一種納米鐵氧體材料及其制備方法
【專利說明】一種納米鐵氧體材料及其制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鐵氧體材料及其制備方法，特別是涉及一種納米鐵氧體材料及其制備 方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 疊層片式電感器件憑借著其體積小、屏蔽性能優(yōu)良、易于表面貼裝等優(yōu)點，在計算 機(jī)、移動通訊、汽車電子等領(lǐng)域上得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著電子終端的快速發(fā)展，對疊層 片式電感器件的性能要求越來越高，器件小型化、高頻化、大電流化已成為了技術(shù)要求。目 前疊層片式電感器件主要采用NiCuZn鐵氧體材料為主體，對于材料而言，如何進(jìn)一步提升 起始磁導(dǎo)率及飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度則成為關(guān)鍵。
[0003][0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種納米鐵氧體 材料及其制備方法，制得的鐵氧體材料具有高磁導(dǎo)率、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、晶粒結(jié)構(gòu)均勻細(xì) 小的特點。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：
[0006] 一種納米鐵氧體材料的制備方法，包括以下步驟：1)制備混合金屬硝酸鹽溶液： 采用 Fe (NO3) 3、Zn (NO3) 2、Ni (NO3) 2、Cu (NO3) 2為初始原材料，按分子式 Ni (1 a b)ZnaCubFeA，其 中0. 4彡a彡0. 45,0. 15彡b彡0. 2,1. 9彡c彡1. 96的配比計算各原材料的重量，稱量 并溶于水中，得到金屬離子的總摩爾濃度為1~5mol/L的混合金屬硝酸鹽溶液；2)產(chǎn)生沉 淀：將NaOH溶于水中得到摩爾濃度為1~lOmol/L的NaOH溶液，在攪拌狀態(tài)下將所述NaOH 溶液加入步驟1)制得的混合金屬硝酸鹽溶液中，產(chǎn)生沉淀物；3)水熱合成反應(yīng)：從溶液中 分離出獲得的沉淀物，經(jīng)洗滌后移入反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱合成反應(yīng)，水熱反應(yīng)溫度為180~ 250°C、反應(yīng)壓強(qiáng)為5~20MPa、反應(yīng)時間為1~IOh ;4)沖洗及干燥：所述水熱合成反應(yīng)完成 后，待反應(yīng)釜冷卻到室溫，取出沉淀物進(jìn)行沖洗、干燥，得到粒徑< l〇〇nm、尖晶石結(jié)構(gòu)的、分 子式為Niu a WZnaCubFeeO^納米鐵氧體粉料；5)添加摻雜劑：按重量百分比計算，以所述 納米鐵氧體粉料為基礎(chǔ)，摻入重量百分比為〇. 05~0. 5wt %的Bi2O3以及0. 05~0. 2wt % 的MoO3，經(jīng)過球磨、烘干后，加入粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，得到納米鐵氧體造粒粉；6)壓制及燒結(jié)： 將步驟5)得到的納米鐵氧體造粒粉進(jìn)行形狀壓制，在850~900°C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，得到 所述納米鐵氧體材料。
[0007] -種納米鐵氧體材料，包括主成分和添加劑；所述主成分是以硝酸鹽為原材料的 水熱合成方法制備得到的粒徑彡l〇〇nm，尖晶石結(jié)構(gòu)的NiCuZn鐵氧體，分子式為Ni (1 a b) ZnaCubFecO4，其中 0· 4 彡 a 彡 0· 45,0· 15 彡 b 彡 0· 2,1. 9 彡 c 彡 I. 96 ;所述摻雜劑為 Bi2O3和MoO3,按重量百分比計算，以所述納米鐵氧體粉料為基礎(chǔ)，Bi2O3的重量百分比為0. 05~ 0· 5wt%，MoO3的重量百分比為0· 05~0· 2wt%。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是：
[0009] 本發(fā)明的納米鐵氧體材料及其制備方法，采用硝酸鹽為原材料，通過水熱合成方 法合成一定分子式的尖晶石結(jié)構(gòu)的NiCuZn鐵氧體，配合一定含量的Bi2O3和MoO 3作為摻雜 劑得到納米鐵氧體材料。由于采用以硝酸鹽為原材料的水熱合成法制備，不涉及高溫處理， 使得材料活性較高，且通過沖洗即可除去雜質(zhì)，制得的粉料純度高，從而納米鐵氧體粉料具 有結(jié)晶度好、粒徑?。?lt; IOOnm)、團(tuán)聚低、燒結(jié)活性高等優(yōu)點，可實現(xiàn)在850~900°C下 燒結(jié)。納米鐵氧體粉料添加摻雜劑后燒結(jié)得到納米鐵氧體材料，經(jīng)測試，具有高起始磁導(dǎo)率 μ i ( μ > 200)、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs (B > 430mT)以及晶粒尺寸在5 μ m以內(nèi)、晶粒結(jié)構(gòu) 均勻細(xì)小等優(yōu)點，可作為大功率疊層片式電感器件的應(yīng)用。 【【附圖說明】】
[0010] 圖1是本發(fā)明【具體實施方式】的納米鐵氧體材料的制備方法的流程圖；
[0011] 圖2是本發(fā)明【具體實施方式】中實施例1的步驟4)中得到的鐵氧體粉料的斷面顯 微結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖3是本發(fā)明【具體實施方式】中實施例1制得的鐵氧體材料的斷面顯微結(jié)構(gòu)圖。 【【具體實施方式】】
