一种锰铁氧体材料的制备方法与流程

1.本发明涉及铁氧体磁性材料技术领域，具体涉及一种锰铁氧体材料的制备方法。

背景技术：

2.锰铁氧体材料(mnfe2o4)是一种尖晶石结构的软磁材料，又称为锰尖晶石或锰铁氧体，具有高饱和磁化强度、高起始磁导率和低矫顽力等特点，广泛应用于电子、通讯、导航、雷达和遥测等电子设备中。
3.目前，锰铁氧体材料的制备方法很多，包括水热法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、高温蔓延法法、超声波化学法和球磨法等等。以上多种制备方法存在较多缺点，例如产率低，无法规模化生产，生产能耗高，产品分散性差，纯度低，杂质的种类多和含量高以及生产周期较长等。
4104495943a公开了一种锰铁氧体纳米粉体的制备方法，该方法将锰盐和铁盐配置成混合溶液；然后加入十二烷基苯磺酸钠溶解，并混合均匀；之后调节微波水热反应体系的ph值；再将调好ph值的溶液加入微波消解罐中，密封后置于微波消解仪，进行微波水热反应；反应结束后，取出溶液，过滤，将沉淀用蒸馏水和无水乙醇多次洗涤后干燥，得到微波水热产物，即为锰铁氧体纳米粉体。但是该方法工艺比较复杂，难以实现大规模大批量生产。
5113072370a公开了一种锰锌铁氧体磁芯及其制备方法，该方法首先将氧化铁、氧化锰以及氧化锌原料进行研磨，然后放置于烧结炉中进行烧结处理，之后将预烧结后的混合物料再次研磨，然后依次进行压制和烧结，得到所述锰锌铁氧体磁芯。该方法得到的磁芯材料容易出现团聚现象，导致磁性能下降。
6.因此，提供一种可以显著提升锰铁氧体材料磁性能，并且工艺简单，可以工业化应用的制备方法具有重要意义。

