一种磁性镍锌铁氧体材料及其制备方法与流程

[0001]
本发明属于磁性材料的制备方法，特别是涉及一种磁性镍锌铁氧体材料及其制备方法。


背景技术：

[0002]
ni-zn铁氧体因具有良好的电特性和磁特性而成为软磁铁氧体中使用范围最广的铁氧体材料。ni-zn铁氧体的居里温度为350~450℃，最高可达到500℃以上，电阻率高达，主要使用在高频阶段（10-500mhz），因此ni-zn铁氧体用于制造各种电感元器件。
[0003]
目前固相反应法是制备磁性镍锌铁氧体的方法之一，即将固体材料作为原料直接球磨混合，再经过压制成型和高温烧结而获得铁氧体的制备方法。但是上述制备方法制备出来的镍锌铁氧体的质量低，分析其原因：球磨时因为原材料的物理性质差别大，很难混合均匀；烧结不够充分。


技术实现要素：

[0004]
本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供了一种磁性镍锌铁氧体材料及其制备方法。
[0005]
本发明采用以下方案来实现：一种磁性镍锌铁氧体材料，所述镍锌铁氧体的化学式为：，其中，，，；m为、、中的一种。
[0006]
在进一步的实施例中，所述镍锌铁氧体材料由下述原料制备而成，、、nio和mo；其中，、、nio和mo的质量百分比为： ： ： ：=（60.2~68.9）：（10.3~14.2）：（14.6~18.1）：（6.1~9.3）。
[0007]
在进一步的实施例中，具体包括以下步骤：步骤一、一次配料：将原料、和nio按照质量比于混合机中进行混合均匀形成混合物料；步骤二、一次球磨：将步骤一中的混合物料置于球磨罐中球磨；步骤三、预烧：将一次球磨所得到的混合料在氮气保护下升温到800~1000℃，并保温1~3小时，随炉冷却得到一次烧结粉料；使原料中部分先尖晶石化，后面二次烧结的成品性能稳定；步骤四、二次配料：将mo按照质量份数比投入到一次烧结粉料中；步骤五、二次球磨：将步骤四中的混合物料置于球磨罐中球磨，并在球磨罐中加入球磨介质和分散剂；步骤六、造粒：根据二次球磨后的粉料总重量，加入3wt%~10wt%稀释的聚乙烯醇溶液，
过筛成颗粒；步骤七、压制成型：选择需要的模具，制备出指定的形状的生坯料；步骤八、二次烧结：将生胚料置于烧结炉中，将烧结炉抽风负压控制在13.6~14.2kpa，控制炉内温度为1000~1100℃，向炉内通入，烧结时间为2~4小时，随炉冷却，采用平衡氧分压进行。
[0008]
在进一步的实施例中，所述的流通量为6~8。
[0009]
在进一步的实施例中，所述一次球磨时球磨机中使用的球体为三种：第一球体、第二球体和第三球体；其中，所述第一球体、第二球体和第三球体的直径分别为15mm、10mm和5mm，所述第一球体、第二球体和第三球体的质量比为1:3:2；所述第一球体、第二球体和第三球体的总质量与粉料的质量比为9:1；转速为240~260r/min。
[0010]
在进一步的实施例中，所述二次球磨时球磨机中使用的球体为两种：第二球体和第三球体；其中，所述第二球体和第三球体的直径分别为10mm和5mm，所述第一球体、第二球体和第三球体的质量比为1:2；第二球体和第三球体的总质量、粉料的质量、球磨介质和分散剂质量比为2:1:1；转速为200~220r/min。
[0011]
在进一步的实施例中，二次球磨中，球磨罐每转15min后，停止旋转10分钟。
[0012]
在进一步的实施例中，所述球磨介质为水或者无水乙醇。
[0013]
在进一步的实施例中，所述分散剂为聚乙二醇400。
[0014]
在进一步的实施例中，所述第一球体、第二球体和第三球体的材质相同，均为不锈钢球体。
[0015]
