專利名稱：凝膠法制備平面六角結(jié)構(gòu)軟磁鐵氧體高活性超細(xì)粉的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凝膠法制備平面六角結(jié)構(gòu)軟磁鐵氧體高活性超細(xì)粉的工藝，屬于電子元器件新材料、新工藝領(lǐng)域。
隨著SMT技術(shù)的日益發(fā)展，對(duì)SMD元件的性能要求越來越高，成本卻越來越低。作為SMD元件的重要組成元件之一，片式電感的發(fā)展趨勢(shì)也是如此。軟磁鐵氧體是制造片式電感的主要材料，為降低元器件的成本，目前只能選擇降低燒結(jié)溫度和比較廉價(jià)的內(nèi)電極材料。Ag或Ag-Pd合金電極是最常用的廉價(jià)內(nèi)電極材料，但它的熔點(diǎn)不超過961℃，為實(shí)現(xiàn)軟磁鐵氧體材料與低熔點(diǎn)內(nèi)電極材料的共燒結(jié)與防止Ag向元件內(nèi)部擴(kuò)散，必須降低片式電感的最終燒結(jié)溫度。
常用的中、高頻Ni-Zn-Cu軟磁鐵氧體已經(jīng)通過制備超細(xì)高活性粉體成功實(shí)現(xiàn)片式電感的低溫?zé)Y(jié)并應(yīng)用于生產(chǎn)。但是適用于甚高頻段的平面六角晶系Co2Z(Ba3Co2Fe24O41)型軟磁鐵氧體，由于本身結(jié)構(gòu)與組成的復(fù)雜性，一直未能實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)。隨著信息通訊技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)片式電感的性能要求越來越高，人們?cè)絹碓狡惹械乜释麑?shí)現(xiàn)Co2Z型鐵氧體低溫?zé)Y(jié)并將相應(yīng)電感產(chǎn)品投放于市場(chǎng)。
本發(fā)明的目的是提出一種凝膠法制備平面六角結(jié)構(gòu)軟磁鐵氧體高活性超細(xì)粉的工藝，從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度著手，利用新的軟化學(xué)工藝合成方法，即凝膠自燃法，來制備平面六角Z型結(jié)構(gòu)超細(xì)高活性鐵氧體粉末，利用這種粉末可以在較低的燒結(jié)溫度合成Co2Z型及Zn、Cu摻雜改性鐵氧體，與傳統(tǒng)的氧化物高溫?zé)Y(jié)工藝相比，凝膠自燃法鐵氧體燒結(jié)樣品的晶粒尺寸小而且均勻，低溫?zé)Y(jié)后材料的致密度高，工藝過程相對(duì)簡(jiǎn)單，做成的電感器件綜合性能也很優(yōu)良。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的凝膠法制備平面六角結(jié)構(gòu)軟磁鐵氧體高活性超細(xì)粉的工藝，適用于純Co2Z(Ba3Co2Fe24O41)以及用Cu、Zn摻雜改性鐵氧體Co2-x-yZnxCuyZ粉的制備，也適用于用Bi2O3作助熔劑制備相應(yīng)粉體。
本發(fā)明的凝膠法制備平面六角結(jié)構(gòu)軟磁鐵氧體高活性超細(xì)粉的工藝，由下列各步驟組成
(1)將化學(xué)計(jì)量比的Fe3+、Co2+、Ba2+、Zn2+、Cu2+的鹽溶液混合、攪拌，形成均勻褐色透明溶液；(2)將檸檬酸溶液按摩爾數(shù)比1∶1-2緩慢倒入第(1)步配制的溶液中，加熱40-90℃并攪拌，形成均勻溶液；(3)將氨水緩慢加入第(2)步配制的溶液中，使之完全混合，直至溶液呈中性，使pH=6-8；(4)將第(3)步配制的溶液置于80-150℃的烘箱中烘干，直至形成黃褐色的干凝膠；(5)往干凝膠中倒入少量無水乙醇引燃，之后，干凝膠發(fā)生自燃，形成一種蓬松的黑褐色粉末，即為軟磁鐵氧體高活性超細(xì)粉。
本發(fā)明采用從化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，采用軟化學(xué)方法，所制備的粉體顆粒細(xì)、團(tuán)聚少、化學(xué)活性高，而且不用投資新的生產(chǎn)設(shè)備，以凝膠自燃代替預(yù)燒，可以明顯縮短鐵氧體樣品的燒結(jié)時(shí)間，從而提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，顯著降低粉體及電感產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。以純Co2Z為例，可使燒結(jié)溫度降低300℃左右，并且晶粒分布均勻，磁性能也沒有明顯的下降；對(duì)于Co2-x-yZnxCuyZ鐵氧體而言，采用本發(fā)明，可以免去預(yù)燒過程，直接在900℃以下燒結(jié)，綜合磁性能比摻雜助熔劑氧化物法還要優(yōu)良。


圖1是凝膠自燃粉末及不同溫度(500℃、700℃、900℃)處理后的XRD譜。
圖2是凝膠自燃法、固體氧化物法燒結(jié)樣品的性能，其中μi表示初始磁導(dǎo)率，Q表示品質(zhì)因數(shù)。虛線A與實(shí)線B分別表示凝膠法、固體氧化物法制備樣品的性能曲線。
下面介紹本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1(Ba3Co1.5Zn0.3Cu0.2Fe24O41)選用分析純的硝酸鐵、硝酸鋇、醋酸鈷、醋酸鋅、醋酸銅、檸檬酸、氨水以及去離子水若干。
(1)將化學(xué)計(jì)量比的Fe3+、Co2+、Ba2+、Zn2+、Cu2+的鹽溶液混合、攪拌，形成均勻褐色透明溶液；(2)將檸檬酸溶液按摩爾數(shù)比1∶1.5緩慢倒入第(1)步配制的均勻溶液中，適當(dāng)加熱(90℃左右)并攪拌，形成均勻溶液；
(3)將氨水緩慢加入第(2)步配制的溶液中，使之完全混合，直至溶液呈中性，PH=7；(4)將第(3)步配制的溶液置于90℃的烘箱中烘干，直至形成黃褐色的干凝膠；(5)往干凝膠中倒入少量無水乙醇引燃，之后，干凝膠發(fā)生自燃，形成一種蓬松的灰黑色粉末，可制得Z型鐵氧體粉。
往前述第(5)步制得的粉末中加入6-10wt％左右的PVA溶液(濃度5％)，造粒，然后壓成環(huán)狀樣品，將樣品置于870-900℃的箱式爐中煅燒，測(cè)得樣品的初始磁導(dǎo)率為3.5，燒結(jié)密度為4.91g/cm3。
實(shí)施例2(Ba3Co2Fe24O41)選用分析純的硝酸鐵、硝酸鋇、檸檬酸鈷、檸檬酸、氨水以及去離子水。
(1)將化學(xué)計(jì)量比的Fe3+、Co2+、Ba2+的鹽溶液混合、攪拌，形成均勻褐色透明溶液；(2)將檸檬酸溶液按摩爾數(shù)比1∶1.3緩慢倒入第(1)步配制的溶液中，適當(dāng)加熱(70℃左右)并攪拌，形成均勻溶液；(3)將氨水緩慢加入第(2)步配制的溶液中，使之完全混合，直至溶液呈中性，PH=7；(4)將第(3)步配制的溶液置于120℃的烘箱中烘干，直至形成黃褐色的干凝膠；(5)往干凝膠中倒入少量無水乙醇引燃，之后，干凝膠發(fā)生自燃，形成一種蓬松的黑褐色粉末；(6)為保證Z型鐵氧體粉充分生成，可將上述黑褐色粉末于900℃直接煅燒。
往前述第(6)步制得的粉末中加入6-10wt％左右的PVA溶液(濃度5％)，造粒，然后壓成環(huán)狀樣品，將樣品置于1000℃的箱式爐中煅燒，測(cè)得樣品的初始磁導(dǎo)率為8.6，燒結(jié)密度為4.80g/cm3。
實(shí)施例3(Ba3Co1.7Zn0.3Fe24O41)選用分析純的硝酸鐵、硝酸鋇、硝酸鈷、硝酸鋅、檸檬酸、氨水以及去離子水。
(1)將化學(xué)計(jì)量比的Fe3+、Co2+、Ba2+、Zn2+的硝酸鹽溶液混合、攪拌，形成均勻褐色透明溶液；