技术实现要素：

7.针对以上问题，本发明的目的在于提供一种锰铁氧体材料的制备方法，与现有技术相比，本发明提供的制备方法通过综合控制锰铁氧体材料的粒径，以及提升锰铁氧体材料的分散性，能够显著提升锰铁氧体材料的磁性能，并且保持较低的磁损耗，从而达到较高的品质因数。
8.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
9.本发明提供一种锰铁氧体材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
10.(1)混合锰氧化物和铁氧化物，然后依次进行一次湿式砂磨和烘干，得到混粉料；
11.(2)将步骤(1)得到的所述混粉料进行预烧，得到预烧料；
12.(3)将步骤(2)得到的所述预烧料进行二次湿式砂磨，得到料浆；
13.(4)将步骤(3)得到的所述料浆进行喷雾热解，得到锰铁氧体材料。
14.本发明提供的制备方法一方面通过预烧和喷雾热解相结合的方法，通过预烧进行初步固相反应，再通过进行喷雾热解将原料制备得到锰铁氧体材料，预烧和喷雾热解相结
合的方法相比于烧结法或水热法，能够更加促进锰铁氧体材料生成反应的进行，并且所得锰铁氧体材料不仅粒度较小、分散性好而且粒度均匀，从而大大提升了锰铁氧体材料的磁性能。另一方面，本发明提供的制备方法在预烧和喷雾热解相结合的基础上，通过三步法控制锰铁氧体材料的粒径，首先通过一次湿式砂磨进行初步控制粒径，不仅促进混料还有利于后续反应的进行；然后，通过二次湿式砂磨再次控制粒径，将预烧料研磨成较细的颗粒，为后续喷雾热解做准备；最后，通过喷雾热解的方式再次促进颗粒料的结合，通过控制喷雾热解的条件调节颗粒的粒径，最终得到颗粒细小、分散性好而且粒度均匀的锰铁氧体材料，进一步提升了锰铁氧体材料的磁性能。
15.优选地，步骤(1)所述锰氧化物包括mn3o4。
16.优选地，所述铁氧化物包括fe2o3。
17.优选地，所述锰氧化物和铁氧化物中锰和铁的摩尔比为1:(1-3)，例如可以是1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.6、1:1.8、1:2、1:2.2、1:2.4、1:2.6、1:2.8或1:3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
18.优选地，步骤(1)所述一次湿式砂磨的时间为1-4h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h、2.2h、2.5h、2.8h、3h、3.2h、3.5h、3.8h或4h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
19.优选地，所述烘干的温度为100-110℃，例如可以是100℃、102℃、104℃、106℃、108℃或110℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
20.优选地，所述烘干的时间为4-10h，例如可以是4h、4.5h、5h、5.5h、6h、6.5h、7h、7.5h、8h、8.5h、9h、9.5h或10h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
21.优选地，所述混粉料的平均粒径为0.1-1μm，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
22.优选地，步骤(2)所述预烧的升温速率为2-3℃/min，例如可以是2℃/min、2.2℃/min、2.4℃/min、2.6℃/min、2.8℃/min或3℃/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
23.优选地，所述预烧的终点温度为750-950℃，例如可以是750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃、820℃、840℃、860℃、880℃、900℃、920℃、940℃或950℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
24.本发明优选控制预烧的温度在特定范围，可以促进锰铁氧体的生成反应充分进行，并且达到较高的磁性能，防止因高温导致性能下降。
25.优选地，所述预烧的保温时间为2-4h，例如可以是2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h或4h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
26.本发明优选控制预烧的保温时间在特定范围，可以促进锰铁氧体的生成反应充分进行，使产品达到较高的磁性能。
27.优选地，步骤(3)所述二次湿式砂磨的时间为1-4h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h、2h、2.2h、2.5h、2.8h、3h、3.2h、3.5h、3.8h或4h，但不限于所列举的数值，数值范
围内其它未列举的数值同样适用。
28.优选地，所述料浆中颗粒的平均粒径为0.1-1μm，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm或1μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
29.优选地，步骤(4)所述料浆的进料流速为0.1-1l/h，例如可以是0.1l/h、0.2l/h、0.3l/h、0.4l/h、0.5l/h、0.6l/h、0.7l/h、0.8l/h、0.9l/h或1l/h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
30.优选地，所述载气的流速为0.6-6l/h，例如可以是0.6l/h、1l/h、1.5l/h、2l/h、2.5l/h、3l/h、3.5l/h、4l/h、4.5l/h、5l/h、5.5l/h或6l/h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
31.本发明优选控制载气的流速在特定范围，可以促进锰铁氧体的充分形成，并且进一步控制铁氧体材料的粒径，使铁氧体材料保持较高的磁性能。
32.优选地，步骤(4)所述喷雾热解的温度为1050-1250℃，例如可以是1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃或1250℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
33.本发明优选控制喷雾热解的温度在特定范围，可以进一步促进锰铁氧体充分形成，并且防止因温度过高导致磁性能下降。
34.优选地，步骤(4)所述喷雾热解的出口气流温度为90-110℃，例如可以是90℃、92℃、94℃、96℃、98℃、100℃、102℃、104℃、106℃、108℃或110℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
35.优选地，步骤(4)所述锰铁氧体材料的平均粒径为0.1-2μm，例如可以是0.1μm、0.2μm、0.4μm、0.6μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm或2μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
36.作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
37.(1)混合锰氧化物和铁氧化物，所述锰氧化物和铁氧化物中锰和铁的摩尔比为1:(1-3)，然后进行一次湿式砂磨1-4h，之后在100-110℃下烘干4-10h，得到混粉料，所述混粉料的平均粒径为0.1-1μm；
38.(2)将步骤(1)得到的所述混粉料以2-3℃/min升温至750-950℃进行预烧，保温2-4h，得到预烧料；
39.(3)将步骤(2)得到的所述预烧料进行二次湿式砂磨1-4h，得到料浆，所述料浆中颗粒的平均粒径为0.1-1μm；
