一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法

《一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法》涉及一种锰锌铁氧体及其制备方法，尤其涉及一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法。

1.一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，该方法由以下步骤组成：（1）配料：采用主要成分按摩尔重量百分比为Fe₂O₃：51~53摩尔百分比；MnO：34~43摩尔百分比；ZnO：6~13摩尔百分比；进行称量，称重后在砂磨机中加入去离子水进行砂磨，砂磨的时间为30~80分钟；（2）预烧：将上述经过砂磨后的成分进行预烧，预烧温度为750摄氏度~980摄氏度，预烧时间为1~9小时；（3）二次砂磨：在上述预烧料中加入以下按重量百分比的辅助成分中的四种或四种以上：CaCO₃：0.01~0.07重量百分比；TiO₂：0.01~0.08重量百分比；SnO₂：0.01~0.07重量百分比；Nb₂O₃：0.01~0.06重量百分比；ZrO₂：0.01~0.09重量百分比；Co₂O₃：0.01~0.06重量百分比；然后将粉料加入去离子水后放入砂磨机中进行二次砂磨，二次砂磨时间为1~3小时；（4）喷雾造粒和成型：将上述的二次砂磨料在喷雾塔中进行喷雾造粒，喷雾造粒制成粒径为50~200微米的颗粒；然后成型为具有一定形状的坯件；（5）烧结：将上述成型后的坯件进行在1260—1350摄氏度的温度范围下进行烧结，烧结后即形成高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体；制备过程中不添加SiO₂，直接利用原材料中的SiO₂和砂磨工艺中带入SiO₂来提高材料的电阻率。

2.根据权利要求1所述的一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述粉料的粒度为1~1.18微米，二次砂磨料中SiO₂的重量百分含量为0.005~0.023重量百分比。

3.根据权利要求1~2之一所述的一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，其特征在于步骤（4）中喷雾造粒时加入PVA和消泡剂，其中两者比例为20:1，所述的消泡剂为氨水、正辛醇中的一种。

4.根据权利要求1~2之一所述的一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，其特征在于步骤（5）中所述的烧结过程在氧气和氮气的环境进行，其中氧分压的范围为：1~10％。

截至2006年6月，伴随着便携式移动电子设备的普及，多媒体通信、数字网络的高速发展，以及电磁兼容和抗电磁干扰等领域的需求，对功率MnZn铁氧体材料提出了更高更新的要求。随着新兴应用领域的扩充，对功率MnZn铁氧体除了要求低的损耗之外，还要求有高的饱和磁通密度。同时，针对不同的工作环境，在功耗~温度曲线上，应具有不同的最低功耗温度点。高性能的功率MnZn铁氧体，除选用各向异性、磁致伸缩小及纯度高的原材料之外，合适的微量元素掺杂和工艺的控制是十分重要的。

绝大多数有关MnZn功率铁氧体的工作温度都在80摄氏度~100摄氏度，都将SiO₂作为添加剂以便于提高材料的电阻率，达到降低损耗的目的。将SiO₂作为添加剂加入预烧料中，虽然可以提高材料的电阻率，但是在烧结的过程中容易出现液相，出现异常晶粒的机率会增加。如果材料内部出现异常晶粒，那么材料的性能将会恶化。另外还有人通过脱硫工艺或采用精磨工艺来改善材料的性能，但是这样就增加了生产成本，增加了材料推广应用的难度。

一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法专利目的

《一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法》针对MnZn功率铁氧体及其制备工艺出现的技术问题，提供一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法。《一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法》直接利用原材料中的SiO₂，并控制制备方法所带进的SiO₂，而不是采用添加SiO₂的方式来改善MnZn功率铁氧体的磁性能；从而得到高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体。

一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法技术方案

《一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法》的专利目的通过以下技术方案解决：一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体，该铁氧体包括如下按摩尔百分比的成分：Fe₂O₃：51~53摩尔百分比；MnO：34~43摩尔百分比；ZnO：6~13摩尔百分比。

在上述的的高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体，该铁氧体还含有以下按重量百分比的辅助成分中的四种或以上：CaCO₃：0.01~0.07重量百分比；TiO₂：0.01~0.08％；SnO₂：0.01~0.07重量百分比；Nb₂O₅：0.01~0.06重量百分比；ZrO₂：0.01~0.09重量百分比；Co₂O₃：0.01~0.06重量百分比。

《一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法》还提供一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，该方法由以下步骤组成：

