一種納米錳鋅鐵氧體材料的制備方法與設(shè)備與流程

本發(fā)明屬于磁性陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及一種納米錳鋅鐵氧體材料及其制備方法、應(yīng)用及設(shè)備。

背景技術(shù)：

疊層片式電感是疊層片式電感、疊層片式變壓器、疊層片式濾波器、疊層片式磁珠、磁珠排等疊層片式元件的統(tǒng)稱，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦及通訊設(shè)備等電子元器件領(lǐng)域。目前隨著電子產(chǎn)品小型化的需求及高密度表面貼裝技術(shù)的迅速發(fā)展，疊層電感等疊層片式磁性元件正在向著小型化、高頻化、多功能化和集成化的方向快速發(fā)展。

疊層錳鋅鐵氧體軟磁粉料是制作疊層電感的重要原材料。為了實(shí)現(xiàn)疊層片式電感與銀電極的共燒，通常采用引入其他離子Cu、Li等進(jìn)行離子替換、添加助燒劑及使用鐵氧體粉體的納米化等措施。目前市場上對(duì)疊層片式電感，以及滿足低溫?zé)Y(jié)、流延工藝要求的納米錳鋅鐵氧體粉體材料的需求相當(dāng)迫切。

目前納米錳鋅鐵氧體的制備方法主要有：固相法、溶膠-凝膠法、共沉淀法和水熱法；固相法工藝簡單、成本低，但晶粒尺寸不均勻、易引入雜質(zhì)且能耗大；溶膠-凝膠法易團(tuán)聚、且成本高；均勻沉淀法團(tuán)聚嚴(yán)重、粒徑分布不均勻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種納米錳鋅鐵氧體材料及其制備方法與應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種納米錳鋅鐵氧體材料的制備方法，包括如下步驟：

1)配液：以包括鐵的氯化物和/或硫酸鹽中的至少一種，錳的氯化物和/或硫酸鹽中的至少一種，以及鋅的氯化物和/或硫酸鹽中的至少一種的混合物為原料，配制成金屬鹽溶液(溶劑為水)，用堿調(diào)節(jié)其pH至9-12，制得金屬鹽溶液前驅(qū)體漿料；

所述金屬鹽溶液中鐵離子的濃度為0.5-3mol/L，其中鐵離子、錳離子、鋅離子的摩爾濃度比為1∶0.18-0.6∶0.1-0.5；

2)蒸汽熱反應(yīng)：將步驟1)所制得金屬鹽溶液前驅(qū)體漿料霧化成霧滴，于壓力0.1-2MPa，溫度100-150℃條件下進(jìn)行蒸汽熱反應(yīng)；

3)過濾：將步驟2)反應(yīng)后所得漿料過濾；然后干燥，即可。

優(yōu)選地，步驟1)所述鐵的氯化物包括氯化鐵、氯化亞鐵中的一種或兩種；所述鐵的硫酸鹽包括硫酸亞鐵、硫酸鐵中的一種或兩種；和/或，

所述錳的氯化物包括氯化錳，所述錳的硫酸鹽包括硫酸錳；和/或，

所述鋅的氯化物包括氯化鋅，所述鋅的硫酸鹽包括硫酸鋅。

進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟1)包括以氯化鐵或硫酸亞鐵，硫酸錳，以及氯化鋅或硫酸鋅的混合物為原料，配制成金屬鹽溶液。