本发明的有益效果：在n2中预烧合成单相尖晶石结构铁氧体粉料，并通过颗粒尺寸的旋流分选，可实现对铁氧体晶粒尺寸大小及其分散性的精致调控，有利于缩小铁氧体磁化高频共振带宽；2）一次球磨、二次球磨的条件不相同，是根据不同的物料和物料质量，配置对应的球体进行球磨，不同直径的球体的球磨时能够有针对性的负责不同粒径的颗粒，因为颗粒大小的不均等，因此颗粒与颗粒之间的间隙是不等的，而三种不同直径的球体则可以穿梭在与之相配的间隙中，增加球磨面积，不仅仅能够研磨均匀还能够粉碎均匀，大大的增加了混合的均匀性，有效提高产品的质量；3）在二次烧结时，采用氧气保护的氛围，气相、固相、液相相互之间传热，改善燃烧条件，达到低价铁氧化物充分氧化的效果，改善铁氧体的质量。
附图说明
[0016]
图1为实施例1至实施例6的粒径分布对比图。
[0017]
图2为实施例3、实施例9和实施例10的扫描电镜图。
具体实施方式
[0018]
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0019]
现阶段为了制备镍锌铁氧体一般采用的是固相反应法，但是该方法制备出来的镍锌铁氧体的质量低，分析其原因：球磨时因为原材料的物理性质差别大，颗粒大小不一，很难混合均匀；烧结不够充分存在低价铁氧化物。
[0020]
基于上述问题，发明人从球磨、烧结等工艺上做出了改进，制备出了，其中，，，；m为、、中的一种，增加了三价铁的含量。
[0021]
实施例1步骤一、一次配料：将原料、和nio按照质量比为60.2:14.2:18.1于混合机中进行混合均匀形成混合物料；步骤二、一次球磨：将步骤一中的混合物料置于球磨罐中球磨；所述第一球体、第二球体和第三球体的直径分别为15mm、10mm和5mm，所述第一球体、第二球体和第三球体的质量比为1:3:2；所述第一球体、第二球体和第三球体的总质量与粉料的质量比为9:1；转速为250r/min。采用三种不同直径的球体进行球磨，能够有针对性的负责不同粒径的颗粒，因为颗粒大小的不均等，因此颗粒与颗粒之间的间隙是不等的，而三种不同直径的球体则可以穿梭在与之相配的间隙中，增加球磨面积，不仅仅能够研磨均匀还能够粉碎均匀。同时球磨能够使粗大的颗粒发生随性变形，形成变形层，造成颗粒破碎，使大颗粒变成小颗粒。
[0022]
步骤三、预烧：将一次球磨所得到的混合料在氮气保护下升温到900℃，并保温2小时，随炉冷却得到一次烧结粉料；使原料中部分先尖晶石化，增加后面二次烧结的成品性能稳定；步骤四、二次配料：将mo按照与的质量百分比为7.5：60.2投入到一次烧结粉料中；步骤五、二次球磨：将步骤四中的混合物料置于球磨罐中球磨，并在球磨罐中加入球磨介质和分散剂；所述球磨介质为水或者无水乙醇，所述分散剂为聚乙二醇400。
[0023]
因为二次球磨中给大部分为依次球磨过的粉料，故大颗粒的占比相对一次球磨降低了，故对球体做了以下调整：所述二次球磨时球磨机中使用的球体为两种：第二球体和第三球体；所述第二球体和第三球体的直径分别为10mm和5mm，所述第一球体、第二球体和第三球体的质量比为1:2；第二球体和第三球体的总质量、粉料的质量、球磨介质和分散剂质量比为2:1:1；转速为200~220r/min。
[0024]
步骤六、造粒：根据二次球磨后的粉料总重量，加入6wt%稀释的聚乙烯醇溶液，过筛成颗粒；增加聚乙烯醇主要是为了增加流动性，形成小颗粒。
[0025]
步骤七、压制成型：选择需要的模具，制备出指定的形状的生坯料；步骤八、二次烧结：将生胚料置于烧结炉中，将烧结炉抽风负压控制在14.2kpa，控制炉内温度为1000℃，向炉内通入，烧结时间为2小时，随炉冷却，采用平衡氧分压进行。所述的流通量为7。
[0026]
为了避免球磨球磨罐体温度过高，在原本高温环境下，二次球磨中，球磨罐每转15min后，停止旋转10分钟。
[0027]
在上所述第一球体、第二球体和第三球体的材质相同，均为不锈钢球体。
[0028]
实施例2步骤一、一次配料：将原料、和nio按照质量比为68.9:10.3:14.6于混合机中进行混合均匀形成混合物料；步骤二、一次球磨：将步骤一中的混合物料置于球磨罐中球磨；所述第一球体、第二球体和第三球体的直径分别为15mm、10mm和5mm，所述第一球体、第二球体和第三球体的质量比为1:3:2；所述第一球体、第二球体和第三球体的总质量与粉料的质量比为9:1；转速为240r/min。