40.(4)将步骤(3)得到的所述料浆以0.1-1l/h的速度进料，在载气流速为0.6-6l/h，温度为1050-1250℃的条件下进行喷雾热解，所述喷雾热解的出口气流温度为90-110℃，得到锰铁氧体材料，所述锰铁氧体材料的平均粒径为0.1-2μm。
41.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
42.(1)本发明提供的制备方法通过预烧和喷雾热解相结合的工艺以及多步对粒径的控制，可以制备得到粒度较小、分散性好而且粒度均匀的锰铁氧体材料，有效避免了铁氧体材料颗粒团聚的问题，有利于提升锰铁氧体材料的磁性能，并且保持较低的磁损耗，从而达到较高的品质因数，μ'可以达到4.0以上，μ”可以达到0.127以下，q值可以达到35.433以上。
43.(2)本发明提供的制备方法工艺简单，可以大规模大批量生产，有利于工业化推广。
具体实施方式
44.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
45.实施例1
46.本实施例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
47.(1)混合mn3o4和fe2o3，所述mn3o4和fe2o3中锰和铁的摩尔比为1:2，然后进行一次湿式砂磨2h，之后在105℃下烘干7h，得到混粉料，所述混粉料的平均粒径为0.5μm；
48.(2)将步骤(1)得到的所述混粉料以2.5℃/min升温至850℃进行预烧，保温3h，得到预烧料；
49.(3)将步骤(2)得到的所述预烧料进行二次湿式砂磨2.5h，得到料浆，所述料浆中颗粒的平均粒径为0.5μm；
50.(4)将步骤(3)得到的所述料浆以0.5l/h的速度进料，在载气流速为3.3l/h，温度为1150℃的条件下进行喷雾热解，所述喷雾热解的出口气流温度为100℃，得到锰铁氧体材料，所述锰铁氧体材料的平均粒径为1μm。
51.实施例2
52.本实施例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
53.(1)混合mn3o4和fe2o3，所述mn3o4和fe2o3中锰和铁的摩尔比为1:1，然后进行一次湿式砂磨1h，之后在100℃下烘干10h，得到混粉料，所述混粉料的平均粒径为1μm；
54.(2)将步骤(1)得到的所述混粉料以2℃/min升温至950℃进行预烧，保温2h，得到预烧料；
55.(3)将步骤(2)得到的所述预烧料进行二次湿式砂磨4h，得到料浆，所述料浆中颗粒的平均粒径为0.1μm；
56.(4)将步骤(3)得到的所述料浆以1l/h的速度进料，在载气流速为6l/h，温度为1050℃的条件下进行喷雾热解，所述喷雾热解的出口气流温度为110℃，得到锰铁氧体材料，所述锰铁氧体材料的平均粒径为0.1μm。
57.实施例3
58.本实施例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
59.(1)混合mn3o4和fe2o3，所述mn3o4和fe2o3中锰和铁的摩尔比为1:3，然后进行一次湿式砂磨4h，之后在110℃下烘干4h，得到混粉料，所述混粉料的平均粒径为0.1μm；
60.(2)将步骤(1)得到的所述混粉料以3℃/min升温至750℃进行预烧，保温4h，得到预烧料；
61.(3)将步骤(2)得到的所述预烧料进行二次湿式砂磨1h，得到料浆，所述料浆中颗粒的平均粒径为1μm；
62.(4)将步骤(3)得到的所述料浆以0.1l/h的速度进料，在载气流速为0.6l/h，温度为1250℃的条件下进行喷雾热解，所述喷雾热解的出口气流温度为90℃，得到锰铁氧体材料，所述锰铁氧体材料的平均粒径为2μm。
63.实施例4
64.本实施例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于所述预烧的温度为700℃。
65.实施例5
66.本实施例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于所述预烧的温度为1000℃。
67.实施例6
68.本实施例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于所述预烧的保温时间为1h。
69.实施例7
70.本实施例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于所述预烧的保温时间为5h。
71.实施例8
72.本实施例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于所述喷雾热解的温度为1000℃。
73.实施例9
74.本实施例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于所述喷雾热解的温度为1300℃。
75.实施例10
76.本实施例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于所述载气的流速为0.1l/h。
77.实施例11
78.本实施例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于所述载气的流速为10l/h。
79.对比例1
80.本对比例提供一种锰铁氧体材料的制备方法，与实施例1相比的区别仅在于不进行步骤(2)和步骤(3)，将步骤(1)得到的所述混粉料直接进行喷雾热解。
81.采用微波矢量网络分析仪(安捷伦n5235a)和电磁特性测试夹具(prd706rt，成都恩驰微波科技有限公司)，在80mhz下对实施例1-11和对比例1中所得锰铁氧体材料的μ'和μ”进行测定，结果如表1所示。其中，μ'代表磁性介质复数磁导率的实部分量，表示磁性材料的储能；μ”代表磁性介质复数磁导率的虚部分量，表示磁损耗。
82.计算实施例1-11和对比例1中所得锰铁氧体材料的q，q表示品质因数，计算方法为：q＝μ'/μ”。
83.表1
[0084][0085][0086]
从表1可以看出以下几点：
[0087]
(1)从实施例1-11的数据可以看出，本发明提供的制备方法可以显著提升锰铁氧体材料的磁性能，降低锰铁氧体材料的磁损耗，μ'可以达到4.0以上，μ”可以达到0.127以下，q值可以达到35.433以上。
[0088]
(2)综合比较实施例1和实施例4-5的数据可以看出，实施例1中预烧的温度为850℃，相较于实施例4-5中分别为700℃和1000℃而言，实施例1中的μ'和q明显高于实施例4-5，由此可见，本发明优选控制预烧的温度，可以进一步提升锰铁氧体材料的磁性能。
[0089]
(3)综合比较实施例1和实施例6-7的数据可以看出，实施例1中预烧的保温时间为3h，相较于实施例6-7中分别为1h和5h而言，实施例1中的μ'和q明显高于实施例6-7，由此可见，本发明优选控制预烧的保温时间，可以进一步提升锰铁氧体材料的磁性能。
[0090]
(4)综合比较实施例1和实施例8-9的数据可以看出，实施例1中喷雾热解的温度为1150℃，相较于实施例8-9中分别为1000℃和1300℃而言，实施例1中的μ'和q明显高于实施例8-9，由此可见，本发明优选控制喷雾热解的温度，可以进一步提升锰铁氧体材料的磁性能。
[0091]
(5)综合比较实施例1和实施例10-11的数据可以看出，实施例1中载气的流速为
3.3l/h，相较于实施例10-11中分别为0.1l/h和10l/h而言，实施例1中的μ'和q明显高于实施例10-11，由此可见，本发明优选控制载气的流速，可以进一步提升锰铁氧体材料的磁性能。
[0092]
(6)综合比较实施例1和对比例1的数据可以看出，对比例1与实施例1相比的区别仅在于不进行步骤(2)和步骤(3)，实施例1中的μ'和q明显高于对比例1，由此可见，本发明通过采用预烧和喷雾热解相结合的工艺，能够显著提升锰铁氧体材料的磁性能。
[0093]
综上所述，本发明提供的制备方法可以制备得到粒度较小、分散性好而且粒度均匀的锰铁氧体材料，有利于提升锰铁氧体材料的磁性能，并且保持较低的磁损耗。
[0094]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：