（1）配料：采用主要成分按摩尔重量百分比为Fe₂O₃：51~53摩尔百分比；MnO：34~43摩尔百分比；ZnO：6~13摩尔百分比进行称量，称重后在砂磨机中加入去离子水进行砂磨，砂磨的时间为30~80分钟；

（2）预烧：将上述经过砂磨后的成分进行预烧，预烧温度为750摄氏度~980摄氏度，预烧时间为1~9小时；

（3）二次砂磨：在上述预烧料中加入以下按重量百分比的辅助成分中的四种或四种以上：CaCO₃：0.01~0.07重量百分比，TiO₂：0.01~0.08％，SnO₂：0.01~0.07重量百分比，Nb₂O₅：0.01~0.06重量百分比，ZrO₂：0.01~0.09重量百分比，Co₂O₃：0.01~0.06重量百分比；然后将粉料加入去离子水后放入砂磨机中进行二次砂磨，二次砂磨时间为1~3小时；

（4）喷雾造粒和成型：将上述的二次砂磨料在喷雾塔中进行喷雾造粒，喷雾造粒制成粒径为50~200微米的颗粒；然后成型为具有一定形状的坯件；

（5）烧结：将上述成型后的坯件进行在1260摄氏度~1350摄氏度的范围下进行烧结，烧结后即形成高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体。

在上述的高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法中，在步骤（3）中所述粉料的粒度为1~1.18微米，二次砂磨料中SiO₂的重量百分含量为0.005~0.023重量百分比。

在上述的高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法中，在步骤（4）中喷雾造粒时加入PVA和消泡剂，其中两者比例为20：1，所述的消泡剂为氨水、正辛醇中的一种。

在上述的高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法中，在步骤（5）中所述的烧结过程是在氧气和氮气的环境进行，其中氧分压的范围为：1~10％。

MnZn功率铁氧体的损耗是由磁滞损耗，涡流损耗和剩于损耗组成的。在100千赫兹，200毫特斯拉条件下，损耗主要是由磁滞和涡流两种损耗组成，剩于损耗所占的比例较小。为了降低在该测试条件下的损耗，相关技术中都是采用通过添加SiO₂提高材料的电阻率的方法来降低涡流损耗。但是《一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法》发明人通过长期研究发现：将SiO₂作为添加剂加入预烧料中，虽然可以提高材料的电阻率，但是在烧结的过程中容易出现液相，出现异常晶粒的机率会增加。如果材料内部出现异常晶粒，那么材料的性能将会恶化。于是发明人想通过另外的方法来提高材料的电阻率，又可以避免晶粒异常长大的现象出现。考虑到原材料中SiO₂的存在和二次砂磨工艺中带入SiO₂的不可避免性，所以可以通过不添加SiO₂，直接利用原材料中SiO₂和砂磨工艺中带入SiO₂来提高材料的电阻率。这样就可以降低烧结过程中液相出现的机率，同时还可以降低生产成本。当然仅仅这样还是不能优化MnZn功率铁氧体的性能的，还需要优化材料的成分和采用合适的制备方法，而发明人通过上述材料成分和制备方法得到一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体。该高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体功耗谷点在90摄氏度，在100千赫兹，200毫特斯拉的条件下功耗小于等于260毫瓦/立方厘米，在1000安培/米，50赫兹的条件下25摄氏度的饱和磁通密度大于等于530毫特斯拉，在1000安培/米，50赫兹的条件下100摄氏度的饱和磁通密度大于等于420毫特斯拉。这样就能很好的满足工作温度在80摄氏度~100摄氏度的器件对MnZn功率铁氧体低损耗，高Bs的要求。

• 实施例1

1、配料：称取Fe₂O₃：52.7摩尔百分比；MnO：37.1摩尔百分比；ZnO：10.2摩尔百分比三种原料，然后在砂磨机中加入去离子水进行混合和破碎，破碎30分钟，进行循环混合10分钟后，进行喷雾造粒。

2.预烧：将喷雾料放入预烧炉内，在920摄氏度下进行预烧，总的预烧时间是6小时。

3.二次砂磨：在预烧料中加入以下按预烧料重量百分比的辅助成分：CaCO₃：0.03重量百分比，TiO₂：0.04重量百分比，Nb₂O₅：0.03重量百分比，Co₂O₃：0.025重量百分比，ZrO₂：0.02重量百分比。然后将粉料放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，砂磨时间为1小时，粉料粒度控制在1~1.18微米。

4.喷雾造粒和成型：在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡剂，然后在喷雾塔中进行喷雾造粒成50~200微米的颗粒；然后成型具有一定形状的坯件。

