CN112430079A

CN112430079A - 一种高频宽温高q值软磁铁氧体材料及制备方法

Info

Publication number: CN112430079A
Application number: CN202011338643.9A
Authority: CN
Inventors: 刘运; 戴加兵; 孟力
Original assignee: Nantong Guanyouda Magnet Co ltd
Current assignee: Nantong Guanyouda Magnet Co ltd
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2040-11-25
Also published as: CN112430079B

Abstract

本发明公开了一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料及制备方法，具体涉及软磁铁氧体材料技术领域，包括主体体系A和掺杂体系B，主体体系A包括：三氧化二铁、氧化锌、其余为氧化锰；掺杂体系B包括：碳酸钙、三氧化二钴、五氧化二铌、二氧化钛、五氧化二钒、介孔二氧化硅、纳米氧化镝和纳米氧化镍。本发明中可有效提高主体体系A和掺杂体系B中原料的组成之间的结合效果，使得各个组成之间的稳定性更佳，进而有效提高材料在高频使用时的温度范围，降低功耗，提高产品Q值，可有效加强原料中主体体系A中的各组分掺杂体系B中的原料进行充分接触混合超声振荡处理，原料之间接触反应效果更佳，使得材料性能更加稳定。

Description

一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料及制备方法

技术领域

本发明涉及软磁铁氧体材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料及制备方法。

背景技术

当磁化发生在Hc(矫顽力，是使磁感应强度沿饱和磁滞回线减小到零时的磁场强度)不大于1000A/m，这样的材料称为软磁体。软磁铁氧体是以Fe2O3为主成分的亚铁磁性氧化物，采用粉末冶金方法生产。软磁材料的矫顽力很低，在磁场中可以反复磁化，当外电场去掉以后获得的磁性便会全部或大部分消失。软磁铁氧体采用粉末冶金方法生产，有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等几类，其中Mn-Zn铁氧体的产量和用量最大。软磁铁氧体分为以下九种：纯铁和低碳钢、铁硅系合金、铁铝系合金、铁硅铝系合金、镍铁系合金、铁钴系合金、软磁铁氧体、非晶态软磁合金、超微晶软磁合金。软磁铁氧体产品，高技术领域应用占22％，如数字通信、电磁兼容(EMC)、射频宽带、抗电磁干扰(EMI)、高清显示、汽车电子。传统中低档产品领域应用占78％，如电视机、电源适配器、电子镇流器、普通开关电源变压器、天线棒。Q值是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比，电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。

现有的软磁铁氧体材料，在高频工作状态下，稳定性不佳导致其在高频时的使用温度范围较窄，且Q值不高。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料及制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料，包括主体体系A和掺杂体系B，主体体系A按照重量百分比计算，主体体系A包括：52.6～53.6mol％的三氧化二铁，9.4～9.8mol％的氧化锌，其余为氧化锰；掺杂体系B以主体体系A的总重量为基准，掺杂体系B包括：0.03～0.08wt％的碳酸钙，0.35～0.5wt％的三氧化二钴，0.025～0.05wt％的五氧化二铌，0.06～0.20wt％的二氧化钛，0.02～0.05wt％的五氧化二钒，0.001～0.008wt％的介孔二氧化硅，0.02～0.05wt％的纳米氧化镝，0.35～0.5wt％的纳米氧化镍；

进一步的，所述主体体系A包括：52.6mol％的三氧化二铁，9.4mol％的氧化锌，其余为氧化锰，所述掺杂体系B包括：0.03wt％的碳酸钙，0.35wt％的三氧化二钴，0.025wt％的五氧化二铌，0.06wt％的二氧化钛，0.02wt％的五氧化二钒，0.001wt％的介孔二氧化硅，0.02wt％的纳米氧化镝，0.35wt％的纳米氧化镍。

进一步的，所述主体体系A包括：53.6mol％的三氧化二铁，9.8mol％的氧化锌，其余为氧化锰；所述掺杂体系B包括：0.08wt％的碳酸钙，0.5wt％的三氧化二钴，0.05wt％的五氧化二铌，0.20wt％的二氧化钛，0.05wt％的五氧化二钒，0.008wt％的介孔二氧化硅，0.05wt％的纳米氧化镝，0.5wt％的纳米氧化镍。

进一步的，所述主体体系A包括：53.1mol％的三氧化二铁，9.6mol％的氧化锌，其余为氧化锰；所述掺杂体系B包括：0.05wt％的碳酸钙，0.42wt％的三氧化二钴，0.037wt％的五氧化二铌，0.13wt％的二氧化钛，0.04wt％的五氧化二钒，0.004wt％的介孔二氧化硅，0.04wt％的纳米氧化镝，0.42wt％的纳米氧化镍。

本发明还提供一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的制备方法，具体制备步骤如下：

步骤一：原料选取：按照三氧化二铁≥99.50％、氧化锌≥99.85％、氧化锰≥99.60％的纯度水平分别选取上述重量配比的主体体系A，按照碳酸钙、三氧化二钴、五氧化二铌、二氧化钛、五氧化二钒、二氧化硅、纳米氧化镝、纳米氧化镍纯度达到分析纯水平分别选取上述重量配比的掺杂体系B；

步骤二：一次配料：将步骤一掺杂体系B中的各项原料混合均匀，然后将混合物等分成四份：B1、B2、B3和B4；

步骤三：一次行星球磨：将步骤一中的三氧化二铁和步骤二中的B1，混合装入不锈钢球和去离子水，以150-180转/min的转速球磨3～4h，球磨同时进行超声波振荡处理，测试粒度为0.4～0.5μm时，采用压滤去水并烘干，得到混合物C；

步骤四：二次行星球磨：将步骤一中的氧化锌和步骤二中的B2，混合装入不锈钢球和去离子水，以150-180转/min的转速球磨3～4h，球磨同时进行超声波振荡处理，测试粒度为0.4～0.5μm时，采用压滤去水并烘干，得到混合物D；

步骤五：三次行星球磨：将步骤一中的氧化锰和步骤二中的B3，混合装入不锈钢球和去离子水，以150-180转/min的转速球磨3～4h，球磨同时进行超声波振荡处理，测试粒度为0.4～0.5μm时，采用压滤去水并烘干，得到混合物E；

步骤六：高温预烧：将步骤三中的混合物C、步骤四中的混合物D和步骤五中的混合物E分别进行预烧，从室温起以2℃/min的升温速率升温1h，然后以4℃/min的升温速率升温2h，最后以1℃/min的升温速率升温至900℃～1000℃，保温2-3h，随炉冷却至室温后出炉；

步骤七：四次行星球磨：将步骤六中高温预烧后的混合物C、混合物D、混合物E和步骤二中B4混合加入行星式球磨机，并装入不锈钢球和去离子水，以180-200转/min的转速球磨3～4h，球磨同时进行超声波振荡处理，得到浆料；

步骤八：造粒并成型：将步骤七中磨好的浆料通过高压喷雾干燥造粒，进行成型，制得样品坯件；

步骤九：将成型的坯料进行烧结，采用梯度升温的方式，然后随炉冷却，得到所述高频宽温高Q值软磁铁氧体材料。

在步骤二中，对掺杂体系B进行超声波振荡混合处理，振荡频率为10兆Hz，超声处理时间30～40min。

在步骤三中，超声波振荡混合处理的振荡频率为10兆Hz，超声处理时间30～40min，采用间断式超声处理，每超声处理5min之后间隔10min之后继续进行超声处理。

在步骤四中，超声波振荡混合处理的振荡频率为10兆Hz，超声处理时间30～40min，采用间断式超声处理，每超声处理5min之后间隔10min之后继续进行超声处理。

在步骤五中，超声波振荡混合处理的振荡频率为10兆Hz，超声处理时间30～40min，采用间断式超声处理，每超声处理5min之后间隔10min之后继续进行超声处理。

在步骤七中，超声波振荡混合处理的振荡频率为15兆Hz，超声处理时间50～60min，采用间断式超声处理，每超声处理10min之后间隔10min之后继续进行超声处理。

本发明的技术效果和优点：

1、采用本发明的原料配方所制备出的高频宽温高Q值软磁铁氧体材料，主体体系A和掺杂体系B相互配合构成高频宽温高Q值软磁铁氧体材料，其中掺杂体系B中的介孔二氧化硅，硅系介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则，介孔二氧化硅材料具有优异吸附材料的特性，孔道结构有序性；孔径分布单一性和可调控性，介孔形状多样性，孔径呈单一分布，并且调控范围宽，使其可以作为可控反应器制备半导体材料，独特的孔壁结构和微观形貌，使其在光学和电学领域有非常好的应用前景，将介孔二氧化硅在制备高频宽温高Q值软磁铁氧体材料时使用，可有效提高主体体系A和掺杂体系B中原料的组成之间的结合效果，使得高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的稳定性更佳，掺杂体系B中的纳米氧化镝，磁光材料中使用，具有高速记录和高读感的特点，具有亮度高、容量小、电弧稳定等优点，在原子工业中，用于中子能光谱或作为中子吸收剂，使得主体体系A和掺杂体系B中原料的组成之间的稳定性更佳，可有效增强高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的稳定性，掺杂体系B中的纳米氧化镍，纳米氧化镍放电性能佳，电化学性能佳，比电容高，可有效缩减高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的功耗，进而提高Q值；

2、本发明在制备高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的过程中，在步骤二中将掺杂体系B分成四份，其中三份原料在步骤三、步骤四和步骤五中分别与主体体系A中的三个主料进行球磨处理，最后一份原料在步骤七中加入到混合料中，再次进行球磨处理，可有效加强原料中主体体系A中的各组分掺杂体系B中的原料进行充分接触混合处理，原料之间接触反应效果更佳，使得高频宽温高Q值软磁铁氧体材料性能更加稳定，在对原料进行球磨过程中配合超声震荡处理，可进一步加强各组分原料之间的接触效果，进一步加强高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的稳定性能，间隔式超声处理，可进一步加强超声处理效果，且超声振荡和球磨处理配合效果更佳，对高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的制备品质更佳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明提供了一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料，包括主体体系A和掺杂体系B，主体体系A按照重量百分比计算，所述主体体系A包括：52.6mol％的三氧化二铁，9.4mol％的氧化锌，其余为氧化锰；掺杂体系B以主体体系A的总重量为基准，所述掺杂体系B包括：0.03wt％的碳酸钙，0.35wt％的三氧化二钴，0.025wt％的五氧化二铌，0.06wt％的二氧化钛，0.02wt％的五氧化二钒，0.001wt％的介孔二氧化硅，0.02wt％的纳米氧化镝，0.35wt％的纳米氧化镍；

实施例2：

与实施例1不同的是，所述主体体系A包括：53.6mol％的三氧化二铁，9.8mol％的氧化锌，其余为氧化锰；所述掺杂体系B包括：0.08wt％的碳酸钙，0.5wt％的三氧化二钴，0.05wt％的五氧化二铌，0.20wt％的二氧化钛，0.05wt％的五氧化二钒，0.008wt％的介孔二氧化硅，0.05wt％的纳米氧化镝，0.5wt％的纳米氧化镍。

实施例3：

与实施例1-2均不同的是，所述主体体系A包括：53.1mol％的三氧化二铁，9.6mol％的氧化锌，其余为氧化锰；所述掺杂体系B包括：0.05wt％的碳酸钙，0.42wt％的三氧化二钴，0.037wt％的五氧化二铌，0.13wt％的二氧化钛，0.04wt％的五氧化二钒，0.004wt％的介孔二氧化硅，0.04wt％的纳米氧化镝，0.42wt％的纳米氧化镍。

分别取上述实施例1-3所制得的高频宽温高Q值软磁铁氧体材料与对照组一软磁铁氧体材料、对照组二软磁铁氧体材料、对照组三软磁铁氧体材料、对照组四软磁铁氧体材料和对照组五软磁铁氧体材料，对照组一软磁铁氧体材料为市面上的普通软磁铁氧体材料，对照组二软磁铁氧体材料与实施例相比无二氧化硅，对照组三软磁铁氧体材料与实施例相比无氧化镝，对照组四软磁铁氧体材料与实施例相比无氧化镍，对照组五软磁铁氧体材料与实施例相比采用普通二氧化硅、普通氧化镝和普通氧化镍，分八组分别测试三个实施例中制备的高频宽温高Q值软磁铁氧体材料、材料环、以及五个对照组软磁铁氧体材料、材料环，材料环型号：T25*15*8，每组随机选择30件样品，进行多项测试，得到以下数据，测试结果如表一所示：

