一种纳米铁氧体材料及其制备方法
【专利说明】一种纳米铁氧体材料及其制备方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及铁氧体材料及其制备方法，特别是涉及一种纳米铁氧体材料及其制备 方法。 【【背景技术】】
[0002] 叠层片式电感器件凭借着其体积小、屏蔽性能优良、易于表面贴装等优点，在计算 机、移动通讯、汽车电子等领域上得到广泛应用。近年来，随着电子终端的快速发展，对叠层 片式电感器件的性能要求越来越高，器件小型化、高频化、大电流化已成为了技术要求。目 前叠层片式电感器件主要采用NiCuZn铁氧体材料为主体，对于材料而言，如何进一步提升 起始磁导率及饱和磁感应强度则成为关键。
[0003][0004] 本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种纳米铁氧体 材料及其制备方法，制得的铁氧体材料具有高磁导率、高饱和磁感应强度、晶粒结构均匀细 小的特点。
[0005] 本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
[0006] 一种纳米铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：1)制备混合金属硝酸盐溶液： 采用 Fe (NO3) 3、Zn (NO3) 2、Ni (NO3) 2、Cu (NO3) 2为初始原材料，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的配比计算各原材料的重量，称量 并溶于水中，得到金属离子的总摩尔浓度为1~5mol/L的混合金属硝酸盐溶液；2)产生沉 淀：将NaOH溶于水中得到摩尔浓度为1~lOmol/L的NaOH溶液，在搅拌状态下将所述NaOH 溶液加入步骤1)制得的混合金属硝酸盐溶液中，产生沉淀物；3)水热合成反应：从溶液中 分离出获得的沉淀物，经洗涤后移入反应釜中进行水热合成反应，水热反应温度为180~ 250°C、反应压强为5~20MPa、反应时间为1~IOh ;4)冲洗及干燥：所述水热合成反应完成 后，待反应釜冷却到室温，取出沉淀物进行冲洗、干燥，得到粒径< l〇〇nm、尖晶石结构的、分 子式为Niu a WZnaCubFeeO^纳米铁氧体粉料；5)添加掺杂剂：按重量百分比计算，以所述 纳米铁氧体粉料为基础，掺入重量百分比为〇. 05~0. 5wt %的Bi2O3以及0. 05~0. 2wt % 的MoO3，经过球磨、烘干后，加入粘结剂进行造粒，得到纳米铁氧体造粒粉；6)压制及烧结： 将步骤5)得到的纳米铁氧体造粒粉进行形状压制，在850~900°C的温度下进行烧结，得到 所述纳米铁氧体材料。
[0007] -种纳米铁氧体材料，包括主成分和添加剂；所述主成分是以硝酸盐为原材料的 水热合成方法制备得到的粒径彡l〇〇nm，尖晶石结构的NiCuZn铁氧体，分子式为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 ;所述掺杂剂为 Bi2O3和MoO3,按重量百分比计算，以所述纳米铁氧体粉料为基础，Bi2O3的重量百分比为0. 05~ 0· 5wt%，MoO3的重量百分比为0· 05~0· 2wt%。
[0008] 本发明与现有技术对比的有益效果是：
[0009] 本发明的纳米铁氧体材料及其制备方法，采用硝酸盐为原材料，通过水热合成方 法合成一定分子式的尖晶石结构的NiCuZn铁氧体，配合一定含量的Bi2O3和MoO 3作为掺杂 剂得到纳米铁氧体材料。由于采用以硝酸盐为原材料的水热合成法制备，不涉及高温处理， 使得材料活性较高，且通过冲洗即可除去杂质，制得的粉料纯度高，从而纳米铁氧体粉料具 有结晶度好、粒径小（粒径< IOOnm)、团聚低、烧结活性高等优点，可实现在850~900°C下 烧结。纳米铁氧体粉料添加掺杂剂后烧结得到纳米铁氧体材料，经测试，具有高起始磁导率 μ i ( μ > 200)、高饱和磁感应强度Bs (B > 430mT)以及晶粒尺寸在5 μ m以内、晶粒结构 均匀细小等优点，可作为大功率叠层片式电感器件的应用。 【【附图说明】】
[0010] 图1是本发明【具体实施方式】的纳米铁氧体材料的制备方法的流程图；
