本發(fā)明涉及制備高性能mnzn鐵氧體燒結(jié)粉末粒度的控制方法，屬于磁性材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

軟磁鐵氧體作為一種重要的元器件材料，主要制成磁心用于各種電感器、變壓器、濾波器和扼流圈的制造，廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代電力及電子信息等領(lǐng)域，如電腦及其外部設(shè)備、辦公自動化設(shè)備、數(shù)字通信和模擬通信設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)、家用電器、電磁兼容設(shè)備、綠色照明裝置、工業(yè)自動化和汽車、航空、航天及軍事領(lǐng)域。相對于其他軟磁材料，軟磁鐵氧體的優(yōu)勢在于電阻率相對較高，這抑制了渦流的產(chǎn)生，使鐵氧體能應(yīng)用于高頻領(lǐng)域；采用陶瓷工藝易于制成各種不同的形狀和尺寸；化學(xué)特性穩(wěn)定、不生銹；較低的制造成本。

在軟磁鐵氧體材料制備工藝中，燒結(jié)原材料的粉末粒度控制尤為重要，粉末的粒度在一定范圍內(nèi)決定了材料的燒結(jié)活性，對最終產(chǎn)品的適宜燒結(jié)溫度，材料致密度，晶粒尺寸和均勻性都有重要的影響，從而會改變錳鋅鐵氧體材料的性能?，F(xiàn)在，已經(jīng)有一些企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)對錳鋅鐵氧體粉末的制備技術(shù)開展了一些研究，如中國專利(cn101058504)采用濕磨，預(yù)燒后采用震動球磨和二次濕磨、二次噴霧造粒等工藝，提高了錳鋅鐵氧體材料的磁導(dǎo)率，降低了功率損耗；中國專利(cn102531559a)采用了高效的臥式砂磨機(jī)，使各種原材料的粒徑趨于一致；中國專利申請(cn104446411a)公開一種錳鋅鐵氧體顆粒的制備方法，能夠提高錳鋅鐵氧體顆粒之間的粘結(jié)性，降低成型壓力，避免錳鋅鐵氧體顆粒在壓制時坯件起層、炸紋、開裂等質(zhì)量問題；中國專利申請(cn105565391a)公開了一種寬溫低功耗錳鋅鐵氧體粉料的制備工藝，制備得到的錳鋅鐵氧體材料具有較高的飽和磁通密度、較低的功率損耗、較高的居里溫度和電阻率。由此可見，在制備錳鋅鐵氧體粉料方面，可以通過對設(shè)備和工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到尺寸均一，高燒結(jié)活性并且用于制備寬頻寬溫低損耗錳鋅鐵氧體的粉末。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種寬頻寬溫低損耗錳鋅鐵氧體的粉末粒度控制方法，主要通過控制錳鋅鐵氧體預(yù)燒粉的燒結(jié)溫度以及冷卻方式，實(shí)現(xiàn)對錳鋅鐵氧體預(yù)燒粉粒度的控制，從而實(shí)現(xiàn)寬溫寬頻低損耗的目的。

本發(fā)明寬頻寬溫低損耗錳鋅鐵氧體的粉末粒度控制方法步驟如下：

(1)混料

將制備錳鋅鐵氧體的原料初步破碎并混合均勻；

(2)預(yù)燒

將均勻混合的原料在700～1300℃預(yù)燒，保溫1～5小時，使預(yù)燒粉獲得較高的尖晶石結(jié)構(gòu)的百分比；

(3)快淬

預(yù)燒保溫階段結(jié)束后，在冷卻階段采用快速冷卻方法，通過較快的降溫速率，獲得內(nèi)應(yīng)力較高的粉料；

(4)破碎

在快淬后的預(yù)燒粉料中加入添加劑，所述的添加劑為sio2、cao、caco3、li2o、al2o3、v2o5、cuo、tio2、bi2o3、wo3、nb2o5、moo3，sno2、coo、co3o4、co2o3，zro2、in2o3、ta2o5中的一種或多種，砂磨預(yù)燒粉使其粒度達(dá)到納米級別，砂磨后的預(yù)燒粉末粒度在10～500納米；具有較高的燒結(jié)活性。