5.烧结：在一定的氧气和氮气的比例下，在1260摄氏度的温度条件下范围下烧结，烧结时的氧分压为6％，然后在一定的氧气和氮气的比例下冷却到室温。

将烧结好的样品用SY-8258BH分析仪进行测试，具体性能见表1：

从表1中可以看出，在100千赫兹，200毫特斯拉条件下90摄氏度时，材料的损耗是257千瓦/立方米，在1000安培/米，50赫兹条件下25摄氏度的Bs是532毫特斯拉，100摄氏度的Bs是420毫特斯拉。因此该材料能很好的满足80摄氏度~100摄氏度下工作的器件对材料的要求。特别适合制作笔记本电脑的充电器。

• 实施例2

1、配料：称取Fe₂O₃：51摩尔百分比；MnO：43摩尔百分比；ZnO：6摩尔百分比三种原料，然后在砂磨机中加入去离子水进行混合和破碎，破碎40分钟，进行循环混合10分钟后，进行喷雾造粒。

2.预烧：将喷雾料放入预烧炉内，在750摄氏度下进行预烧，总的预烧时间是9小时。

3.二次砂磨：在预烧料中加入以下按预烧料重量百分比的辅助成分：CaCO₃：0.01重量百分比，TiO₂：0.08重量百分比，SnO₂：0.03重量百分比，Co₂O₃：0.06重量百分比，ZrO₂：0.01重量百分比。然后将粉料放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，砂磨时间为2小时，粉料粒度控制在1~1.18微米。

4.喷雾造粒和成型：在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡剂，然后在喷雾塔中进行喷雾造粒成50~200微米的颗粒；然后成型具有一定形状的坯件。

5.烧结：在一定的氧气和氮气的比例下，在1290摄氏度的温度条件下烧结，烧结时的氧分压为8％，然后在一定的氧气和氮气的比例下冷却到室温。

将烧结好的样品用SY-8258BH分析仪进行测试，具体性能见表2：

从表2中可以看出，在100千赫兹，200毫特斯拉条件下90摄氏度时，材料的损耗是256千瓦/立方米，在1000安培/米，50赫兹条件下25摄氏度的Bs是536毫特斯拉，100摄氏度的Bs是420毫特斯拉。因此该材料能很好的满足80摄氏度~100摄氏度下工作的器件对材料的要求。特别适合制作笔记本电脑的充电器。

• 实施例3

1、配料：称取Fe₂O₃：53摩尔百分比；MnO：34摩尔百分比；ZnO：13摩尔百分比三种原料，然后在砂磨机中加入去离子水进行混合和破碎，破碎50分钟，进行循环混合10分钟后，进行喷雾造粒。

2.预烧：将喷雾料放入预烧炉内，在980摄氏度下进行预烧，总的预烧时间是1小时。

3.二次砂磨：在预烧料中加入以下按预烧料重量百分比的辅助成分：TiO₂：0.01重量百分比，SnO₂：0.07重量百分比，Co₂O₃：0.06重量百分比，ZrO₂：0.09重量百分比。然后将粉料放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，砂磨时间为3小时，粉料粒度控制在1~1.18微米。

4.喷雾造粒和成型：在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡剂正辛醇，然后在喷雾塔中进行喷雾造粒成50~200微米的颗粒；然后成型具有一定形状的坯件。

5.烧结：在一定的氧气和氮气的比例下，在1350摄氏度的温度条件下烧结，烧结时的氧分压为9％，然后在一定的氧气和氮气的比例下冷却到室温。

将烧结好的样品用SY-8258BH分析仪进行测试，具体性能见表3：

从表3中可以看出，在100千赫兹，200毫特斯拉条件下90摄氏度时，材料的损耗是258千瓦/立方米，在1000安培/米，50赫兹条件下25摄氏度的Bs是532毫特斯拉，100摄氏度的Bs是421毫特斯拉。因此该材料能很好的满足80摄氏度~100摄氏度下工作的器件对材料的要求：特别适合制作笔记本电脑的充电器。

• 实施例4

1.配料：称取Fe₂O₃：52.6摩尔百分比；MnO：37摩尔百分比；ZnO：10.4摩尔百分比三种原料，然后在砂磨机中进行混合和破碎，加入一定量的去离子水，砂磨70分钟，进行循环混合10分钟后，进行喷雾造粒。