[0029]
步骤三、预烧：将一次球磨所得到的混合料在氮气保护下升温到900℃，并保温2小时，随炉冷却得到一次烧结粉料；使原料中部分先尖晶石化，增加后面二次烧结的成品性能稳定；步骤四、二次配料：将mo按照与的质量百分比6.2：68.9投入到一次烧结粉料中；步骤五、二次球磨：将步骤四中的混合物料置于球磨罐中球磨，并在球磨罐中加入球磨介质和分散剂；所述球磨介质为水或者无水乙醇，所述分散剂为聚乙二醇400。
[0030]
所述二次球磨时球磨机中使用的球体为两种：第二球体和第三球体；所述第二球体和第三球体的直径分别为10mm和5mm，所述第一球体、第二球体和第三球体的质量比为1:2；第二球体和第三球体的总质量、粉料的质量、球磨介质和分散剂质量比为2:1:1；转速为200r/min。
[0031]
步骤六、造粒：根据二次球磨后的粉料总重量，加入6wt%稀释的聚乙烯醇溶液，过筛成颗粒；增加聚乙烯醇主要是为了增加流动性，形成小颗粒。
[0032]
步骤七、压制成型：选择需要的模具，制备出指定的形状的生坯料；步骤八、二次烧结：将生胚料置于烧结炉中，将烧结炉抽风负压控制在13.6kpa，控制炉内温度为1100℃，向炉内通入，烧结时间为3小时，随炉冷却，采用平衡氧分压进行。所述的流通量为7。
[0033]
为了避免球磨球磨罐体温度过高，在原本高温环境下，二次球磨中，球磨罐每转15min后，停止旋转10分钟。
[0034]
实施例3步骤一、一次配料：将原料、和nio按照质量比为65.2:11.1:15.2于混合机中进行混合均匀形成混合物料；步骤二、一次球磨：将步骤一中的混合物料置于球磨罐中球磨；所述第一球体、第二球体和第三球体的直径分别为15mm、10mm和5mm，所述第一球体、第二球体和第三球体的质量比为1:3:2；所述第一球体、第二球体和第三球体的总质量与粉料的质量比为9:1；转速为240r/min。
[0035]
步骤三、预烧：将一次球磨所得到的混合料在氮气保护下升温到900℃，并保温2小时，随炉冷却得到一次烧结粉料；使原料中部分先尖晶石化，增加后面二次烧结的成品性能稳定；步骤四、二次配料：将mo按照与的质量百分比8.5：65.2投入到一次烧结粉料中；步骤五、二次球磨：将步骤四中的混合物料置于球磨罐中球磨，并在球磨罐中加入球磨
介质和分散剂；所述球磨介质为水或者无水乙醇，所述分散剂为聚乙二醇400。
[0036]
所述二次球磨时球磨机中使用的球体为两种：第二球体和第三球体；所述第二球体和第三球体的直径分别为10mm和5mm，所述第一球体、第二球体和第三球体的质量比为1:2；第二球体和第三球体的总质量、粉料的质量、球磨介质和分散剂质量比为2:1:1；转速为200r/min。
[0037]
步骤六、造粒：根据二次球磨后的粉料总重量，加入6wt%稀释的聚乙烯醇溶液，过筛成颗粒；增加聚乙烯醇主要是为了增加流动性，形成小颗粒。
[0038]
步骤七、压制成型：选择需要的模具，制备出指定的形状的生坯料；步骤八、二次烧结：将生胚料置于烧结炉中，将烧结炉抽风负压控制在13.6kpa，控制炉内温度为1100℃，向炉内通入，烧结时间为3小时，随炉冷却，采用平衡氧分压进行。所述的流通量为7。
[0039]
为了避免球磨球磨罐体温度过高，在原本高温环境下，二次球磨中，球磨罐每转15min后，停止旋转10分钟。
[0040]
实施例4该实施例与实施例3的不同之处在于：步骤二、一次球磨：将步骤一中的混合物料置于球磨罐中球磨；该球磨罐中的球体为直径为15mm的不锈钢的球体；球体的总质量与粉料的质量比为9:1；转速为240r/min。
[0041]
其他步骤均与实施例3相同。
[0042]