優(yōu)選地，步驟1)所述金屬鹽溶液中鐵離子的濃度為1mol/L，其中鐵離子、錳離子、鋅離子的摩爾濃度比為1∶0.2-0.5∶0.2-0.5。

優(yōu)選地，所述堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。

優(yōu)選地，步驟1)所述金屬鹽溶液前驅(qū)體漿料的pH為10。

優(yōu)選地，步驟2)蒸汽熱反應(yīng)壓力0.5-1.5MPa。

優(yōu)選地，步驟2)反應(yīng)過程中通入水蒸汽。

優(yōu)選地，步驟3)通過陶瓷膜洗滌設(shè)備連續(xù)過濾洗滌，直至漿料中的雜質(zhì)離子濃度＜300ppm。

一般地，所述雜質(zhì)包括未反應(yīng)完全的原料，例如鐵離子、錳離子、鋅離子、氯離子、硫酸根離子、亞硫酸根離子等。

優(yōu)選地，步驟3)所述干燥為噴霧干燥，控制進(jìn)料固形物含量20～30％，出口溫度120～150℃。

本發(fā)明還包括上述方法制得的納米錳鋅鐵氧體材料。

上述納米錳鋅鐵氧體材料粒徑為20-100nm，優(yōu)選粒徑為20-80nm；純度可達(dá)99％。

本發(fā)明還包括上述納米錳鋅鐵氧體材料在制作疊層片式電感、電感器、變壓器、濾波器的磁芯、磁頭及天線棒等方面的應(yīng)用。

本發(fā)明還提供一種蒸汽熱反應(yīng)設(shè)備，包括配液釜1、蒸汽熱反應(yīng)器2和過濾器3；所述蒸汽熱反應(yīng)器2頂部設(shè)有蒸汽入口，用于連接蒸汽管道9通入蒸汽進(jìn)行熱反應(yīng)；所述蒸汽熱反應(yīng)器2內(nèi)頂部還設(shè)有霧化器4，用于將所述配液釜內(nèi)1的料液霧化成霧滴；(所述配液釜內(nèi)1的料液輸送(例如通過泵5)至所述霧化器4霧化成霧滴)；所述蒸汽熱反應(yīng)器2底部設(shè)有出料口，用于將反應(yīng)后的料液輸送(例如通過泵6)至所述過濾器3進(jìn)行過濾。

進(jìn)一步地，所述配液釜內(nèi)還設(shè)有攪拌器7。

進(jìn)一步地，所述過濾器3為陶瓷膜過濾器。

進(jìn)一步地，蒸汽熱反應(yīng)設(shè)備還包括噴霧干燥機(jī)8，用于對(duì)過濾器過濾后的漿液進(jìn)行干燥。

本發(fā)明根據(jù)蒸汽熱及霧化原理，采用蒸汽熱反應(yīng)的方法制備納米錳鋅鐵氧體，該方法反應(yīng)時(shí)間短，效率高，制備出的納米鐵氧體粒徑分布均勻、顆粒團(tuán)聚少、結(jié)晶度高、活性高、純度高，滿足疊層電感低溫?zé)Y(jié)的要求，是目前制備納米錳鋅鐵氧體納米材料理想的工業(yè)化方法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明蒸汽熱反應(yīng)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2鐵氧體樣品的掃描電鏡照片。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例3鐵氧體樣品的掃描電鏡照片。

圖中：配液釜1；蒸汽熱反應(yīng)器2；過濾器3；霧化器4；泵5；泵6；攪拌器7；噴霧干燥機(jī)8；蒸汽管道9。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件，或者按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可通過正規(guī)渠道商購買得到的常規(guī)產(chǎn)品。

實(shí)施例1

結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明蒸汽熱反應(yīng)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述。

一種蒸汽熱反應(yīng)設(shè)備，包括配液釜1、蒸汽熱反應(yīng)器2和過濾器3，所述蒸汽熱反應(yīng)器2頂部設(shè)有蒸汽入口，用于連接蒸汽管道9通入蒸汽進(jìn)行熱反應(yīng)；所述蒸汽熱反應(yīng)器2內(nèi)頂部設(shè)有霧化器4，所述配液釜內(nèi)1的漿液通過泵5輸送至所述霧化器4霧化成霧滴；所述蒸汽熱反應(yīng)器2底部設(shè)有出料口，用于反應(yīng)后的漿液通過泵6輸送至所述過濾器3進(jìn)行過濾。

進(jìn)一步地，所述配液釜1內(nèi)還設(shè)有攪拌器7。

進(jìn)一步地，所述過濾器3為陶瓷膜過濾器。

進(jìn)一步地，蒸汽熱反應(yīng)設(shè)備還包括噴霧干燥機(jī)8，用于對(duì)過濾器過濾后的漿液進(jìn)行干燥。

本發(fā)明蒸汽熱反應(yīng)設(shè)備的工作過程：在配液釜1內(nèi)配好反應(yīng)原料漿液；開啟蒸汽熱反應(yīng)器2的蒸汽閥門，控制蒸汽反應(yīng)器2內(nèi)達(dá)到一定壓力和溫度；開啟配液釜1內(nèi)的攪拌器7和霧化器4，將配液釜內(nèi)1的漿液通過泵5輸送至所述霧化器4霧化成霧滴，進(jìn)行蒸汽熱反應(yīng)，反應(yīng)后的漿液沉降至蒸汽熱反應(yīng)器2的底部，打開蒸汽熱反應(yīng)器2底部的出料口，物料通過泵6輸送至所述過濾器3進(jìn)行過濾，過濾后的漿液通過噴霧干燥機(jī)8進(jìn)行干燥。