[0013] 下面結(jié)合【具體實施方式】并對照附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0014] 本發(fā)明的構(gòu)思是：通過鐵氧體粉料的納米化來進(jìn)行改進(jìn)。一般固相反應(yīng)法得到的 鐵氧體顆粒尺寸大且不均，易產(chǎn)生雜質(zhì)，顆粒磁性能及比表面能較低，在低溫?zé)Y(jié)領(lǐng)域難以 獲得更優(yōu)的磁性能，通過鐵氧體粉料的納米化，可在低溫?zé)Y(jié)的同時，使得制得的鐵氧體材 料具有較優(yōu)的磁性能。關(guān)于使鐵氧體粉料納米化的制備方法有多種，包括化學(xué)共沉淀法、溶 膠凝膠法、微乳液法、水熱合成法等。而本發(fā)明則通過水熱合成法，不需經(jīng)過高溫煅燒，可避 免粉料團(tuán)聚嚴(yán)重、異常結(jié)晶生長的現(xiàn)象，得到的鐵氧體粉料不僅粒徑小、納米化，而且具有 結(jié)晶度好、團(tuán)聚低等優(yōu)點，可有效提高粉料的燒結(jié)活性。進(jìn)而與摻雜劑配合燒結(jié)后，使制得 的納米鐵氧體材料具有尚起始磁導(dǎo)率、尚飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度以及晶粒結(jié)構(gòu)均勾細(xì)小等優(yōu)點。
[0015] 如圖1所示，為本【具體實施方式】的納米鐵氧體材料的制備方法的流程圖，制備方 法包括以下步驟：
[0016] 1)制備混合金屬硝酸鹽溶液：采用Fe (NO3) 3、Zn (NO3) 2、Ni (NO3) 2、Cu (NO3) 2為初始 原材料，按表1 (實施例及對比例）所述的主成分分子式Niu a WZnaCubFeeO4配比，計算各原 材料的質(zhì)量，進(jìn)行稱量，并溶于水中，得到金屬離子的總摩爾濃度為1~5mol/L的混合金屬 硝酸鹽溶液。混合金屬硝酸鹽溶液中金屬離子包括鐵離子，鋅離子，鎳離子以及銅離子，各 金屬離子的摩爾濃度的總和為1~5mol/L。
[0017]表 1
[0020] 2)產(chǎn)生沉淀：將NaOH溶于水中，得到摩爾濃度為1~lOmol/L的NaOH溶液，在攪 拌狀態(tài)下將NaOH溶液逐滴加入混合金屬硝酸鹽溶液中，過程有大量沉淀物產(chǎn)生。
[0021 ] 該步驟中，將所述NaOH溶液加入所述混合金屬硝酸鹽溶液中時，所述NaOH溶液與 硝酸根的摩爾比大于1，產(chǎn)生沉淀物后溶液的PH值大于8。控制使NaOH溶液的摩爾量大于 硝酸根的摩爾量，可使反應(yīng)充分，生產(chǎn)足量的沉淀物。
[0022] 優(yōu)選地，可在添加 NaOH溶液的過程中加入礦化劑，使反應(yīng)效率加快。也可在添加 NaOH溶液的過程中加入分散劑，使反應(yīng)體系更為均勻分散。
[0023] 3)水熱合成反應(yīng)：將獲得的沉淀物分離出來，經(jīng)洗滌后移入反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱合 成反應(yīng)，水熱反應(yīng)溫度為200°C、反應(yīng)壓強(qiáng)為5MPa、反應(yīng)時間為2h。
[0024] 4)沖洗及干燥：待水熱合成反應(yīng)完成后，隨反應(yīng)釜冷卻到室溫，用純凈水及無水 乙醇沖洗沉淀物多遍，經(jīng)干燥即得到納米鐵氧體粉料。
[0025] 5)添加摻雜劑：在納米鐵氧體粉料的基礎(chǔ)上，按表1 (實施例及對比例）所述摻入 納米鐵氧體粉料一定重量百分比的Bi2O3及MoO3，經(jīng)過球磨、烘干后，加入粘結(jié)劑（PVA膠水） 進(jìn)行造粒，即得到納米鐵氧體造粒粉。
[0026] 6)壓制及燒結(jié)：將步驟5)得到的納米鐵氧體造粒粉進(jìn)行形狀壓制，本具體實施方 式中采用液壓機(jī)將造粒粉壓制成圓環(huán)磁芯，在900°C下進(jìn)行燒結(jié)，得到燒結(jié)鐵氧體材料。
[0027] 上述制備方法中，鐵氧體材料的主成分納米鐵氧體粉料，采取Niu a b) ZnaCubFecO4(其中 0· 4 < a < 0· 45,0· 15 < b < 0· 2，1· 9 < c < I. 96)的配比，其中，一定 量的Zn有助于提升最終制得的鐵氧體材料的起始磁導(dǎo)率；Cu起到降低燒結(jié)溫度的作用，但 過高含量又會降低制得的鐵氧體材料的起始磁導(dǎo)率；一定量的Ni使制得的鐵氧體材料具 備較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs ;Fe的含量過低會導(dǎo)致材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs下降，含量過 高易形成Fe2+導(dǎo)致燒結(jié)活性下降，進(jìn)而影響材料磁性能。經(jīng)過不斷調(diào)整，最終確定Zn的摩 爾數(shù)為〇· 4彡a彡0· 45, Cu的摩爾數(shù)為0· 15彡b彡0· 2, Fe摩爾數(shù)為L 9彡c彡L 96,從 而各組分協(xié)同配合，有助于提升制得的鐵氧體材料的起始磁導(dǎo)率以及飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。
[0028] 上述納米鐵氧體粉料是采用水熱合成法來制備，其中選用硝酸鹽作為反應(yīng)的原材 料，由于硝酸根離子的水溶性較強(qiáng)，則反應(yīng)后沉淀物經(jīng)過分離洗滌可以獲得較高的純度，制 得的粉料純度較高。按照上述的方案，步驟4)后得到的納米鐵氧