2.预烧：将喷雾料放入预烧炉内，在920摄氏度下进行预烧，总的预烧时间是6小时。

3.二次砂磨：在预烧料中加入以下辅助成分：CaCO₃：0.03重量百分比，SnO₂：0.03重量百分比，Nb₂O₅：0.03重量百分比，Co2O₃：0.025重量百分比，ZrO₂：0.02重量百分比。然后将粉料放入砂磨机中进行二次砂磨，要求加入一定量的去离子水，砂磨时间为2小时，粉料粒度控制在1~1.18微米。

4.喷雾造粒和成型：在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡剂，然后在喷雾塔中进行喷雾造粒成50~200微米的颗粒；然后成型具有一定形状的坯件。

5.烧结：在一定的氧气和氮气的比例下，在1260摄氏度~1350摄氏度的范围下烧结，烧结时氧分压为1~10％，然后在一定的氧气和氮气的比例下冷却到室温。

将烧结好的样品用SY-8258BH分析仪进行测试，具体性能见表4：

从表4中可以看出，在100千赫兹，200毫特斯拉条件下90摄氏度时，材料的损耗是259千瓦/立方米，在1000安培/米，50赫兹条件下25摄氏度的Bs是534毫特斯拉，100摄氏度的Bs是421毫特斯拉。因此该材料能很好的满足80摄氏度~100摄氏度下工作的器件对材料的要求。特别适合制作笔记本电脑的充电器。

2021年6月24日，《一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法》获得第二十二届中国专利优秀奖。

一种高性能铁氧体磁体的制备方法及其磁体专利目的

《一种高性能铁氧体磁体的制备方法及其磁体》的目的是提供一种高性能铁氧体磁体的制备方法，保证制备铁氧体的高磁性能，满足不同铁氧体制品的磁体性能要求，降低生产成本。

一种高性能铁氧体磁体的制备方法及其磁体技术方案

《一种高性能铁氧体磁体的制备方法及其磁体》所述磁体为六角晶系，其化学结构式为M_1-xR_x（Fe_12-yN_y）_zO₁₉，其中0.04≤x≤0.70，0.04≤y≤0.40，0.7≤z≤1.2，M为Ba、Ca、Sr中的至少一种元素，R为La、Nd、Pr中的至少一种元素，且必须含La，N为Co、Zn、Ni、Mn中的至少一种元素，且必须含Co，该制备方法包括以下步骤：

（1）制备M_0.5R_0.5Fe_11.7N_0.3O₁₉预烧料

a、配料与混合：按化学结构式M_0.5R_0.5Fe_11.7N_0.3O₁₉的组成要求，将La₂O₃、CaCO₃、Co₂O₃、Fe₂O₃和SrCO₃的原料粉末按一定重量百分比在水中混合，用球磨机混合，料:球:水=1:5:1.5，再按重量百分比添加添加剂，然后进行混合搅拌1-10小时；

b、预烧：将配料与混合工序得到的原料组合物在空气中进行预烧，预烧温度为1100-1450℃，保温时间为0.5-3小时；

c、制粉：将步骤b得到的M_0.5R_0.5Fe_11.7N_0.3O₁₉预烧料先粗磨再细磨为平均粒径为0.5-5.0微米的粉末；

（2）制备HFe₁₂O₁₉预烧料

a、配料与混合：按化学结构式HFe₁₂O₁₉的组成要求，将BaCO₃、Fe₂O₃和SrCO₃的原料粉末按照一定重量百分比在水中混合，用球磨机混合，料:球:水=1:5:1.5，再按重量百分比添加添加剂，然后进行混合搅拌1-10小时；

b、预烧：将配料与混合工序得到的原料组合物在空气中进行预烧，预烧温度为1100-1350℃，保温时间为1-3小时；

c、制粉：将步骤b得到的HFe₁₂O₁₉预烧料先粗磨再细磨为平均粒径为0.5-5.0微米的粉末；

（3）混合M_0.5R_0.5Fe_11.7N_0.3O₁₉预烧料、HFe₁₂O₁₉预烧料与球磨

按照一定比例将M_0.5R_0.5Fe_11.7N_0.3O₁₉预烧料与HFe₁₂O₁₉预烧料混合，然后按料粉重量百分比添加添加剂和分散剂，用湿式球磨，磨至平均粒径为0.8微米；

（4）压制生坯：将上述步骤（3）所得混合料的含水量控制在25%-45%，然后在磁场中进行压制生坯，压制的压力为500-550千克/立方厘米，成型磁场强度≥0.8特斯拉；