實(shí)施例2

一種納米錳鋅鐵氧體材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)配液：以氯化鐵、硫酸錳、氯化鋅為原料配制成金屬鹽溶液，所述金屬鹽溶液中鐵離子濃度為1mol/L，其中鐵、錳、鋅的摩爾比為1:0.5:0.2，以氫氧化鈉為沉淀劑；將沉淀劑溶液緩慢加入到金屬鹽溶液中，至pH為10，得到金屬鹽溶液前驅(qū)體漿料；

(2)蒸汽熱反應(yīng)：在蒸汽熱反應(yīng)器中，開啟蒸汽閥門，控制反應(yīng)器內(nèi)壓力0.5MPa，溫度105℃；開啟攪拌電機(jī)和霧化電機(jī)，步驟1制備的前驅(qū)體漿料通過輸送泵泵入蒸汽熱反應(yīng)器內(nèi)的霧化盤，霧化成霧滴，完成蒸汽熱反應(yīng)。

(3)洗滌：對(duì)合成后的漿料通過陶瓷膜洗滌設(shè)備連續(xù)洗滌，直至溶液中的雜質(zhì)離子濃度＜300ppm。

(4)用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行干燥，控制進(jìn)料固含量20～30％，出口溫度120～150℃。

(5)檢驗(yàn)。

本實(shí)施例制備的納米錳鋅鐵氧體材料粒徑為20-30nm，純度可達(dá)99％。

圖2是本實(shí)施例制備的納米鐵氧體材料的掃描電鏡照片(SEM圖)，可見其粒徑分布均勻、顆粒團(tuán)聚少、結(jié)晶度高。

實(shí)施例3

一種納米錳鋅鐵氧體材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)配液：以氯化鐵、硫酸錳、氯化鋅為原料配制成金屬鹽溶液，所述金屬鹽溶液中鐵離子濃度為1mol/L，其中鐵、錳、鋅的摩爾比為1:0.3:0.4，以氫氧化鈉為沉淀劑；將沉淀劑溶液緩慢加入到金屬鹽溶液中，至pH為10，得到金屬鹽溶液前驅(qū)體漿料；

(2)蒸汽熱反應(yīng)。在蒸汽熱反應(yīng)器中，開啟蒸汽閥門，控制反應(yīng)器內(nèi)壓力1MPa，溫度150℃；開啟攪拌電機(jī)和霧化電機(jī)，步驟1制備的前驅(qū)體漿料通過輸送泵泵入蒸汽熱反應(yīng)器內(nèi)的霧化盤，霧化成霧滴，完成蒸汽熱反應(yīng)。

(3)洗滌。對(duì)合成后的漿料通過陶瓷膜洗滌設(shè)備連續(xù)洗滌，直至溶液中的雜質(zhì)離子濃度＜300ppm。

(4)用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行干燥，控制進(jìn)料固含量20～30％，出口溫度120～150℃。

(5)檢驗(yàn)。

本實(shí)施例制備的納米錳鋅鐵氧體材料粒徑為30-50nm，純度可達(dá)99％。

圖3是本實(shí)施例制備的納米鐵氧體材料的掃描電鏡照片(SEM圖)，可見其粒徑分布均勻、顆粒團(tuán)聚少、結(jié)晶度高。

實(shí)施例4

一種納米錳鋅鐵氧體材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)配液：以硫酸亞鐵、硫酸錳、氯化鋅為原料配制鐵離子濃度為1mol/L的金屬鹽溶液，其中鐵、錳、鋅的摩爾比為1:0.2:0.5，以氫氧化鈉為沉淀劑；將沉淀劑溶液緩慢加入到金屬鹽溶液中，至pH為10，得到金屬鹽溶液前驅(qū)體漿料；