表一：

由表一可知，当高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的原料配比为：主体体系A包括：53.1mol％的三氧化二铁，9.6mol％的氧化锌，其余为氧化锰；掺杂体系B包括：0.05wt％的碳酸钙，0.42wt％的三氧化二钴，0.037wt％的五氧化二铌，0.13wt％的二氧化钛，0.04wt％的五氧化二钒，0.004wt％的介孔二氧化硅，0.04wt％的纳米氧化镝，0.42wt％的纳米氧化镍时，可提高对高频宽温高Q值软磁铁氧体材料在高频使用时的温度范围，降低功耗，提高产品Q值，实施例三为本发明中的优选方案，以53.1mol％的三氧化二铁，9.6mol％的氧化锌，其余为氧化锰作为主体体系A，以0.05wt％的碳酸钙，0.42wt％的三氧化二钴，0.037wt％的五氧化二铌，0.13wt％的二氧化钛，0.04wt％的五氧化二钒，0.004wt％的介孔二氧化硅和0.04wt％的纳米氧化镝作为掺杂体系B，主体体系A作为高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的主要组成原料，掺杂体系B作为高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的辅助组成原料，主体体系A和掺杂体系B相互配合构成高频宽温高Q值软磁铁氧体材料，其中掺杂体系B中的介孔二氧化硅，硅系介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则，介孔二氧化硅材料具有优异吸附材料的特性，孔道结构有序性；孔径分布单一性和可调控性，介孔形状多样性，孔径呈单一分布，并且调控范围宽，使其可以作为可控反应器制备半导体材料，独特的孔壁结构和微观形貌，使其在光学和电学领域有非常好的应用前景，将介孔二氧化硅在制备高频宽温高Q值软磁铁氧体材料时使用，可有效提高主体体系A和掺杂体系B中原料的组成之间的结合效果，使得高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的稳定性更佳，掺杂体系B中的纳米氧化镝，磁光材料中使用，具有高速记录和高读感的特点，具有亮度高、容量小、电弧稳定等优点，在原子工业中，用于中子能光谱或作为中子吸收剂，使得主体体系A和掺杂体系B中原料的组成之间的稳定性更佳，可有效增强高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的稳定性，掺杂体系B中的纳米氧化镍，纳米氧化镍放电性能佳，电化学性能佳，比电容高，可有效缩减高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的功耗，进而提高Q值。

实施例4

在上述优选的技术方案中，本发明提供了一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料，包括主体体系A和掺杂体系B，主体体系A按照重量百分比计算，所述主体体系A包括：53.1mol％的三氧化二铁，9.6mol％的氧化锌，其余为氧化锰；掺杂体系B以主体体系A的总重量为基准，所述掺杂体系B包括：0.05wt％的碳酸钙，0.42wt％的三氧化二钴，0.037wt％的五氧化二铌，0.13wt％的二氧化钛，0.04wt％的五氧化二钒，0.004wt％的介孔二氧化硅，0.04wt％的纳米氧化镝，0.42wt％的纳米氧化镍。

实施例5

与实施例4不同的是，在步骤六中，升温过程中，始终以4℃/min的升温速率升温到900℃～1000℃。

实施例6

与实施例4-5均不同的是，在步骤六中，采用液冷降温进行冷却处理。

分别取上述实施例4-6所制得的高频宽温高Q值软磁铁氧体材料与对照组六软磁铁氧体材料和对照组七软磁铁氧体材料进行实验，对照组六软磁铁氧体材料与实施例相比在步骤三、步骤四、步骤五和步骤七中，均未进行超声波振荡处理，对照组六软磁铁氧体材料与实施例相比将主体体系A和掺杂体系B分别进行球磨处理，然后再进行混合球磨；分五组分别测试三个实施例中制备的高频宽温高Q值软磁铁氧体材料、材料环、以及两个对照组软磁铁氧体材料、材料环，材料环型号：T25*15*8，每组随机选择30件样品，进行多项测试，得到以下数据，测试结果如表二所示：

