应强度为530mT，100℃时的饱和磁感应强度为420mT，在30mT、100℃、1MHz的测试条件下，其功率损耗为420kWm-3，在10mT、100℃、3MHz的测试条件下，其功率损耗为680kWm-3，材料的初始磁导率为1200，居里温度为260℃。
比较案例2：
选用的主成分的含量以氧化物计为：Fe2O3：71.64wt％、ZnO：5.46wt％、MnO：余量，将主成分进行一次球磨1h，在930℃预烧2h得到黑色粉末；将预烧得到的黑色粉末加入按主成分的总量计的副成分，副成分含量以氧化物计算为：In2O3：3000ppm，CoO：1000ppm，CaO：2500ppm，SiO2：500ppm并加入适量的去离子水，二次球磨4h，得到粒径0.7～2μm的粉体颗粒，且粒径分布服从正态分布；将二次球磨后的颗粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，过筛得到锰锌铁氧体粉料；将造粒得到的粉料压制成型，放入气氛烧结炉中烧结，烧结温度为1300℃，保温3h，烧结过程中通过添加氮气使平衡氧分压控制在4％以下，冷却出炉得到MnZn软磁铁氧体材料。
比较案例2制备得到的MnZn软磁铁氧体材料其25℃时的饱和磁感应强度为535mT，100℃时的饱和磁感应强度为410mT，在30mT、100℃、1MHz的测试条件下，其功率损耗为320kWm-3，在10mT、100℃、3MHz的测试条件下，其功率损耗为405kWm-3，材料的初始磁导率为1200，居里温度为265℃。
比较案例3：
选用的主成分的含量以氧化物计为：Fe2O3：71.64wt％、ZnO：5.46wt％、MnO：余量，将主成分进行一次球磨1h，在930℃预烧2h得到黑色粉末；将预烧得到的黑色粉末加入按主成分的总量计的副成分，副成分含量以氧化物计算为：CaO：2000ppm，TiO2：1500ppm，SiO2：1000ppm并加入适量的去离子水，二次球磨4h，得到粒径0.7～2μm的粉体颗粒，且粒径分布服从正态分布；将二次球磨后的颗粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，过筛得到锰锌铁氧体粉料；将造粒得到的粉料压制成型，放入气氛烧结炉中烧结，烧结温度为1300℃，保温3h，烧结过程中通过添加氮气使平衡氧分压控制在4％以下，冷却出炉得到MnZn软磁铁氧体材料。
比较案例3制备得到的MnZn软磁铁氧体材料其25℃时的饱和磁感应强度为505mT，100℃时的饱和磁感应强度为390mT，在30mT、100℃、1MHz的测试条件下，其功率损耗为380kWm-3，在10mT、100℃、3MHz的测试条件下，其功率损耗为420kWm-3，材料的初始磁导率为900，居里温度为240℃。
对比实施例1和比较例1可以发现，CaO和SiO2的添加对晶界和晶粒电阻率产生影响，一般来说，会增大晶界电阻率从而增大整个材料的电阻率，使得材料的涡流损耗能够明显降低；
未添加CaO和SiO2的比较例1材料，其功率损耗较高，不利于材料在高频下使用。
对比实施例2和比较例2可以发现，TiO2的添加能够提高材料的饱和磁感应强度，降低材料的高频功率损耗，其主要机理是能够改善MnZn铁氧体的形貌，使晶粒更加均一，同时多余的TiO2可以富集在晶界处，也能起到降低涡流损耗的作用，四价Ti元素的添加有利于提高二价Fe离子的含量，适量的二价Fe离子对材料性能的提升是有利的。
对比实施例3和比较例3可以发现，In2O3和CoO的添加，能够较大程度地增加材料的饱和磁感应强度和磁导率，能够保证保证材料不因其他非磁性添加剂的存在而使得磁性能被破坏，主要作用机理是In2O3和CoO可以进入到主相固溶体组织当中，替代原有四面体间隙或者八面体间隙中的金属离子，除了对亚铁磁性的饱和磁感应强度有影响外，适当的添加剂还可以调整材料整体的磁晶各向异性常数和磁致伸缩系数，从而调整材料的温度特性。部分高价态离子替换掉原有的低价离子，由于要保持整体的电中性和化学计量比，还会使三价铁离子变为二价铁离子，对主相的电阻率也会产生影响。