1.一种锰铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合锰氧化物和铁氧化物，然后依次进行一次湿式砂磨和烘干，得到混粉料；(2)将步骤(1)得到的所述混粉料进行预烧，得到预烧料；(3)将步骤(2)得到的所述预烧料进行二次湿式砂磨，得到料浆；(4)将步骤(3)得到的所述料浆进行喷雾热解，得到锰铁氧体材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锰氧化物包括mn3o4；优选地，所述铁氧化物包括fe2o3；优选地，所述锰氧化物和铁氧化物中锰和铁的摩尔比为1:(1-3)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一次湿式砂磨的时间为1-4h；优选地，所述烘干的温度为100-110℃；优选地，所述烘干的时间为4-10h；优选地，所述混粉料的平均粒径为0.1-1μm。4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述预烧的升温速率为2-3℃/min；优选地，所述预烧的终点温度为750-950℃；优选地，所述预烧的保温时间为2-4h。5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述二次湿式砂磨的时间为1-4h；优选地，所述料浆中颗粒的平均粒径为0.1-1μm。6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述料浆的进料流速为0.1-1l/h；优选地，所述载气的流速为0.6-6l/h。7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述喷雾热解的温度为1050-1250℃。8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述喷雾热解的出口气流温度为90-110℃。9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述锰铁氧体材料的平均粒径为0.1-2μm。10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合锰氧化物和铁氧化物，所述锰氧化物和铁氧化物中锰和铁的摩尔比为1:(1-3)，然后进行一次湿式砂磨1-4h，之后在100-110℃下烘干4-10h，得到混粉料，所述混粉料的平均粒径为0.1-1μm；(2)将步骤(1)得到的所述混粉料以2-3℃/min升温至750-950℃进行预烧，保温2-4h，得到预烧料；(3)将步骤(2)得到的所述预烧料进行二次湿式砂磨1-4h，得到料浆，所述料浆中颗粒的平均粒径为0.1-1μm；(4)将步骤(3)得到的所述料浆以0.1-1l/h的速度进料，在载气流速为0.6-6l/h，温度
为1050-1250℃的条件下进行喷雾热解，所述喷雾热解的出口气流温度为90-110℃，得到锰铁氧体材料，所述锰铁氧体材料的平均粒径为0.1-2μm。

技术总结

本发明涉及一种锰铁氧体材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合锰氧化物和铁氧化物，然后依次进行一次湿式砂磨和烘干，得到混粉料；(2)将步骤(1)得到的所述混粉料进行预烧，得到预烧料；(3)将步骤(2)得到的所述预烧料进行二次湿式砂磨，得到料浆；(4)将步骤(3)得到的所述料浆进行喷雾热解，得到锰铁氧体材料。本发明提供的制备方法通过综合控制锰铁氧体材料的粒径以及提升锰铁氧体材料的分散性，能够显著提升锰铁氧体材料的磁性能，保持较低的磁损耗，从而达到较高的品质因数。数。