表二：

由表二可知，在制备软磁铁氧体材料的过程中，当实施例四中的制备方法为本发明的优选方案，在步骤二中将掺杂体系B分成四份，其中三份原料在步骤三、步骤四和步骤五中分别与主体体系A中的三个主料进行球磨处理，最后一份原料在步骤七中加入到混合料中，再次进行球磨处理，可有效加强原料中主体体系A中的各组分掺杂体系B中的原料进行充分接触混合处理，原料之间接触反应效果更佳，使得高频宽温高Q值软磁铁氧体材料性能更加稳定，在对原料进行球磨过程中配合超声震荡处理，可进一步加强各组分原料之间的接触效果，进一步加强高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的稳定性能，间隔式超声处理，可进一步加强超声处理效果，且超声振荡和球磨处理配合效果更佳，对高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的制备品质更佳，有效提高材料在高频使用时的温度范围，降低功耗，提高产品Q值。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料，包括主体体系A和掺杂体系B，其特征在于：主体体系A按照重量百分比计算，主体体系A包括：52.6～53.6mol％的三氧化二铁，9.4～9.8mol％的氧化锌，其余为氧化锰；掺杂体系B以主体体系A的总重量为基准，掺杂体系B包括：0.03～0.08wt％的碳酸钙，0.35～0.5wt％的三氧化二钴，0.025～0.05wt％的五氧化二铌，0.06～0.20wt％的二氧化钛，0.02～0.05wt％的五氧化二钒，0.001～0.008wt％的介孔二氧化硅，0.02～0.05wt％的纳米氧化镝，0.35～0.5wt％的纳米氧化镍。

2.根据权利要求1所述的一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料，其特征在于：所述主体体系A包括：52.6mol％的三氧化二铁，9.4mol％的氧化锌，其余为氧化锰，所述掺杂体系B包括：0.03wt％的碳酸钙，0.35wt％的三氧化二钴，0.025wt％的五氧化二铌，0.06wt％的二氧化钛，0.02wt％的五氧化二钒，0.001wt％的介孔二氧化硅，0.02wt％的纳米氧化镝，0.35wt％的纳米氧化镍。

3.根据权利要求1所述的一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料，其特征在于：所述主体体系A包括：53.6mol％的三氧化二铁，9.8mol％的氧化锌，其余为氧化锰；所述掺杂体系B包括：0.08wt％的碳酸钙，0.5wt％的三氧化二钴，0.05wt％的五氧化二铌，0.20wt％的二氧化钛，0.05wt％的五氧化二钒，0.008wt％的介孔二氧化硅，0.05wt％的纳米氧化镝，0.5wt％的纳米氧化镍。

4.根据权利要求1所述的一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料，其特征在于：所述主体体系A包括：53.1mol％的三氧化二铁，9.6mol％的氧化锌，其余为氧化锰；所述掺杂体系B包括：0.05wt％的碳酸钙，0.42wt％的三氧化二钴，0.037wt％的五氧化二铌，0.13wt％的二氧化钛，0.04wt％的五氧化二钒，0.004wt％的介孔二氧化硅，0.04wt％的纳米氧化镝，0.42wt％的纳米氧化镍。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：

6.根据权利要求5所述的一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于：在步骤二中，对掺杂体系B进行超声波振荡混合处理，振荡频率为10兆Hz，超声处理时间30～40min。

7.根据权利要求5所述的一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于：在步骤三中，超声波振荡混合处理的振荡频率为10兆Hz，超声处理时间30～40min，采用间断式超声处理，每超声处理5min之后间隔10min之后继续进行超声处理。

8.根据权利要求7所述的一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于：在步骤四中，超声波振荡混合处理的振荡频率为10兆Hz，超声处理时间30～40min，采用间断式超声处理，每超声处理5min之后间隔10min之后继续进行超声处理。

9.根据权利要求8所述的一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于：在步骤五中，超声波振荡混合处理的振荡频率为10兆Hz，超声处理时间30～40min，采用间断式超声处理，每超声处理5min之后间隔10min之后继续进行超声处理。

10.根据权利要求9所述的一种高频宽温高Q值软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于：在步骤七中，超声波振荡混合处理的振荡频率为15兆Hz，超声处理时间50～60min，采用间断式超声处理，每超声处理10min之后间隔10min之后继续进行超声处理。