Claims (5)

1.一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法，其特征在于：
(1)一次配料
称取主成分；
(2)一次球磨
将主成分均匀混合，将所称取的主成分放入球磨机，球磨3～10h，得到一次球磨粉料；
(3)一次烧结
将第一次球磨所得的粉料在空气气氛下以200～300℃/h的速度升温到800～1000℃，保温1～3h，随炉冷却得到一次烧结粉料；
(4)二次配料
在一次烧结粉料中添加包含In、Co、Ca、Si、Ti元素的副成分，按主成分的总量计的副成分元素含量为：In：800～3000ppm，Co：300～1500ppm，Ca：500～2000ppm，Ti：800～2000ppm，Si：0～15000ppm，副成分的添加总量不超过烧结粉料的3wt％；
(5)二次球磨
将二次配料后得到的粉料均匀混合后放入球磨机，球磨至粉料粒径0.8～2μm，得到二次球磨粉料；
(6)造粒
根据二次球磨后的粉料总重量，加入聚乙烯醇水溶液，其中聚乙烯醇的加入量为粉料总质量的3wt％～10wt％，先预压之后研磨过筛成颗粒；
(7)压制成型
向造粒所得的颗粒料中添加聚乙烯醇水溶液，其中聚乙烯醇的加入量为颗粒料总质量的3wt％～10wt％，压制成型为生坯产品，生坯密度要达到2.6～3.6g/cm3；
(8)二次烧结
烧结温度为1200～1400℃，保温2～14h，烧结过程中通过添加氮气使平衡氧分压控制在4％以下，冷却出炉得到MnZn软磁铁氧体材料。
2.根据权利要求1所述的一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法，其特征在于所述的主成分为：MnaZnbFecO4，其中a＝0.6～0.8，b＝0.1～0.3，c＝3-a-b。
3.根据权利要求1所述的一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法，其特征在于所述的In、Co、Ca、Si、Ti副成分的添加形式为In、Co、Ca、Si、Ti的氧化物、碳酸盐、硅酸盐以及含有所述元素的有机化合物。
4.根据权利要求3所述的一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法，其特征在于当以In、Co、Ca、Si、Ti的氧化物形式添加时，各副成分的添加量如下：In2O3：1000～4000ppm，CoO：500～2000ppm，CaO：1000～3000ppm，TiO2：1000～2500ppm，SiO2：0～2000ppm。
5.一种如权利要求1-4任一项所述方法制备的高性能MnZn铁氧体。
CN201710453694.8A 2017-06-15 2017-06-15 一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法 Active CN107129292B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710453694.8A CN107129292B (zh) 2017-06-15 2017-06-15 一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710453694.8A CN107129292B (zh) 2017-06-15 2017-06-15 一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107129292A true CN107129292A (zh) 2017-09-05
CN107129292B CN107129292B (zh) 2018-05-01