(2)將檸檬酸溶液按摩爾數(shù)比1∶1.2緩慢倒入第(1)步配制的溶液中，適當(dāng)加熱(70℃左右)并攪拌，形成均勻溶液；(3)將氨水緩慢加入第(2)步配制的溶液中，使之完全混合，直至溶液呈中性；(4)將第(3)步配制的溶液置于120℃的烘箱中烘干，直至形成黃褐色的干凝膠；(5)往干凝膠中倒入少量無水乙醇引燃，之后，干凝膠發(fā)生自燃，形成一種蓬松的黑褐色粉末；(6)為保證Z型鐵氧體粉充分生成，可將上述黑褐色粉末于900℃直接煅燒。
往前述第(6)步制得的粉末中加入8wt％左右的PVA溶液(濃度5％)，造粒，然后壓成環(huán)狀樣品，將樣品置于1000℃的箱式爐中煅燒，測(cè)得樣品的初始磁導(dǎo)率為10，燒結(jié)密度為4.82g/cm3。
比較例1(Ba3Co2Fe24O41)為了與本發(fā)明的方法進(jìn)行對(duì)比，采用普通的固體氧化物鐵氧體燒結(jié)工藝制備鐵氧體超細(xì)粉，按摩爾比稱取適量的分析純?cè)戏垠wBaCO3、Co2O3、Fe2O3，在乙醇中以鋼球?yàn)槊襟w球磨混合24小時(shí)，在1200℃于空氣中預(yù)燒3小時(shí)，往預(yù)燒粉中加入8％wt的PVA溶液(濃度8％)，造粒，成型，于1270℃空氣中燒結(jié)。測(cè)得樣品的初始磁導(dǎo)率為10，燒結(jié)密度為4.4g/cm3。
比較例2(Ba3Co1.5Zn0.3Cu0.2Fe24O41)采用普通的固體氧化物鐵氧體燒結(jié)工藝，按摩爾比稱取適量的分析純?cè)戏垠wBaCO3、Co2O3、Fe2O3、ZnO、CuO、Bi2O3，在乙醇中以鋼球?yàn)槊襟w球磨混合24小時(shí)，烘干后過篩(60目)；在1140℃于空氣中預(yù)燒3小時(shí)，之后加入Bi2O3，再球磨48小時(shí)，烘干后加入8％wt的PVA溶液(濃度5％)，造粒，成型，于880℃空氣中燒結(jié)。測(cè)得樣品的初始磁導(dǎo)率為2.5，燒結(jié)密度為4.64g/cm3。
權(quán)利要求
1.一種凝膠法制備平面六角結(jié)構(gòu)軟磁鐵氧體高活性超細(xì)粉的工藝，其特征在于，由下列各步驟組成(1)將化學(xué)計(jì)量比的Fe3+、Co2+、Ba2+、Zn2+、Cu2+的鹽溶液混合、攪拌，形成均勻褐色透明溶液；(2)將檸檬酸溶液按摩爾數(shù)比1∶1-2緩慢倒入第(1)步配制的溶液中，加熱40-90℃并攪拌，形成均勻溶液；(3)將氨水緩慢加入第(2)步配制的溶液中，使之完全混合，直至溶液呈中性，使pH=6-8；(4)將第(3)步配制的溶液置于80-150℃的烘箱中烘干，直至形成黃褐色的干凝膠；(5)往干凝膠中倒入少量無水乙醇引燃，之后，干凝膠發(fā)生自燃，形成一種蓬松的黑褐色粉末，即為軟磁鐵氧體高活性超細(xì)粉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種凝膠法制備平面六角結(jié)構(gòu)軟磁鐵氧體高活性超細(xì)粉的工藝,其步驟為首先按化學(xué)計(jì)量比將原料的鹽溶液相混合,攪拌,然后加入檸檬酸,加熱至一定溫度,再加入氨水,使溶液呈中性,烘干,倒入無水乙醇引燃,即形成軟磁鐵氧體超細(xì)粉。所制備的粉體顆粒細(xì)、團(tuán)聚少、化學(xué)活性高,而且不用投資新的生產(chǎn)設(shè)備。
文檔編號(hào)C04B35/624GK1212959SQ98117768
公開日1999年4月7日 申請(qǐng)日期1998年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月18日
發(fā)明者周濟(jì), 張洪國(guó), 岳振星, 張藥西, 桂治輪, 李龍土 申請(qǐng)人:清華大學(xué)