(2)蒸汽熱反應(yīng)：在蒸汽熱反應(yīng)器中，開啟蒸汽閥門，控制反應(yīng)器內(nèi)壓力0.5MPa，溫度105℃；開啟攪拌電機(jī)和霧化電機(jī)，步驟1制備的前驅(qū)體漿料通過輸送泵泵入蒸汽熱反應(yīng)器內(nèi)的霧化盤，霧化成霧滴，完成蒸汽熱反應(yīng)。

(3)洗滌：對(duì)合成后的漿料通過陶瓷膜洗滌設(shè)備連續(xù)洗滌，直至溶液中的雜質(zhì)離子濃度＜300ppm。

(4)用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行干燥，控制進(jìn)料固含量20～30％，出口溫度120～150℃。

(5)檢驗(yàn)。

本實(shí)施例制備的納米錳鋅鐵氧體材料粒徑為20-30nm，純度可達(dá)99％。

實(shí)施例5

一種納米錳鋅鐵氧體材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)配液：以氯化鐵、硫酸錳、硫酸鋅為原料配制鐵離子濃度為1mol/L的金屬鹽溶液，其中鐵、錳、鋅的摩爾比為1:0.5:0.2，以氫氧化鈉為沉淀劑；將沉淀劑溶液緩慢加入到金屬鹽溶液中，至pH為10，得到金屬鹽溶液前驅(qū)體漿料；

(2)蒸汽熱反應(yīng)：在蒸汽熱反應(yīng)器中，開啟蒸汽閥門，控制反應(yīng)器內(nèi)壓力1.3MPa，溫度150℃；開啟攪拌電機(jī)和霧化電機(jī)，步驟1制備的前驅(qū)體漿料通過輸送泵泵入蒸汽熱反應(yīng)器內(nèi)的霧化盤，霧化成霧滴，完成蒸汽熱反應(yīng)。

(3)洗滌：對(duì)合成后的漿料通過陶瓷膜洗滌設(shè)備連續(xù)洗滌，直至溶液中的雜質(zhì)離子濃度＜300ppm。

(4)用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行干燥，控制進(jìn)料固含量20～30％，出口溫度120～150℃。

(5)檢驗(yàn)。

本實(shí)施例制備的納米錳鋅鐵氧體材料粒徑為20-30nm，純度可達(dá)99％。

實(shí)施例6

一種納米錳鋅鐵氧體材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)配液：以氯化鐵、硫酸錳、硫酸鋅為原料配制鐵離子濃度為0.8mol/L的鹽溶液，其中鐵、錳、鋅的摩爾比為1:0.5:0.2，以氫氧化鈉為沉淀劑；將沉淀劑溶液緩慢加入到金屬鹽溶液中，至pH為10，得到金屬鹽溶液前驅(qū)體漿料；

(2)蒸汽熱反應(yīng)：在蒸汽熱反應(yīng)器中，開啟蒸汽閥門，控制反應(yīng)器內(nèi)壓力1MPa，溫度130℃；開啟攪拌電機(jī)和霧化電機(jī)，步驟1制備的前驅(qū)體漿料通過輸送泵泵入蒸汽熱反應(yīng)器內(nèi)的霧化盤，霧化成霧滴，完成蒸汽熱反應(yīng)。

(3)洗滌：對(duì)合成后的漿料通過陶瓷膜洗滌設(shè)備連續(xù)洗滌，直至溶液中的雜質(zhì)離子濃度＜300ppm。

(4)用噴霧干燥機(jī)進(jìn)行干燥，控制進(jìn)料固含量20～30％，出口溫度120～150℃。

(5)檢驗(yàn)。

本實(shí)施例制備的納米錳鋅鐵氧體材料粒徑為50-80nm，純度可達(dá)99％。

對(duì)比例1

與實(shí)施例2相比，區(qū)別僅在于在配液過程中，加入沉淀劑氫氧化鈉后，調(diào)節(jié)pH＜9，蒸汽熱反應(yīng)溫度150℃，壓力0.5MPa，得到的鐵氧體組分偏析，顆粒粒徑不均勻。

對(duì)比例2

與實(shí)施例2相比，區(qū)別僅在于蒸汽熱反應(yīng)溫度180℃，壓力1.8MPa，得到的鐵氧體顆粒掛壁嚴(yán)重，造成流入陶瓷膜的漿料濃度增大10％，堵膜嚴(yán)重，洗滌以后的鐵氧體顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，結(jié)晶性差。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。