Family

ID=59734698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710453694.8A Active CN107129292B (zh) 2017-06-15 2017-06-15 一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107129292B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107778001A (zh) * 2017-10-10 2018-03-09 浙江大学 一种生成纳米晶界高电阻率膜降低镍锌铁氧体功率损耗的方法
CN109095915A (zh) * 2018-08-20 2018-12-28 浙江大学 制备高性能MnZn铁氧体的In（Cd，Ga）、Ni、Ti、Co离子联合替代方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1649039A (zh) * 2004-01-30 2005-08-03 Tdk株式会社 MnZn铁氧体的制造方法
CN1749209A (zh) * 2005-08-04 2006-03-22 浙江大学 高饱和磁通密度、低损耗锰锌铁氧体材料及其制备方法
CN104591711A (zh) * 2014-12-19 2015-05-06 江门安磁电子有限公司 用于-40～160℃的低损耗锰锌铁氧体材料及其制造方法
CN105036726A (zh) * 2015-07-24 2015-11-11 天长市中德电子有限公司 一种高性能Mn-Zn铁氧体材料及制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1649039A (zh) * 2004-01-30 2005-08-03 Tdk株式会社 MnZn铁氧体的制造方法
CN1749209A (zh) * 2005-08-04 2006-03-22 浙江大学 高饱和磁通密度、低损耗锰锌铁氧体材料及其制备方法
CN104591711A (zh) * 2014-12-19 2015-05-06 江门安磁电子有限公司 用于-40～160℃的低损耗锰锌铁氧体材料及其制造方法
CN105036726A (zh) * 2015-07-24 2015-11-11 天长市中德电子有限公司 一种高性能Mn-Zn铁氧体材料及制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107778001A (zh) * 2017-10-10 2018-03-09 浙江大学 一种生成纳米晶界高电阻率膜降低镍锌铁氧体功率损耗的方法
CN107778001B (zh) * 2017-10-10 2018-12-28 浙江大学 一种生成纳米晶界高电阻率膜降低镍锌铁氧体功率损耗的方法
CN109095915A (zh) * 2018-08-20 2018-12-28 浙江大学 制备高性能MnZn铁氧体的In（Cd，Ga）、Ni、Ti、Co离子联合替代方法
CN109095915B (zh) * 2018-08-20 2021-04-06 浙江大学 制备高性能MnZn铁氧体的In（Cd，Ga）、Ni、Ti、Co离子联合替代方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107129292B (zh) 2018-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107311637B (zh) 一种基于核壳结构晶粒制备低功率损耗锰锌铁氧体的方法
CN107129291B (zh) 具有高频低温度系数低损耗MnZn软磁铁氧体材料及其制备方法
CN107555984B (zh) 一种高频宽温低损耗MnZn铁氧体的烧结过程气氛控制方法
CN107778001B (zh) 一种生成纳米晶界高电阻率膜降低镍锌铁氧体功率损耗的方法
CN110171964A (zh) 一种高Bs高强度锰锌铁氧体材料及其制备方法
CN111233452B (zh) 一种高频高阻抗的贫铁锰锌铁氧体及其制备方法
JP2005213100A (ja) ＭｎＺｎフェライトの製造方法及びＭｎＺｎフェライト
CN108863333A (zh) 一种制备高性能NiZn铁氧体的Cu、V、Bi、Co离子联合替代方法
CN104402424B (zh) 高饱和磁通密度、高直流叠加、高居里温度的镍锌铁氧体材料及其制备方法
CN108640670B (zh) 高Bs值、低功率损耗软磁铁氧体材料及磁芯的制备方法
CN107352993A (zh) 一种高频锰锌软磁铁氧体材料及其制备方法
JP3584438B2 (ja) Ｍｎ−Ｚｎフェライトおよびその製造方法
CN105993053A (zh) 复合软磁材料及其制备方法
CN104392819A (zh) 一种复合软磁材料及其制备方法
CN104409189B (zh) 复合软磁材料及其制备方法
JPWO2019123681A1 (ja) ＭｎＣｏＺｎ系フェライトおよびその製造方法
CN107129292B (zh) 一种制备高性能MnZn铁氧体的离子联合替代方法
CN103295766B (zh) 一种含有改性碳化铝的铁磁芯的制作方法
JP6827584B1 (ja) ＭｎＺｎ系フェライト、及びその製造方法
CN104129980A (zh) 一种低烧结温度软磁铁氧体材料及其制备方法
JP2007031240A (ja) ＭｎＺｎフェライトの製造方法及びＭｎＺｎフェライト
CN109095915A (zh) 制备高性能MnZn铁氧体的In（Cd，Ga）、Ni、Ti、Co离子联合替代方法
CN113735574A (zh) 一种超高Bs低损耗锰锌铁氧体材料及其制备方法
WO2022070634A1 (ja) ＭｎＺｎ系フェライト、及びその製造方法
CN103641464B (zh) 一种抗电磁干扰的镁锌铁氧体材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Yan Mi

Inventor after: Huo Huaxin

Inventor after: Jin Jiaying

Inventor after: Bai Guohua

Inventor before: Yan Mi

Inventor before: Huo Huaxin

Inventor before: Bai Guohua

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant