一种高磁导率锰锌铁氧体磁性材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高磁导率锰锌铁氧体磁性材料及其制备方法 (High-permeability manganese-zinc ferrite magnetic material and preparation method thereof ) 是由 谭孝强 陈明 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于锰锌铁氧体磁性材料技术领域,具体涉及一种高磁导率锰锌铁氧体磁性材料及其制备方法。该材料包括主料组分和添加组分,主料组分包括下述质量百分比的成分：60-68％Fe-2O-3、23-30％MnO、5-9％ZnO,添加组分的各成分按主料组分总质量的百分数计,包括：0.020-0.035％CaCO-3、0.005-0.015％SiO-2、0.01-0.02％Bi-2O-3、0.01-0.02％MoO-3、0.02-0.03％P-2O-5。本发明通过一次砂磨、一次喷雾造粒、预烧、二次砂磨、二次喷雾造粒、压型和烧结后得到锰锌铁样体材料,提高了材料的磁导率,并改善了材料的综合性能。(The invention belongs to the technical field of manganese-zinc ferrite magnetic materials, and particularly relates to a manganese-zinc ferrite magnetic material with high magnetic permeability and a preparation method thereof. The material comprises main material components and additive components, wherein the main material components comprise the following components in percentage by mass: 60-68% Fe 2 O 3 23-30% of MnO and 5-9% of ZnO, wherein the additive components comprise the following components in percentage by mass of the total mass of the main material components: 0.020-0.035% CaCO 3 、0.005‑0.015％SiO 2 、0.01‑0.02％Bi 2 O 3 、0.01‑0.02％MoO 3 、0.02‑0.03％P 2 O 5 . The manganese-zinc-iron sample material is obtained by primary sanding, primary spray granulation, pre-sintering, secondary sanding, secondary spray granulation, compression molding and sintering, the magnetic conductivity of the material is improved, and the method is changed into the methodThe comprehensive performance of the material is improved.)
技术领域
本发明属于锰锌铁氧体磁性材料技术领域，具体涉及一种高磁导率锰锌铁氧体磁性材料及其制备方法。
背景技术
锰锌铁氧体是Mn0.5Zn0.5Fe2O4的一种尖晶石型结构的软磁铁氧体，其作为一种非常重要的电子工业及信息产业的基础功能材料，具有高饱和磁感应强度、高起始磁导率、低损耗、低矫顽力等磁学特性，在清洁能源、LED照明、航空航天、混合动力及电动汽车等领域中具有重要应用，与人们的生产生活密不可分。现如今电子器件等正朝着小型化的趋势发展，为了适应发展趋势，行业内对锰锌铁氧体磁性材料的磁特性提出了更高的要求。
目前，行业内提升锰锌铁氧体磁性材料的磁导率通常采用的方法是提高锰锌铁氧体磁性材料中ZnO含量，但是当提高ZnO的含量时，Fe2O3的含量会变得相对较低，从而导致居里温度和饱和磁通密度的降低，并且宽温特性也比较差，当周边环境的温度变化较大时，锰锌铁氧体材料的磁导率波动较大。因此，有必要研究一种在不降低其综合性能的前提下具有强磁导率的锰锌铁氧体磁性材料。
发明内容
为了解决现有的锰锌铁磁性氧体材料在提高磁导率的同时不能保证其综合性能的问题，本发明提供了一种高磁导率锰锌铁氧体磁性材料，提高了材料的磁导率，并改善了材料的综合性能。
