一种低温烧结高磁导率高居里温度NiCuZn材料及制备方法与流程

本技术涉及软磁铁氧体材料，尤其是涉及一种低温烧结高磁导率高居里温度nicuzn材料及制备方法。

背景技术：

1、nicuzn软磁铁氧体材料具有高的电阻率ρ、高截止频率、高初始磁导率μi、低损耗、低温度系数等优点，可广泛应用于高频电感磁芯、近场通信(nfc)系统、叠层片式电感器(mlci)及抗emi器件等。现有的nicuzn软磁铁氧体材料初始磁导率大多低于1600，而且nicuzn软磁铁氧体材料一般磁导率越高其居里温度(tc)越低，如：初始磁导率大于1500、室温饱和磁通密度大于250mt的nizn系列材料tc约为100℃，具有较高tc的nizn系列材料其磁导率通常均小于1000。低tc意味着材料的工作温度范围越窄，限制了其在诸多领域的应用。现有的公开的技术文献和专利文献中，有些是初始磁导低、有些是居里温度低、还有些是饱和磁通密度较低，很难达到同时具有高初始磁导率、高居里温度、高饱和磁通密度和高表面电阻。存在的这些问题使其无法满足微型高品质电感器、脉冲变压器、电磁干扰抑制器等对软磁材料的使用要求，也不符合电子产品小型化、高功率化、宽温化的发展趋势。

技术实现思路

1、为了解决上述至少一种技术问题，开发一种同时具有高初始磁导率、高居里温度、高饱和磁通密度和高表面电阻的软磁铁氧体材料，本技术提供一种低温烧结高磁导率高居里温度nicuzn材料及制备方法。

2、一方面，本技术提供了一种低温烧结高磁导率高居里温度nicuzn材料，所述低温烧结高磁导率高居里温度nicuzn材料的原料由主成分和副成分组成；所述主成分的原料由49.0-54mol％fe2o3、22.5-36.5mol％zno、12.5-19.0mol％nio和2.0-4.5mol％cuo组成；所述副成分原料包括v2o5、moo3、zro2和wo3，其中，v2o5含量为主成分质量的0.01-0.2wt％，moo3含量为主成分质量的0.01-0.2wt％，zro2含量为主成分质量的0.01-0.05wt％，wo3含量为主成分质量的0.01-0.05wt％。

3、本技术中，以所述nicuzn铁氧体材料的总摩尔量为100％计，fe2o3的摩尔百分数为49.0-54.0mol％，例如49mol％、49.4mol％、50.4mol％、51.6mol％、52.8mol％或54mol％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；zno、nio和cuo同样适用；

4、优选的，所述主成分的原料由49.0-51.5mol％fe2o3、30.5-36.5mol％zno、12.5-15.0mol％nio和2.0-3.0mol％cuo组成，作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

5、通过采用上述技术方案，本技术中将zno的含量控制在合理范围内，因为在nizncu铁氧体中，高磁导率要求提高zno含量，随zn2+含量的增多，它会把原来a位上的fe3+离子挤到b位，材料中的分子磁矩会增大，进而导致磁导率上升。但同时材料的工作温度会发生变化，由于zn2+为非磁性离子，随着铁氧体中含锌离子越多，a位与b位上的磁性离子数目越少，a位与b位之间的超交换作用减弱，居里温度tc就会大幅下降，此时制得的铁氧体材料的应用范围和应用价值就是大幅缩减，尤其是不能应用在移动终端设备中，材料的价值就会大幅缩减。

6、可选的，所述副成分原料包括v2o5、moo3、zro2和wo3，所述v2o5含量为主成分质量的0.01-0.2wt％，moo3含量为主成分质量的0.01-0.2wt％，zro2含量为主成分质量的0.01-0.05wt％，wo3含量为主成分质量的0.01-0.05wt％，所述v2o5以标准物计的质量百分数为0.01-0.2wt％，例如0.01wt％、0.05wt％、0.10wt％、0.14wt％或0.2wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，所述moo3、wo3和zro2的质量百分数同理。

7、优选的，所述v2o5含量为主成分质量的0.09-0.2wt％，moo3含量为主成分质量的0.12-0.2wt％，zro2含量为主成分质量的0.04wt％，wo3含量为主成分质量的0.02wt％。

8、可选的，所述副成分原料还包括y2o3和li2co3，所述y2o3含量为主成分质量的0.01-0.1wt％，li2co3含量为主成分质量的0.01-0.2wt％。

9、优选的，所述副成分原料还包括y2o3和li2co3，所述y2o3含量为主成分质量的0.01-0.1wt％，li2co3含量为主成分质量的0.12-0.2wt％。

10、通过采用上述技术方案，将副成分原料中的v2o5、moo3、zro2、wo3和y2o3、li2co3进行复配，在烧结过程中可以更好地控制晶粒的生长，提高nizncu铁氧体的致密性和均匀性，同时还能进一步降低烧结温度，提高制得的nizncu铁氧体材料的电磁性能。

