一种宽频、五高性能的软磁铁氧体材料及其制备方法

文献发布时间：2023-06-19 12:24:27

技术领域

本发明属于铁氧体合成技术领域，特别涉及一种宽频、五高性能的软磁铁氧体材料及其制备方法。

背景技术

高磁导率铁氧体，主要应用在光纤通讯和数据网络技术中的宽带变压器、脉冲变压器及抗EMI器件之中。通讯技术和数字技术的快速发展，对宽带脉冲变压器、电感器、滤波器等器件提出了更高的性能要求，电子元器件小型化、薄型化是当前发展趋势，因此，电子元器件需要采用各种形状性能全面的磁芯；故具备高磁导率的同时兼顾高频、高阻抗、高饱和磁通密度、高居里温度的多性能铁氧体材料是当前磁性行业高磁导率板块开发的主要方向之一。

授权公告号为CN110683841A的专利公开了一种高磁导率高Bs锰锌铁氧体材料及其制备方法，该材料具备25℃初始磁导率在10000～13000；磁滞系数ηB<0.5×10-6/mT(25℃，1.5～3.0mT)；饱和磁通密度Bs≥470mT(25℃，H＝1200A/m)，饱和磁通密度Bs≥320mT(100℃，H＝1200A/m)；居里温度Tc≥150℃。此材料具有高磁导率高Bs特性，居里温度比较低，且没有体现具备宽频高阻抗特性；授权公告号为CN108264340A的专利公开了一种高居里温度高磁导率锰锌铁氧体材料及其制备方法，该材料具备25℃初始磁导率＞7000；居里温度Tc＞200℃；饱和磁通密度Bs≥490mT(25℃)；该材料具有高居里温度高磁导率特性，但初始磁导率只有7000，没有体现具备宽频高阻抗特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽频、五高性能的软磁铁氧体材料及其制备方法，该方式采用多种微量添加剂进行原料掺杂，并采用低温低氧双低烧结工艺配合致密化烧结工艺，既能够达到较高的磁导率也能够做到宽频的效果，该方式所形成的软磁铁氧体材料具备高磁导率的同时兼顾高频、高阻抗、高饱和磁通密度、高居里温度的多性能铁氧体材料。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种宽频、五高性能的软磁铁氧体材料及其制备方法，包括原料、置换剂、介电剂以及辅助添加剂，

所述原料为Fe

所述置换剂包括氧化钴、氧化锆、氧化钛中的一种或多种，

所述介电剂包括Ca

所述介电剂通式中的x、y分别为Ba、Hf元素的摩尔含量，

其中x值为0-0.15，y值为0-0.03。

通过采用上述技术方案，配方中Fe

本发明的进一步设置为：所述介电剂通过以下步骤制备：按照化学计量比称取三水硝酸铜、四水硝酸钙、钛酸四丁酯、柠檬酸或酒石酸一种或两种、硝酸钡或硝酸锆中的一种或两种溶于无水乙醇中得到混合溶液，在80℃下保温2h，调节pH后继续保温反应直至形成溶胶，再进行干燥、烧制、研磨得到介电剂粉体。

通过采用上述技术方案，三水硝酸铜、四水硝酸钙、钛酸四丁酯溶解与污水乙醇中得到A液，将柠檬酸或酒石酸一种或两种称好后溶于适量的污水易迅中得到B液，将硝酸钡或硝酸锆中的一种或两种溶于乙醇中得到C液，再将C液缓慢倒入到B液中，再将A液加入到BC混合液中，配好的溶液pH值为1，放入水浴锅中80℃保温2h、然后再用氨水将pH值调节1至7之间，继续80℃反应形成溶胶，将形成的溶胶在80℃干燥12h形成干胶，将干胶挖出在800℃下烧制为黑色粗大的颗粒，经过研磨得到介电剂粉体。

本发明的进一步设置为：所述Ca

通过采用上述技术方案，较少的掺杂量能够使Ba、Hf元素都进入到晶格当中，避免析出其他杂相，且掺杂元素的半径与原有的Ca，Ti半径相近，所以可以进入晶格内，形成连续的固溶体，Ba对于样品晶粒的生长会起到促进作用，Ba的掺入可以有效地增大介电常数，而Hf的掺入会抑制晶粒生长，使得样品的介电常数下降，而对于介电损耗，随着掺杂量的变化，两种元素离子互相影响，共掺时x＝0.1，损耗最低。

本发明的进一步设置为：所述置换剂含量为所述原料含量的0.01mol％-0.015mol％。

通过采用上述技术方案，由于置换剂中的Co

本发明的进一步设置为：所述辅助添加剂包括Nb

通过采用上述技术方案，由于该类添加剂具有很高或很低的熔点，在烧结过程中会影响晶粒的生长过程进而影响样品最后的显微结构，并且还具有很高的电阻率，能够提高晶界的电阻率从而抑制高频损耗，最终使其具有宽频、高阻抗的特点。