本发明提供的高磁导率锰锌铁氧体磁性材料，包括主料组分和添加组分，所述主料组分包括下述质量百分比的成分：60-68％Fe2O3、23-30％MnO、5-9％ZnO，所述添加组分的各成分按主料组分总质量的百分数计，包括：0.020-0.035％CaCO3、0.005-0.015％SiO2、0.01-0.02％Bi2O3、0.01-0.02％MoO3、0.02-0.03％P2O5。
进一步的，所述主料组分包括下述质量百分比的成分：66％Fe2O3、27％MnO、7％ZnO，所述添加组分的各成分按主料组分总质量的百分数计，包括：0.025％CaCO3、0.008％SiO2、0.015％Bi2O3、0.012％MoO3、0.023％P2O5。
上述高磁导率锰锌铁氧体磁性材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将主料组分混合得到混合料，对混合料一次砂磨后进行一次喷雾造粒；
(2)一次喷雾造粒后进行预烧，在预烧料中加入添加组分；
(3)预烧后依次进行二次砂磨和二次喷雾造粒；
(4)二次喷雾造粒后进行压型和烧结工艺，得到锰锌铁样体材料。
进一步的，所述步骤(1)中，一次砂磨后颗粒的平均粒径为1.2-2.2μm。
进一步的，所述步骤(2)中，所述预烧步骤：将预烧料置于高温电炉中进行预烧，采用程序升温，以10℃/min的速率升至600-700℃并保温1-2h，再以5℃/min的降温速率将烧结炉内的温度降至室温，即完成预烧。随着预烧温度的升高，粉体的饱和磁化强度逐渐升高，矫顽力与相对剩余磁化强度则是先升高后下降，本发明采用程序升温，设定温度600-700℃为最佳温度，保证了粉体的饱和磁化强度。
进一步的，所述步骤(3)中，二次砂磨后颗粒的平均粒径为0.5-0.7μm。
进一步的，所述步骤(3)中，二次砂磨后向浆料中加入PVA液进行成分校正，搅拌1.5h后进行二次喷雾造粒，其中PVA液的浓度为10-12％，加入量为主料组分总质量的7-9％。
进一步的，所述步骤(4)中，所述烧结工艺：将二次喷雾造粒后的物料送入烧结炉内进行烧结，在6-10％的氧分压下采用程序升温，以10℃/min的速率升至550-600℃并保温0.5-1h，然后再以12℃/min的速率升温至1100-1300℃并保温2-3h，最后以8℃/min的速率降温至550-650℃并保温1-2h，最后以5℃/min的降温速率将烧结炉内的温度降至室温，即完成烧结工艺。适当提高升温速度可以增大晶粒尺寸，进而提高起始磁导率，降低功耗，但若升温速度过快，会导致气孔增多，晶粒均匀性差，功耗有所升高，本发明的10℃/min和12℃/min为最佳升温速率。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的高磁导率锰锌铁氧体磁性材料，同时添加多种元素进行复合掺杂，选择合适的配比，提高了材料的磁导率，并改善了材料的综合性能。添加有CaCO3和SiO2，二者的复合掺杂可以形成硅酸钙，可以提高晶界厚度，明显改善材料的电阻率，降低涡流损耗；加入MoO3不但会产生液相烧结促进晶粒生长，同时还会抑制过大晶粒的产生，促进晶粒均匀生长，提高初始磁导率，而MoO3的含量过高时会导致气孔变多，阻碍晶粒生长，本发明通过试验选定了最优的MoO3添加量；Bi2O3的添加可以形成液相，促进固相反应和晶粒生长，但是过量的Bi2O3会使晶粒异常长大，影响Bs性能，本发明通过试验选定了最优的MoO3添加量；P2O5可以降低气孔率，增大密度，进一步提高了锰锌铁氧体磁性材料的磁导率、电阻率和居里温度等性能。
本发明提供的高磁导率锰锌铁氧体磁性材料的制备方法，采用两次砂磨和两次喷雾造粒，使浆料混合更加均匀充分，有利于预烧过程中固相反应的充分完成，减少了二次砂磨和二次喷雾造粒的时间，减少了能耗，该制备方法操作简单实用，具有很好的应用性。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供的高磁导率锰锌铁氧体磁性材料，包括主料组分和添加组分，主料组分包括下述质量百分比的成分：64％Fe2O3、27％MnO、9％ZnO，添加组分的各成分按主料组分总质量的百分数计，包括：0.02％CaCO3、0.005％SiO2、0.01％Bi2O3、0.01％MoO3、0.02％P2O5。
上述高磁导率锰锌铁氧体磁性材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将主料组分混合得到混合料，对混合料一次砂磨后进行一次喷雾造粒，其中一次砂磨后颗粒的平均粒径为1.5μm；
(2)一次喷雾造粒后进行预烧，在预烧料中加入添加组分，将预烧料置于高温电炉中进行预烧，采用程序升温，以10℃/min的速率升至600℃并保温1.5h，再以5℃/min的降温速率将烧结炉内的温度降至室温，即完成预烧；
(3)预烧后进行二次砂磨，二次砂磨后颗粒的平均粒径为0.6μm，二次砂磨后向浆料中加入PVA液进行成分校正，搅拌1.5h后进行二次喷雾造粒，其中PVA液的浓度为10％，加入量为主料组分总质量的7％，PVA成分校正后进行二次喷雾造粒；
(4)二次喷雾造粒后进行压型和烧结工艺，烧结工艺为：将二次喷雾造粒后的物料送入烧结炉内进行烧结，在6％的氧分压下采用程序升温，以10℃/min的速率升至550℃并保温1h，然后再以12℃/min的速率升温至1100℃并保温2.5h，最后以8℃/min的速率降温至550℃并保温1.5h，最后以5℃/min的降温速率将烧结炉内的温度降至室温，即完成烧结工艺，得到锰锌铁样体材料。
实施例2
本实施例提供的高磁导率锰锌铁氧体磁性材料，包括主料组分和添加组分，主料组分包括下述质量百分比的成分：68％Fe2O3、27％MnO、5％ZnO，添加组分的各成分按主料组分总质量的百分数计，包括：0.035％CaCO3、0.015％SiO2、0.02％Bi2O3、0.02％MoO3、0.03％P2O5。
上述高磁导率锰锌铁氧体磁性材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将主料组分混合得到混合料，对混合料一次砂磨后进行一次喷雾造粒，其中一次砂磨后颗粒的平均粒径为1.7μm；
(2)一次喷雾造粒后进行预烧，在预烧料中加入添加组分，将预烧料置于高温电炉中进行预烧，采用程序升温，以10℃/min的速率升至680℃并保温1.2h，再以5℃/min的降温速率将烧结炉内的温度降至室温，即完成预烧；
(3)预烧后进行二次砂磨，二次砂磨后颗粒的平均粒径为0.6μm，二次砂磨后向浆料中加入PVA液进行成分校正，搅拌1.5h后进行二次喷雾造粒，其中PVA液的浓度为10％，加入量为主料组分总质量的9％，PVA成分校正后进行二次喷雾造粒；
(4)二次喷雾造粒后进行压型和烧结工艺，烧结工艺为：将二次喷雾造粒后的物料送入烧结炉内进行烧结，在10％的氧分压下采用程序升温，以10℃/min的速率升至600℃并保温0.5h，然后再以12℃/min的速率升温至1250℃并保温2.5h，最后以8℃/min的速率降温至620℃并保温1.5h，最后以5℃/min的降温速率将烧结炉内的温度降至室温，即完成烧结工艺，得到锰锌铁样体材料。
实施例3
本实施例提供的高磁导率锰锌铁氧体磁性材料，包括主料组分和添加组分，主料组分包括下述质量百分比的成分：66％Fe2O3、27％MnO、7％ZnO，添加组分的各成分按主料组分总质量的百分数计，包括：0.025％CaCO3、0.008％SiO2、0.015％Bi2O3、0.012％MoO3、0.023％P2O5。
上述高磁导率锰锌铁氧体磁性材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将主料组分混合得到混合料，对混合料一次砂磨后进行一次喷雾造粒，其中一次砂磨后颗粒的平均粒径为1.8μm；
(2)一次喷雾造粒后进行预烧，在预烧料中加入添加组分，将预烧料置于高温电炉中进行预烧，采用程序升温，以10℃/min的速率升至650℃并保温1.5h，再以5℃/min的降温速率将烧结炉内的温度降至室温，即完成预烧；
(3)预烧后进行二次砂磨，二次砂磨后颗粒的平均粒径为0.6μm，二次砂磨后向浆料中加入PVA液进行成分校正，搅拌1.5h后进行二次喷雾造粒，其中PVA液的浓度为10％，加入量为主料组分总质量的8％，PVA成分校正后进行二次喷雾造粒；
(4)二次喷雾造粒后进行压型和烧结工艺，烧结工艺为：将二次喷雾造粒后的物料送入烧结炉内进行烧结，在6-10％的氧分压下采用程序升温，以10℃/min的速率升至580℃并保温1h，然后再以12℃/min的速率升温至1200℃并保温2.5h，最后以8℃/min的速率降温至600℃并保温1.5h，最后以5℃/min的降温速率将烧结炉内的温度降至室温，即完成烧结工艺，得到锰锌铁样体材料。
对比例1
该对比例提供的高磁导率锰锌铁氧体磁性材料，在添加组分中不添加CaCO3和SiO2，其它组分及制备方法均与实施例3相同。
对比例2
该对比例提供的高磁导率锰锌铁氧体磁性材料，在添加组分中不添加Bi2O3，其它组分及制备方法均与实施例3相同。
对比例3
该对比例提供的高磁导率锰锌铁氧体磁性材料，在添加组分中不添加MoO3，其它组分及制备方法均与实施例3相同。
对比例4
该对比例提供的高磁导率锰锌铁氧体磁性材料，在添加组分中不添加P2O5，其它组分及其制备方法均与实施例3相同。
对上述实施例1-3和对比例1-4所制备的锰锌铁氧体磁性材料进行性能测试，检测结果如表1所示。
表1-锰锌铁氧体磁性材料的性能测试结果
通过表1可以看出，相比较对比例1-4，实施例1-3的锰锌铁氧体磁性材料具有高磁导、宽温、高Bs、强矫顽力等优良稳定的磁性能，说明了本发明按照配比复合掺杂的几种元素能够提高材料的磁导率，并能够改善材料的综合性能。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
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