一种高电阻率软磁铁氧体材料的制备方法
阅读说明：本技术 一种高电阻率软磁铁氧体材料的制备方法 (Preparation method of high-resistivity soft magnetic ferrite material ) 是由 王涛 徐林东 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高电阻率软磁铁氧体材料的制备方法,包括以下步骤：步骤一,烧结助剂的制备：将玻璃粉先研磨过120-160目,然后与碱土金属碳酸盐按照重量比2:3混合加入到乙醇溶剂中,随后以100-200r/min的转速进行搅拌30-40min,最后再超声10-20min,最后离心、干燥,得到烧结助剂。本发明烧结助剂在材料烧结过程中,碳酸钙分解可促进基体产生气孔,玻璃粉在高温下呈流动状态,再经过高压压制处理后,渗透到基体中,从而在基体中形成玻璃电阻层,该电阻层并非简单喷涂工艺所能达到的。(The invention discloses a preparation method of a high-resistivity soft magnetic ferrite material, which comprises the following steps: step one, preparing a sintering aid: grinding the glass powder through 120-160 meshes, mixing the glass powder with the alkaline earth metal carbonate according to the weight ratio of 2:3, adding the mixture into an ethanol solvent, stirring the mixture at the rotating speed of 100-200r/min for 30-40min, finally carrying out ultrasonic treatment for 10-20min, and finally centrifuging and drying the mixture to obtain the sintering aid. In the sintering process of the material, the calcium carbonate is decomposed to promote the matrix to generate pores, the glass powder is in a flowing state at high temperature and permeates into the matrix after being pressed under high pressure, so that a glass resistance layer is formed in the matrix, and the resistance layer can not be achieved by a simple spraying process.)
技术领域
本发明涉及软磁铁氧体材料技术领域，具体涉及一种高电阻率软磁铁氧体材料的制备方法。
背景技术
随着科技的发展，社会的进步，人们对高性能材料的研究不断深入，软磁铁氧体是以三氧化二铁为主成分的亚铁磁性氧化物，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，软磁铁氧体特性为具有低损耗因子、高磁导率、高阻抗/频率特性。广泛应用于共模滤波器、饱和电感、电流互感器、漏电保护器、绝缘变压器、信号及脉冲变压器，在宽带变压器和EMI上多用。功率铁氧体具有高的饱和磁感应强度。
软磁材料由于本身采用金属材料构成，虽磁导率等性能好，但电阻率较差，现有中国专利文献公开号CN109694245A公开了一种高电阻率软磁铁氧体磁芯及其加工方法。本发明的高电阻率软磁铁氧体磁芯，其特征在于：其原料按照重量份计包括：三氧化二铁53-56份、氧化锌6-11份、氧化锰27-31份、氢氧化铜3-5份、三氧化二镍2.5-3.6份、聚丙烯酸钠0.9-1.3份、硅溶胶0.4-0.7份、聚乙烯醇0.7-1.1份、聚酰胺树脂1.2-1.6份、硅酸钠0.7-1.3份，去离子水3-7份，该文献中给出的聚丙烯酸钠、聚乙烯醇等多为有机原料和无机原料混合，原料间相容性差，反而影响材料的磁导率等性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高电阻率软磁铁氧体材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高电阻率软磁铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，烧结助剂的制备：将玻璃粉先研磨过120-160目，然后与碱土金属碳酸盐按照重量比2:3混合加入到乙醇溶剂中，随后以100-200r/min的转速进行搅拌30-40min，最后再超声10-20min，最后离心、干燥，得到烧结助剂；
步骤二，电阻剂的制备：将陶瓷粉按照重量比1:2进行混合，随后送入到球磨机中进行球磨，过200目筛，然后与增容改性液共同送入高温高压反应釜中，以110℃、5MPa的压力进行反应45-55min，反应结束，再离心、干燥得到电阻剂；
步骤三，基料的制备：将氧化铁、氧化锌、氧化锰按照重量比7:2:1加入到熔炼炉中，熔炼20-30min至原料全部熔化，然后再加入氧化铁总量15％步骤二制备的电阻剂，继续熔炼10-20min，最后保温，备用；
步骤四，基层的制备：将步骤三的基料冷却成型，然后与烧结助剂一同送入模具中进行烧结，烧结结束，冷却成型，即可；
步骤五：基层热均质化：将步骤四的基层进行热均质化处理，热均质化处理结束，最后得到本发明的高电阻率软磁铁氧体材料。
优选地，所述步骤一中的碱土金属碳酸盐为碳酸钙。
优选地，所述步骤二中增容改性液的制备方法为将Re稀土粉先研磨过100目筛，然后加入到海藻酸钠溶液中超声分散20-30min，然后离心、干燥，再加入到离子液体中以210-250r/min的转速继续搅拌20-30min，即得增容改性液。
优选地，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺。
优选地，所述步骤三熔炼炉熔炼过程还伴随脉冲磁场，脉冲磁场的脉冲磁感应强度为3.5T，脉冲数为25。
优选地，所述步骤四中烧结先在600℃下烧结20-30min，烧结中施加2-5MPa的压力，保压10min，然后以5℃/min的速率将温度升至1100℃，烧结30-40min，并施加6-10MPa的压力，保压15min。
优选地，所述热均质化处理先以1-3℃/min速率将温度升温至320-350℃，然后退火至260℃，保温25min，最后再以5℃/min速率回火至450-550℃，继续保温15-25min，最后自然条件下恢复至室温。
优选地，所述热均质化处理先以2℃/min速率将温度升温至335℃，然后退火至260℃，保温25min，最后再以5℃/min速率回火至500℃，继续保温20min，最后自然条件下恢复至室温。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明烧结助剂在材料烧结过程中，碳酸钙分解可促进基体产生气孔，玻璃粉在高温下呈流动状态，再经过高压压制处理后，渗透到基体中，从而在基体中形成玻璃电阻层，该电阻层并非简单喷涂工艺所能达到的，本发明的特殊方法将玻璃电阻层不仅起到保护外表结构，更能改善基体内部微观结构，可与基料中分散的电阻剂起到协同作用，大幅度改善了材料的电阻性能，本发明采用高电阻的陶瓷粉、玻璃粉作为介质来提高材料的电阻性能，但由于陶瓷粉、玻璃粉本身与基体相容性差问题，经过本发明的特殊方法，不仅改善了相容性问题，同时也显著改善了材料的电阻，最后基层再热均质化处理，先以2℃/min速率将温度升温至335℃，随后退火，保温，再回火保温，最后自然条件下冷却至室温，该操作方法一方面起到致密化效果，另一方面使材料起到自适应效果，改善材料的整体性能。
(2)本发明的电阻剂采用陶瓷粉作为电阻介质，经过增容改性液处理后能够提高与基体的相容、反应度，增容改性液中Re稀土粉本身活性高，经过海藻酸钠溶液处理后表面带有负电荷，经过离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺处理后，从而增强陶瓷粉与基体的相容性，解决了现有的原料难相容反而降低性能问题，采用电阻剂与烧结助剂联合的效果，极大的改善了材料的电阻。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对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：
本实施例的一种高电阻率软磁铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，烧结助剂的制备：将玻璃粉先研磨过120目，然后与碱土金属碳酸盐按照重量比2:3混合加入到乙醇溶剂中，随后以100r/min的转速进行搅拌30min，最后再超声10min，最后离心、干燥，得到烧结助剂；
步骤二，电阻剂的制备：将陶瓷粉按照重量比1:2进行混合，随后送入到球磨机中进行球磨，过200目筛，然后与增容改性液共同送入高温高压反应釜中，以110℃、5MPa的压力进行反应45min，反应结束，再离心、干燥得到电阻剂；
步骤三，基料的制备：将氧化铁、氧化锌、氧化锰按照重量比7:2:1加入到熔炼炉中，熔炼20min至原料全部熔化，然后再加入氧化铁总量15％步骤二制备的电阻剂，继续熔炼10min，最后保温，备用；
步骤四，基层的制备：将步骤三的基料冷却成型，然后与烧结助剂一同送入模具中进行烧结，烧结结束，冷却成型，即可；
步骤五：基层热均质化：将步骤四的基层进行热均质化处理，热均质化处理结束，最后得到本发明的高电阻率软磁铁氧体材料。
本实施例的步骤一中的碱土金属碳酸盐为碳酸钙。
本实施例的步骤二中增容改性液的制备方法为将Re稀土粉先研磨过100目筛，然后加入到海藻酸钠溶液中超声分散20min，然后离心、干燥，再加入到离子液体中以210r/min的转速继续搅拌20min，即得增容改性液。
本实施例的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺。
本实施例的步骤三熔炼炉熔炼过程还伴随脉冲磁场，脉冲磁场的脉冲磁感应强度为3.5T，脉冲数为25。
本实施例的步骤四中烧结先在600℃下烧结20min，烧结中施加2MPa的压力，保压10min，然后以5℃/min的速率将温度升至1100℃，烧结30-40min，并施加6MPa的压力，保压15min。
本实施例的热均质化处理先以1℃/min速率将温度升温至320℃，然后退火至260℃，保温25min，最后再以5℃/min速率回火至450℃，继续保温15min，最后自然条件下恢复至室温。
实施例2：
本实施例的一种高电阻率软磁铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，烧结助剂的制备：将玻璃粉先研磨过160目，然后与碱土金属碳酸盐按照重量比2:3混合加入到乙醇溶剂中，随后以200r/min的转速进行搅拌40min，最后再超声20min，最后离心、干燥，得到烧结助剂；
步骤二，电阻剂的制备：将陶瓷粉按照重量比1:2进行混合，随后送入到球磨机中进行球磨，过200目筛，然后与增容改性液共同送入高温高压反应釜中，以110℃、5MPa的压力进行反应55min，反应结束，再离心、干燥得到电阻剂；
步骤三，基料的制备：将氧化铁、氧化锌、氧化锰按照重量比7:2:1加入到熔炼炉中，熔炼30min至原料全部熔化，然后再加入氧化铁总量15％步骤二制备的电阻剂，继续熔炼20min，最后保温，备用；
步骤四，基层的制备：将步骤三的基料冷却成型，然后与烧结助剂一同送入模具中进行烧结，烧结结束，冷却成型，即可；
步骤五：基层热均质化：将步骤四的基层进行热均质化处理，热均质化处理结束，最后得到本发明的高电阻率软磁铁氧体材料。
本实施例的步骤一中的碱土金属碳酸盐为碳酸钙。
本实施例的步骤二中增容改性液的制备方法为将Re稀土粉先研磨过100目筛，然后加入到海藻酸钠溶液中超声分散30min，然后离心、干燥，再加入到离子液体中以250r/min的转速继续搅拌30min，即得增容改性液。
本实施例的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺。
本实施例的步骤三熔炼炉熔炼过程还伴随脉冲磁场，脉冲磁场的脉冲磁感应强度为3.5T，脉冲数为25。
本实施例的步骤四中烧结先在600℃下烧结30min，烧结中施加5MPa的压力，保压10min，然后以5℃/min的速率将温度升至1100℃，烧结40min，并施加10MPa的压力，保压15min。
本实施例的热均质化处理先以3℃/min速率将温度升温至350℃，然后退火至260℃，保温25min，最后再以5℃/min速率回火至550℃，继续保温25min，最后自然条件下恢复至室温。
实施例3：
本实施例的一种高电阻率软磁铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，烧结助剂的制备：将玻璃粉先研磨过140目，然后与碱土金属碳酸盐按照重量比2:3混合加入到乙醇溶剂中，随后以150r/min的转速进行搅拌35min，最后再超声15min，最后离心、干燥，得到烧结助剂；
步骤二，电阻剂的制备：将陶瓷粉按照重量比1:2进行混合，随后送入到球磨机中进行球磨，过200目筛，然后与增容改性液共同送入高温高压反应釜中，以110℃、5MPa的压力进行反应50min，反应结束，再离心、干燥得到电阻剂；
步骤三，基料的制备：将氧化铁、氧化锌、氧化锰按照重量比7:2:1加入到熔炼炉中，熔炼25min至原料全部熔化，然后再加入氧化铁总量15％步骤二制备的电阻剂，继续熔炼15min，最后保温，备用；
步骤四，基层的制备：将步骤三的基料冷却成型，然后与烧结助剂一同送入模具中进行烧结，烧结结束，冷却成型，即可；
步骤五：基层热均质化：将步骤四的基层进行热均质化处理，热均质化处理结束，最后得到本发明的高电阻率软磁铁氧体材料。
本实施例的步骤一中的碱土金属碳酸盐为碳酸钙。
本实施例的步骤二中增容改性液的制备方法为将Re稀土粉先研磨过100目筛，然后加入到海藻酸钠溶液中超声分散25min，然后离心、干燥，再加入到离子液体中以230r/min的转速继续搅拌25min，即得增容改性液。
本实施例的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺。
本实施例的步骤三熔炼炉熔炼过程还伴随脉冲磁场，脉冲磁场的脉冲磁感应强度为3.5T，脉冲数为25。
本实施例的步骤四中烧结先在600℃下烧结25min，烧结中施加3.5MPa的压力，保压10min，然后以5℃/min的速率将温度升至1100℃，烧结35min，并施加8MPa的压力，保压15min。
本实施例的热均质化处理先以2℃/min速率将温度升温至335℃，然后退火至260℃，保温25min，最后再以5℃/min速率回火至475℃，继续保温20min，最后自然条件下恢复至室温。
对比例1：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是陶瓷粉、玻璃粉混合后直接加入基料中，玻璃粉未采用烧结助剂的制备方法混合，陶瓷粉未采用增容改性液处理。
对比例2：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是未采用热均质化处理。
对比例3：
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是采用中国专利文献公开号CN109694245A公开了一种高电阻率软磁铁氧体磁芯及其加工方法中实施例1的原料和方法。
性能测试：在常规条件下对实施例1-3及对比例1-3性能进行测试，测试结果如表1所示
表1
从表1可以看出，本发明实施例3的电阻相对于对比例3提高了16mΩ，改善率为53.3％，同时采用对比例1方法，电阻率降低了24.3％，磁导率、磁感应强度均变差，可知采用本发明的方法制备出的软磁铁氧体材料可有效提高电阻率，同时可改善磁导率和磁感应强度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。