[发明专利]一种具有高电阻率和低损耗的纳米晶锰锌铁氧体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锰锌铁氧体材料，尤其涉及一种具有高电阻率和低损耗的纳米晶锰锌铁氧体材料，属于氧化物磁性材料技术领域。本发明还涉及一种具有高电阻率和低损耗的纳米晶锰锌铁氧体材料的制备方法。

背景技术

尖晶石结构的锰锌铁氧体由于其具有高电阻率、高磁导率、低损耗、低成本等优势，因而广泛应用于各种电力电子器件中，特别是一些高频器件中。锰锌铁氧体的性能与其微观结构密不可分，而微观结构依赖于化学成分及其制备工艺。近年来，随着纳米技术的迅猛发展，纳米材料因其具有特殊的表面效应、体积效应和量子隧道效应等等受到了人们的极大关注，一些纳米晶MnZn铁氧体相继被开发出来。在纳米晶MnZn铁氧体的制备方法中，高能球磨法与共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等方法相比具有工艺简单、成分配比易于控制、产量大、成本低廉的优点因而被广泛使用，并实现了产业化。然而，电力电子器件高频化、小型化、轻薄化的发展趋势给纳米晶MnZn铁氧体提出了更高的要求，希望其具有高电阻率和高频低损耗特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高电阻率和低损耗的纳米晶锰锌铁氧体材料及其制备方法。

为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种具有高电阻率和低损耗的纳米晶锰锌铁氧体材料，该纳米晶MnZn铁氧体材料的化学式可以表示为：Mn_xZn_1-xLa_yFe_2-yO₄，其中0.2≤x≤0.8，0.1≤y≤0.4。

稀土离子对MnZn铁氧体的电、磁性能有着重要的影响。稀土离子La³⁺有着较大的离子半径，在MnZn铁氧体中掺入La³⁺时，他们会进入八面体间隙位置(B)位取代Fe³⁺，因此减少了B位置的Fe³⁺的数量，降低了发生Fe³⁺和Fe²⁺之间的电子跳跃的数量，从而提高了MnZn铁氧体的电阻率。此外，La³⁺的取代导致微观应力的产生，阻碍电子的运动，同样提高了MnZn铁氧体的电阻率。当La³⁺含量较大时，它们会聚集在晶粒的晶界处，从而增加了对传到电子的散射，提高了电阻率。MnZn铁氧体在高频使用时，其损耗主要为涡流损耗，电阻率的增加能有效降低涡流损耗。同时，本发明的特殊烧结过程能有效去除高能球磨过程中留下的内应力，降低了磁滞损耗。因而，采用本发明制备出的纳米晶MnZn铁氧体具有高电阻率和低损耗特性。

本发明的具有高电阻率和低损耗的纳米晶MnZn铁氧体材料制备方法包括如下步骤：

(1)配料：根据化学式Mn_xZn_1-xLa_yFe_2-yO₄中Mn、Zn、La、Fe的摩尔比称取MnO、ZnO、La₂O₃、Fe₃O₄原料，其中0.2≤x≤0.8，0.1≤y≤0.4；

(2)混合、球磨：将各原料在球磨罐中混合均匀，用直径为6～10mm的硬质钢球，钢球与原料质量之比为15～25∶1。在室温下进行，球磨转速为180～400r/min，连续球磨时间为100～120h；

(3)加粘合剂并造粒：加入一定的有机溶液并进行过筛处理，将粉料制成圆形细小颗粒；

(4)成型：使用台式电动压片机将粉料压制成特定形状尺寸的坯件；

(5)烧结：将坯件真空管式炉进行烧结，其中氩气的平均压力为200～280mbar。以5～8K/min的加热速度升温到350℃～450℃，保温时间30～50min。随后以10～15K/min的加热速度升温至550℃～970℃，保温时间10～20min，保温结束后随炉冷却至室温。

发明的优点：

(1)本发明加入了稀土元素La，从而得到了具有高电阻率、低的高频损耗的MnZn铁氧体材料。

(2)本发明的制备方法工艺简单、成本低廉，易于实现工业化批量生产。

具体实施方式

以下为本发明的具体实施方式，对本发明的技术特征做进一步的说明，但本发明不仅限于这些实施例。

实施例1