本发明的进一步设置为：所述辅助添加剂还包括二氧化钛、二氧化锡。

通过采用上述技术方案，二氧化钛、二氧化锡添加剂能够通过进入到MnZn铁氧体的晶格的内部填充MnZn铁氧体内部四面体空隙和八面体空隙，从而提高MnZn铁氧体磁导率以及各种磁性能。

本发明的进一步设置为：一种宽频、五高性能的软磁铁氧体材料及其制备方法的制备方法，包括如下步骤：

(1)原材料一次球磨，将取一定质量比的Fe

(2)二次球磨，将步骤(1)得到的粉体与置换剂、辅助添加剂以及介电剂中的一种或多种按比例混合，并将混合后的物料放入到球磨灌中进行二次球磨，球磨时间为3h，球磨转速为241转/分钟，球磨后得到的粉料颗粒尺寸在0.9-1.1μm之间。

(3)造粒成型，在步骤(2)中加入浓度为8％的成型剂搅拌15min，混合完全后，使粉料团聚成具有流动性的小颗粒，筛选出40目到200目之间的颗粒填入特定尺寸与形状的磨具中进行单向加压，脱模后形成得到生坯。

(4)烧结，对步骤(3)中形成的生坯进行保温排胶后烧结，在起始温度为50℃，以2～3℃/min的速度升温，温度达到1380℃后，将氧含量控制在3％～4％之间，持续致密化时间2～3小时，再将氧含量降低到1-2％之间，保温6-7个小时，在平衡气氛中降温，采用2～3℃/min的降温速度将温度从1380℃下降到25℃，得到最终软磁铁氧体材料。

通过采用上述技术方案，一次球磨的目的是将原材料混合均匀，使各种原材料充分接触，促进预烧过程中的固相反应，在球磨过程中，采用锆球作为球磨介质，是为了尽量不引入额外的铁元素而造成成分偏析。此外，氧化锆作为一种高电阻材料，即使引入到粉料中，也会增加Mn Zn铁氧体的电阻率，预烧是为了使粉料间发生初步的固相反应，减小样品在烧结过程的收缩率，防止样品开裂，在该预烧条件下，粉料具有较好的活性，有利于烧结过程中晶粒的生长，二次球磨过程中会将辅助添加剂加入到一次球磨后的粉料中，Mn Zn铁氧体的显微结构和电磁性能很大程度上取决于添加剂的种类和含量。添加剂的加入是为了调控Mn Zn铁氧体的电磁性能，二次球磨将粘结的粉料粉碎，使添加剂与粉料充分混合均匀，有利于烧结过程中的反应过程，造粒诚信过程中，筛选出40目到200目之间的颗粒。选用尺寸不一的颗粒，在压制成型时，小颗粒可以填入大颗粒的缝隙之间，成型后的坯件具有更高的密度，烧结过程是Mn Zn铁氧体制备过程中最为重要的一个步骤，直接影响了固相反应的程度、晶粒的生长、成分的扩散等，最终影响到Mn Zn铁氧体的显微结构与电磁性能，高温烧结会产生较高的磁导率，但是高温烧结又达不到宽频要求，因此，烧结过程采用低温低氧双低烧结工艺配合致密化烧结工艺，既能够达到较高的磁导率也能够做到宽频的效果。

本发明的进一步设置为：所述步骤(3)中的成型剂包括聚乙烯醇、硬脂酸锌、脂肪酸钾和聚乙二醇中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，二次球磨后的粉料与成型剂混合，使粉料团聚成具有流动性的小颗粒。经过造粒后的粉料由于具有流动性，能够轻易地填充进模具，方便成型，还能减小粉料与模具之间的摩擦力，使脱模更加容易。

与现有相比，本发明的有益效果是：。

1、本发明制备的软磁铁氧体材料，在材料中添加了介电剂，该介电剂以CCTO为介电材料，通过在CCTO中掺杂了两种金属元素Ba和Hf物质，大大改善了单独在Mn Zn铁氧体中掺杂介电材料CCTO时无法显著降低高温高频下的损耗的现象，一方面，由于Ba

2、本发明制备的软磁铁氧体材料，通过Ca

3、本发明制备的软磁铁氧体材料，由于置换剂中的各金属离子具有较大的K

4、本发明制备的软磁铁氧体材料，在烧结过程中，采用能耗更低的低温低氧双低烧结工艺配合致密化烧结工艺，既能够在双低烧结工艺下产生，适应带宽更大、工作频率更高的铁氧体，配合致密化烧结工艺能够弥补低温烧结所达不到的高磁导率，该工艺形成的铁氧体在高磁导率的条件下依旧能够满足宽频的要求。

5、本发明制备的软磁铁氧体材料，在球磨过程中，采用锆球作为球磨介质，是为了尽量不引入额外的铁元素而造成成分偏析。此外，氧化锆作为一种高电阻材料，即使引入到粉料中，也会增加Mn Zn铁氧体的电阻率，降低接电损耗。

具体实施方式

下面将对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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1