[0011] 图2是本发明【具体实施方式】中实施例1的步骤4)中得到的铁氧体粉料的断面显 微结构图；
[0012] 图3是本发明【具体实施方式】中实施例1制得的铁氧体材料的断面显微结构图。 【【具体实施方式】】
[0013] 下面结合【具体实施方式】并对照附图对本发明做进一步详细说明。
[0014] 本发明的构思是：通过铁氧体粉料的纳米化来进行改进。一般固相反应法得到的 铁氧体颗粒尺寸大且不均，易产生杂质，颗粒磁性能及比表面能较低，在低温烧结领域难以 获得更优的磁性能，通过铁氧体粉料的纳米化，可在低温烧结的同时，使得制得的铁氧体材 料具有较优的磁性能。关于使铁氧体粉料纳米化的制备方法有多种，包括化学共沉淀法、溶 胶凝胶法、微乳液法、水热合成法等。而本发明则通过水热合成法，不需经过高温煅烧，可避 免粉料团聚严重、异常结晶生长的现象，得到的铁氧体粉料不仅粒径小、纳米化，而且具有 结晶度好、团聚低等优点，可有效提高粉料的烧结活性。进而与掺杂剂配合烧结后，使制得 的纳米铁氧体材料具有尚起始磁导率、尚饱和磁感应强度以及晶粒结构均勾细小等优点。
[0015] 如图1所示，为本【具体实施方式】的纳米铁氧体材料的制备方法的流程图，制备方 法包括以下步骤：
[0016] 1)制备混合金属硝酸盐溶液：采用Fe (NO3) 3、Zn (NO3) 2、Ni (NO3) 2、Cu (NO3) 2为初始 原材料，按表1 (实施例及对比例）所述的主成分分子式Niu a WZnaCubFeeO4配比，计算各原 材料的质量，进行称量，并溶于水中，得到金属离子的总摩尔浓度为1~5mol/L的混合金属 硝酸盐溶液。混合金属硝酸盐溶液中金属离子包括铁离子，锌离子，镍离子以及铜离子，各 金属离子的摩尔浓度的总和为1~5mol/L。
[0017]表 1
[0020] 2)产生沉淀：将NaOH溶于水中，得到摩尔浓度为1~lOmol/L的NaOH溶液，在搅 拌状态下将NaOH溶液逐滴加入混合金属硝酸盐溶液中，过程有大量沉淀物产生。
[0021 ] 该步骤中，将所述NaOH溶液加入所述混合金属硝酸盐溶液中时，所述NaOH溶液与 硝酸根的摩尔比大于1，产生沉淀物后溶液的PH值大于8。控制使NaOH溶液的摩尔量大于 硝酸根的摩尔量，可使反应充分，生产足量的沉淀物。
[0022] 优选地，可在添加 NaOH溶液的过程中加入矿化剂，使反应效率加快。也可在添加 NaOH溶液的过程中加入分散剂，使反应体系更为均匀分散。
[0023] 3)水热合成反应：将获得的沉淀物分离出来，经洗涤后移入反应釜中进行水热合 成反应，水热反应温度为200°C、反应压强为5MPa、反应时间为2h。
[0024] 4)冲洗及干燥：待水热合成反应完成后，随反应釜冷却到室温，用纯净水及无水 乙醇冲洗沉淀物多遍，经干燥即得到纳米铁氧体粉料。
[0025] 5)添加掺杂剂：在纳米铁氧体粉料的基础上，按表1 (实施例及对比例）所述掺入 纳米铁氧体粉料一定重量百分比的Bi2O3及MoO3，经过球磨、烘干后，加入粘结剂（PVA胶水） 进行造粒，即得到纳米铁氧体造粒粉。
[0026] 6)压制及烧结：将步骤5)得到的纳米铁氧体造粒粉进行形状压制，本具体实施方 式中采用液压机将造粒粉压制成圆环磁芯，在900°C下进行烧结，得到烧结铁氧体材料。
[0027] 上述制备方法中，铁氧体材料的主成分纳米铁氧体粉料，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有助于提升最终制得的铁氧体材料的起始磁导率；Cu起到降低烧结温度的作用，但 过高含量又会降低制得的铁氧体材料的起始磁导率；一定量的Ni使制得的铁氧体材料具 备较高的饱和磁感应强度Bs ;Fe的含量过低会导致材料的饱和磁感应强度Bs下降，含量过 高易形成Fe2+导致烧结活性下降，进而影响材料磁性能。经过不断调整，最终确定Zn的摩 尔数为〇· 4彡a彡0· 45, Cu的摩尔数为0· 15彡b彡0· 2, Fe摩尔数为L 9彡c彡L 96,从 而各组分协同配合，有助于提升制得的铁氧体材料的起始磁导率以及饱和磁感应强度。
[0028] 上述纳米铁氧体粉料是采用水热合成法来制备，其中选用硝酸盐作为反应的原材 料，由于硝酸根离子的水溶性较强，则反应后沉淀物经过分离洗涤可以获得较高的纯度，制 得的粉料纯度较高。按照上述的方案，步骤4)后得到的纳米铁氧