（5）烧结：将生坯在100-500℃下保温0.5-5小时，充分除去毛坯中的水分及有机物，然后在空气中1100-1300℃下保温0.2-5小时，升温速率为25℃/小时；

（6）将步骤（5）烧结磁体经过磨加工、清洗、检测工序得到最终的永磁铁氧体磁体。

该发明进一步改进，所述的步骤（1）中各原料粉末比例La₂O₃:7wt%-10wt%、CaCO₃:3wt%-5wt%、Co₂O₃:2wt%-3.5wt%、Fe₂O₃:81wt%-86wt%、SrCO₃:1wt%-3wt%。该发明进一步改进，所述的步骤（1）中添加剂为Al₂O₃、H₃BO₃、SiO₂、CaCO₃、B₂O₃和Cr₂O₃，其中0.1wt%≤Al₂O₃≤2wt%，0.05wt%≤H₃BO₃≤1.2wt%，0.1wt%≤SiO₂≤1.0wt%，0.5wt%≤CaCO₃≤2wt%，0≤B₂O₃≤0.6wt%，0.1wt%≤Cr₂O₃≤1.0wt%，抑制晶粒长大，助溶促进固相反应，提高性能。该发明进一步改进，所述的步骤（1）添加添加剂的过程中，料粉中可以添加有Ge、Sn、In、Mg的氧化物，其占总质量百分比为≤1.0wt%，助溶促进固相反应，提高性能。该发明进一步改进，所述的步骤（2）中各原料粉末比例BaCO₃:3wt%-5wt%、Fe₂O₃:82wt%-86wt%、SrCO₃:8wt%-12wt%。该发明进一步改进，所述的步骤（2）中添加剂为H₃BO₃、SiO₂、CaCO₃和Cr₂O₃，其中0.05wt%≤H₃BO₃≤1.2wt%，0.1wt%≤SiO₂≤1.0wt%，0.5wt%≤CaCO₃≤2wt%，0.1wt%≤Cr₂O₃≤1.0wt%，抑制晶粒长大，助溶促进固相反应，提高性能。该发明进一步改进，所述的步骤（3）中M_0.5R_0.5Fe_11.7N_0.3O₁₉预烧料：HFe₁₂O₁₉预烧料=1:（0.1～5.7），选择不同配比，不仅满足料浆的性能和粒度要求，而且缩短球磨时间，提高生产效率，在一定程度上保证料浆性能的保温性。该发明进一步改进，所述的步骤（3）中添加剂为H₃BO₃、SiO₂、BaCO₃和Al₂O₃，其中0.05wt%≤H₃BO₃≤1.2wt%，0.1wt%≤SiO₂≤1.0wt%，0.5wt%≤BaCO₃≤2wt%，0.1wt%≤Al₂O₃≤1.0wt%，抑制晶粒长大，助溶促进固相反应，提高性能。该发明进一步改进，所述的步骤（3）中分散剂为葡萄糖酸钙和山梨醇，其占料粉重量百分比为≤1.5wt%，提高料浆的取向度。该发明还提供了以上述制备方法得到的磁体，所述磁体为六角晶系，其化学结构式为M_1-xR_x（Fe_12-yN_y）_zO₁₉，其中0.04≤x≤0.70，0.04≤y≤0.40，0.7≤z≤1.2，M为Ba、Ca、Sr中的至少一种元素，R为La、Nd、Pr中的至少一种元素，且必须含La，N为Co、Zn、Ni、Mn中的至少一种元素，且必须含Co，具有3900-4600Gs的剩磁（Br），360-430千安/米的内禀矫顽力（H_cj）和95%以上的矩形比（H_k/H_cj）。

一种高性能铁氧体磁体的制备方法及其磁体改善效果

与2014年4月以前的技术相比，优点是构思新颖，方法衔接有序；采用传统的铁氧体HFe₁₂O₁₉作为配料，价格低廉，减少昂贵金属Co元素的用量，节约生产成本；同时降低烧结温度，减少能耗，减少球磨时间，将粒度控制在0.3-0.9微米，避免因粒子过细造成的磁件成型困难，提高生产效率，保证制得铁氧体的高磁性能，满足扬声器磁体、磁电机用磁瓦磁体、起动电机用磁瓦磁体等不同产品的性能要求。

《一种高性能铁氧体磁体的制备方法及其磁体》属于磁性材料，尤其涉及一种铁氧体的制备方法及其磁体。

2020年7月17日，《一种高性能铁氧体磁体的制备方法及其磁体》获得安徽省第七届专利奖优秀奖。