实施例5该实施例与实施例3的不同之处在于：步骤二、一次球磨：将步骤一中的混合物料置于球磨罐中球磨；该球磨罐中的球体为直径为10mm的不锈钢的球体；球体的总质量与粉料的质量比为9:1；转速为240r/min。
[0043]
实施例6该实施例与实施例3的不同之处在于：步骤二、一次球磨：将步骤一中的混合物料置于球磨罐中球磨；该球磨罐中的球体为直径为5mm的不锈钢的球体；球体的总质量与粉料的质量比为9:1；转速为240r/min。
[0044]
实施例7该实施例与实施例3的不同之处在于：步骤五、二次球磨：将步骤四中的混合物料置于球磨罐中球磨，并在球磨罐中加入球磨介质和分散剂；所述球磨介质为水或者无水乙醇，所述分散剂为聚乙二醇400。
[0045]
所述二次球磨时球磨机中使用的球体的直径分别为10mm，球体质量比为1:2；球体的总质量、粉料的质量、球磨介质和分散剂质量比为2:1:1；转速为200r/min。
[0046]
其他步骤均与实施例3相同。
[0047]
实施例8该实施例与实施例3的不同之处在于：步骤五、二次球磨：将步骤四中的混合物料置于球磨罐中球磨，并在球磨罐中加入球磨介质和分散剂；所述球磨介质为水或者无水乙醇，所述分散剂为聚乙二醇400。
[0048]
所述二次球磨时球磨机中使用的球体的直径分别为5mm，球体质量比为1:2；球体
的总质量、粉料的质量、球磨介质和分散剂质量比为2:1:1；转速为200r/min。
[0049]
其他步骤均与实施例3相同。
[0050]
实施例9本实施例与实施例3的不同之处在于：该实施例与实施例3的不同之处在于：步骤二、一次球磨：将步骤一中的混合物料置于球磨罐中球磨；该球磨罐中的球体为直径为10mm的不锈钢的球体；球体的总质量与粉料的质量比为9:1；转速为240r/min。
[0051]
步骤五、二次球磨：将步骤四中的混合物料置于球磨罐中球磨，并在球磨罐中加入球磨介质和分散剂；所述球磨介质为水或者无水乙醇，所述分散剂为聚乙二醇400。
[0052]
所述二次球磨时球磨机中使用的球体的直径分别为5mm，球体质量比为1:2；球体的总质量、粉料的质量、球磨介质和分散剂质量比为2:1:1；转速为200r/min。
[0053]
其他步骤均与实施例3相同。
[0054]
实施例10本实施例与实施例3的不同之处在于：步骤八、二次烧结：将生胚料置于烧结炉中，将烧结炉抽风负压控制在13.6kpa，控制炉内温度为1100℃，烧结时间为3小时，随炉冷却，采用平衡氧分压进行。
[0055]
其他步骤均与实施例3相同。
[0056]
对实施例1至实施例6中的一次球磨后的粉料进行粒径分布分析，如图1所示。三种不同直径的球体确实能够有效的将大颗粒磨成小颗粒，且分布均匀而使用一种球体进行球磨的，颗粒大小不一。
[0057]
对实施例3和实施例7至8同样进行二次球磨后的粉料进行粒径分析，其结果是实施例3的粒度分布均匀且多为细小颗粒，相对实施例7至实施例8而言具有很大的优势。
[0058]
对实施例3、实施例9和实施例10制备出来的产品进行电镜扫描，如图2所示，实施例3制备出来的产品粒径分布均匀且表面相对光滑，产品质量有所提高。
[0059]
将实施例1至实施例10制备出来的产品制备成环形磁芯，并对该环形磁芯进行磁导率频谱和功率损耗密度的性能进行检测。其性能参数如表1所示。
[0060]
表1高频低损耗镍锌铁氧体磁环性能参数
综上所述，通过上述实施例1至7，可以看出：多个不同直径的球体能够实现对铁氧体晶粒尺寸大小及其分散性的精致调控，缩小铁氧体磁化高频共振带宽。为了制备稳定的类尖晶石结构铁氧体粉料，抑制因fe二价的存在，在烧结时通途氧气，采用氧气保护的氛围，气相、固相、液相相互之间传热，改善燃烧条件，达到低价铁氧化物充分氧化的效果，改善铁氧体的质量。
[0061]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

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