11、本技术中的副成分原料v2o5、moo3、zro2、wo3以及y2o3和li2co3，适量添加具有促使材料致密化的作用，可以促进晶粒的生长，提高材料的起始磁导率，一定程度上降低烧结温度，但也不宜过量，副成分原料多为非磁性物质，会削弱nizncu铁氧体a、b位间的超交换作用，导致材料居里温度tc和饱和磁感应强度bs的降低。由于副成分原料的含量极低，因此在计算时不将其计入所述nicuzn铁氧体材料的总摩尔量或总质量，而是直接以fe2o3、zno、nio和cuo的总质量作为衡量副成分原料中各组分加入量的标准。

12、可选的，所述低温烧结高磁导率高居里温度nicuzn材料的密度为5.1-5.35g/cm3。

13、优选的，所述低温烧结高磁导率高居里温度nicuzn材料的密度为5.15-5.25g/cm3。

14、第二方面，本技术提供了上述低温烧结高磁导率高居里温度nicuzn材料的制备方法，包括以下步骤：

15、s1选取主成分原料，按比例混合配料；

16、s2、将步骤s1的主成分原料进行一次球磨，进行一次喷雾造粒，制得混料；

17、s3、将步骤s2中制得的混料进行预烧，以1-3℃/min的升温速率升温至780-860℃保温2-3h，冷却，制得预烧料；

18、s4、将预烧料破碎处理，加入副成分原料，进行二次球磨，进行二次喷雾造粒，制得造粒料；s5、在步骤s4中制得的造粒料进行干压成型，成型压力为6-8mpa，制得环状胚体；

19、s6、对步骤s5中制得的环状胚体进行烧结，以1.0-2.0℃/min的升温速率升温至150℃，以0.5-1.0℃/min的升温速率升温至500℃，之后以1.2-2.0℃/min的升温速率升温至980-1100℃，保温2-4h，冷却，制得低温烧结高磁导率高居里温度nicuzn材料。

20、可选的，所述步骤s2中，进行一次球磨过程中原料、去离子水和钢球的重量比为2：1：6，同时向原料中加入pva，pva用量为原料用量的0.5-0.8wt％，球磨机转速为180-230r/min，球磨时间为1-2h。球磨时加入的pva是将pva溶解在水中形成pva胶液，之后加入到球磨机中，pva胶液的质量分数约为8-15wt％，pva用量是pva形成胶液前干胶的用量，下文中类似的表述同理。

21、可选的，所述步骤s4中，进行二次球磨过程中原料、去离子水和钢球的重量比为2：1：6，同时向原料中加入pva，pva用量为原料用量的1-1.5wt％，球磨机转速为220-280r/min，球磨时间为2-3h。

22、优选的，所述钢球的尺寸为φ5-12mm。

23、可选的，所述步骤s2中，一次球磨后的原料的粒径d50＝4-6μm。

24、可选的，所述步骤s4中，二次球磨后的原料的粒径d50＝0.5-4μm。

25、可选的，所述步骤s4中，将二次球磨后的原料转移至储料罐，加入消泡剂、分散剂后制得料浆，搅拌1-2h后进行喷雾造粒，其中，消泡剂加入量为1-2ml/kg，分散剂加入量为0.8-1.5ml/kg。

26、可选的，所述步骤s4中，喷雾造粒过程中，喷雾进口温度控制250-270℃，出口温度控制在80-110℃。

27、可选的，所述步骤s4中制得的造粒料粒度为100-250目，造粒料的松重为1.28-1.4g/cm3。

28、可选的，所述步骤s4中制得的造粒料的含水量为0.15-0.35wt％。

29、优选的，所述步骤s6中，对步骤s5中制得的环状胚体进行烧结，以1.0-2.0℃/min的升温速率升温至150℃，以0.5-1.0℃/min的升温速率升温至500℃，对体系加压1-1.4t，同时以1.2-2.0℃/min的升温速率升温至980-1050℃，保温2-3h，冷却，制得低温烧结高磁导率高居里温度nicuzn材料。

30、通过采用上述技术方案，采用热压烧结的方式，与普通烧结方式相比，热压烧结的烧结温度更低，普通烧结时的烧结温度要达到1050-1100℃，时间3-4h，热压烧结的烧结温度为980-1050℃，烧结时间2-3h；热压烧结的烧结时间更短，整体耗能更少，制得的nicuzn材料更加致密、均匀，同时生长的晶粒更小，制得的nicuzn材料的电磁性能更加优良，同时烧结时间大幅缩短，能耗成本更低，更加环保。

31、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

32、1.本技术制得的高磁导率高居里温度nicuzn软磁铁氧体材料不仅具有高的初始磁导率和高的居里温度，而且还具备更高的饱和磁通密度和高表面电阻。本发明可实现小型化、高工作温度对磁性材料的要求。

33、2.本技术的制备方法流程短，工艺易于控制，产品稳定性好，利于批量化生产。