(5)造粒成型

根據(jù)制備得到的錳鋅鐵氧體燒結(jié)粉料總重量，加入3wt％～10wt％稀釋的聚乙烯醇水溶液，先預(yù)壓之后研磨過篩造粒；再向造粒所得的顆粒料中添加3wt％～10wt％稀釋的聚乙烯醇水溶液，壓制成型為生坯產(chǎn)品，生坯密度要達(dá)到2.6～3.6gcm^-3；

(6)燒結(jié)

采用低溫短時燒結(jié)(燒結(jié)溫度為1200～1400℃下，保溫2～14h)，燒結(jié)過程中通過添加氮?dú)馐蛊胶庋醴謮嚎刂圃?％以下，冷卻出爐得到mnzn軟磁鐵氧體材料。

優(yōu)選的，所述的制備錳鋅鐵氧體的原料為fe2o3、zno、mno或mnco3。

優(yōu)選的，所述的快速冷卻方法為冰水淬、液氮淬、液氦淬、冷空氣淬、金屬冷板淬中的一種。

當(dāng)添加劑中的一種或多種組分被選擇添加時，各被選擇組分按預(yù)燒粉料計(jì)的添加量分別各自遵循如下范圍：v2o5：100～1000ppm，bi2o3：500～2000ppm,b2o3：500～2000ppm,na2o：500～2000ppm,nb2o5：200～1500ppm,zro2：100～500ppm,moo3：100～1000ppm,cao：500～2000ppm,sio2：50～500ppm,in2o3：500～3000ppm,tio2：1500～3000ppm,cuo：500～2000ppm；且添加劑的總量按預(yù)燒粉料計(jì)為100～20000ppm。

優(yōu)選的，所述的步驟(6)燒結(jié)中的低溫?zé)Y(jié)溫度為800～1350℃，保溫1～6小時。

優(yōu)選的，所述的最終燒結(jié)得到的錳鋅鐵氧體材料的晶粒尺寸為2～10微米。

本發(fā)明的有益效果是：

對于廣泛應(yīng)用于各種元器件的mnzn鐵氧體材料，通常希望其能在更寬的使用頻率條件下，更寬的溫度范圍內(nèi)具有很低的功率損耗，本發(fā)明通過較高預(yù)燒溫度，在預(yù)燒的時候，使鐵氧體化完成的程度較高，從而有利于后續(xù)壓環(huán)時提高致密度，降低損耗。預(yù)燒溫度太高，會導(dǎo)致預(yù)燒粉粉料燒結(jié)活性太低，不易球磨碎，因此在預(yù)燒粉保溫結(jié)束時，進(jìn)行淬火，引入大量應(yīng)力，有助于將其破碎至納米級別，從而提高燒結(jié)活性，允許在最后燒結(jié)的時候，實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)，且晶粒尺寸在單疇尺寸附近。

具體實(shí)施方式

下面通過具體的實(shí)施案例，對本發(fā)明所制備的mnzn鐵氧體材料及制備工藝進(jìn)一步具體說明。

實(shí)施案例1：

選用的主成分的含量以氧化物計(jì)為：fe2o3：71.2wt％、zno：5.82wt％、mno：余量，將主成分混合均勻，在930℃預(yù)燒2h得到黑色粉末；預(yù)燒保溫階段結(jié)束后，采用冰水淬使粉末快速冷卻，獲得較高內(nèi)應(yīng)力的黑色預(yù)燒粉料；將預(yù)燒得到的黑色粉末加入一定量的sio2、cao、v2o5、nb2o5、coo，砂磨至得到粒徑10～500納米的粉體顆粒，且粒徑分布服從正態(tài)分布；將砂磨后的顆粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，過篩得到錳鋅鐵氧體粉料；將造粒得到的粉料壓制成型，放入氣氛燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1230℃，保溫3h，燒結(jié)過程中通過添加氮?dú)馐蛊胶庋醴謮嚎刂圃?％以下，冷卻出爐得到mnzn軟磁鐵氧體材料。

實(shí)施案例1制備得到的mnzn軟磁鐵氧體材料的初始磁導(dǎo)率為700，其25℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為510mt，100℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為420mt，在50mt、100℃、1mhz的測試條件下，其功率損耗為180kw^-3，在30mt、100℃、3mhz的測試條件下，其功率損耗為530kw^-3，在150℃下，磁導(dǎo)率未出現(xiàn)明顯下降。

實(shí)施案例2：

選用的主成分的含量以氧化物計(jì)為：fe2o3：71.2wt％、zno：5.82wt％、mno：余量，將主成分混合均勻，在950℃預(yù)燒2h得到黑色粉末；預(yù)燒保溫階段結(jié)束后，采用液氮淬使粉末快速冷卻，獲得較高內(nèi)應(yīng)力的黑色預(yù)燒粉料；將預(yù)燒得到的黑色粉末加入一定量的sio2、cao、v2o5、nb2o5、coo，砂磨至得到粒徑10～500納米的粉體顆粒，且粒徑分布服從正態(tài)分布；將砂磨后的顆粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，過篩得到錳鋅鐵氧體粉料；將造粒得到的粉料壓制成型，放入氣氛燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1250℃，保溫3h，燒結(jié)過程中通過添加氮?dú)馐蛊胶庋醴謮嚎刂圃?％以下，冷卻出爐得到mnzn軟磁鐵氧體材料。

實(shí)施案例2制備得到的mnzn軟磁鐵氧體材料的初始磁導(dǎo)率為650，其25℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為520mt，100℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為430mt，在50mt、100℃、1mhz的測試條件下，其功率損耗為160kw^-3，在30mt、100℃、3mhz的測試條件下，其功率損耗為510kw^-3，在150℃下，磁導(dǎo)率未出現(xiàn)明顯下降。

實(shí)施案例3：

選用的主成分的含量以氧化物計(jì)為：fe2o3：71.2wt％、zno：5.82wt％、mno：余量，將主成分混合均勻，在900℃預(yù)燒2h得到黑色粉末；預(yù)燒保溫階段結(jié)束后，采用液氦淬使粉末快速冷卻，獲得較高內(nèi)應(yīng)力的黑色預(yù)燒粉料；將預(yù)燒得到的黑色粉末加入一定量的sio2、cao、v2o5、nb2o5、coo，砂磨至得到粒徑10～500納米的粉體顆粒，且粒徑分布服從正態(tài)分布；將砂磨后的顆粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，過篩得到錳鋅鐵氧體粉料；將造粒得到的粉料壓制成型，放入氣氛燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1220℃，保溫3h，燒結(jié)過程中通過添加氮?dú)馐蛊胶庋醴謮嚎刂圃?％以下，冷卻出爐得到mnzn軟磁鐵氧體材料。

實(shí)施案例3制備得到的mnzn軟磁鐵氧體材料的初始磁導(dǎo)率為550，其25℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為490mt，100℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為380mt，在50mt、100℃、1mhz的測試條件下，其功率損耗為155kw^-3，在30mt、100℃、3mhz的測試條件下，其功率損耗為460kw^-3，在150℃下，磁導(dǎo)率未出現(xiàn)明顯下降。

實(shí)施案例4：

選用的主成分的含量以氧化物計(jì)為：fe2o3：71.2wt％、zno：5.82wt％、mno：余量，將主成分混合均勻，在980℃預(yù)燒2h得到黑色粉末；預(yù)燒保溫階段結(jié)束后，采用冷空氣淬使粉末快速冷卻，獲得較高內(nèi)應(yīng)力的黑色預(yù)燒粉料；將預(yù)燒得到的黑色粉末加入一定量的sio2、cao、v2o5、nb2o5、coo，砂磨至得到粒徑10～500納米的粉體顆粒，且粒徑分布服從正態(tài)分布；將砂磨后的顆粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，過篩得到錳鋅鐵氧體粉料；將造粒得到的粉料壓制成型，放入氣氛燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1280℃，保溫3h，燒結(jié)過程中通過添加氮?dú)馐蛊胶庋醴謮嚎刂圃?％以下，冷卻出爐得到mnzn軟磁鐵氧體材料。

實(shí)施案例4制備得到的mnzn軟磁鐵氧體材料的初始磁導(dǎo)率為700，其25℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為520mt，100℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為390mt，在50mt、100℃、1mhz的測試條件下，其功率損耗為185kw^-3，在30mt、100℃、3mhz的測試條件下，其功率損耗為560kw^-3，在150℃下，磁導(dǎo)率未出現(xiàn)明顯下降。

實(shí)施案例5：

選用的主成分的含量以氧化物計(jì)為：fe2o3：71.2wt％、zno：5.82wt％、mno：余量，將主成分混合均勻，在930℃預(yù)燒2h得到黑色粉末；預(yù)燒保溫階段結(jié)束后，采用金屬冷板淬使粉末快速冷卻，獲得較高內(nèi)應(yīng)力的黑色預(yù)燒粉料；將預(yù)燒得到的黑色粉末加入一定量的sio2、cao、v2o5、nb2o5、coo，砂磨至得到粒徑10～500納米的粉體顆粒，且粒徑分布服從正態(tài)分布；將砂磨后的顆粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，過篩得到錳鋅鐵氧體粉料；將造粒得到的粉料壓制成型，放入氣氛燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1230℃，保溫3h，燒結(jié)過程中通過添加氮?dú)馐蛊胶庋醴謮嚎刂圃?％以下，冷卻出爐得到mnzn軟磁鐵氧體材料。

實(shí)施案例5制備得到的mnzn軟磁鐵氧體材料的初始磁導(dǎo)率為630，其25℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為510mt，100℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為400mt，在50mt、100℃、1mhz的測試條件下，其功率損耗為170kw^-3，在30mt、100℃、3mhz的測試條件下，其功率損耗為490kw^-3，在150℃下，磁導(dǎo)率未出現(xiàn)明顯下降。

對比案例1：

選用的主成分的含量以氧化物計(jì)為：fe2o3：71.2wt％、zno：5.82wt％、mno：余量，將主成分混合均勻，在930℃預(yù)燒2h得到黑色粉末；在箱式電阻爐中預(yù)燒，預(yù)燒保溫階段結(jié)束后，隨爐冷卻，獲得黑色預(yù)燒粉料；將預(yù)燒得到的黑色粉末加入一定量的sio2、cao、v2o5、nb2o5、coo，砂磨6h；將砂磨后的顆粒烘干后研磨分散，加入聚乙烯醇造粒，過篩得到錳鋅鐵氧體粉料；將造粒得到的粉料壓制成型，放入氣氛燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1230℃，保溫3h，燒結(jié)過程中通過添加氮?dú)馐蛊胶庋醴謮嚎刂圃?％以下，冷卻出爐得到mnzn軟磁鐵氧體材料。

比較實(shí)施案例1制備得到的mnzn軟磁鐵氧體材料的初始磁導(dǎo)率為420，其25℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為460mt，100℃時的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為350mt，在50mt、100℃、1mhz的測試條件下，其功率損耗為280kw^-3，在30mt、100℃、3mhz的測試條件下，其功率損耗為780kw^-3。

對比實(shí)施案例1～4與比較案例1可以發(fā)現(xiàn)，選用同樣的主成分配比，改變預(yù)燒后粉料的冷卻方式，對粉末在高溫下進(jìn)行淬火，引入大量應(yīng)力，有助于將其破碎至納米級別，從而提高燒結(jié)活性，從而提高最終鐵氧體材料的性能。