
软磁铁氧体用fe2o3对mnzn铁氧体电磁性能的影响及其进展.pdf
10页软磁铁氧体用F e 2 0 3 对M n Z n 铁氧体电磁性能的影响及其进展 陆明岳陈俊青 ( 浙江春晖复合材料有限公司,浙江上虞31 2 3 0 0 ) l 前言 近年来,世界软磁铁氧体取得了长足的发展一方面,铁氧体产量迅速增加,估计2 0 0 5 年世界软磁铁氧体产量将达到2 5 万吨【1 】尤其是,在最近的几年中产量增长速度明显加快, 这其中主要贡献来自于中国,因为由于软磁铁氧体价格一直呈现下降趋势,早期大量大生 产软磁铁氧体的工业化国家如西欧、日本、美国等国在本土生产的产量逐年减少,而不断 将工厂转移到亚洲如中国、印度、泰国等地,其中转移到中国的工厂最多另一方面,软 磁铁氧本的电磁性能,在停滞了一段时间( 1 9 9 8 ~2 0 0 2 年) 后,目前被令人难以置信的提 高到一个新的台阶,而这些电磁性能的获得,在几年前简直是可想象的应该说,这是世 界电子技术的高速发展,对软磁铁氧体提出了愈来愈苛刻的要求,从而催生了各种高性能 软磁铁氧体材料,作者在有关文献中曾作过详细介绍【2 J 这些材料被总体概括为以下几个方面:超低功耗功率铁氧体、宽温低功耗功率铁氧体、 高温高B 铁氧体、高频低功耗功率铁氧体、脉冲变压器用高磁导率铁氧体、抗电磁干扰用 铁氧体、低温高磁导率铁氧体、局域网络用宽温高直流迭加铁氧体、通讯用低谐波失真铁 氧体、高磁导率高B 。
铁氧体、吸波用铁氧体等 软磁铁氧体的发展离不开原材料的支持,尤其是制备高性能的软磁铁氧体需要高性能 的原材料 由于常在铁氧体中,F e 2 0 3 的重量百分比在配方中占据7 0 %3 年右,因此,本文主要介 绍近期F e 2 0 3 的发展情况及其对M n Z n 铁氧体电磁性能的影响 2 世界软磁铁氧体产量情况 M .J .R u t h n e r 先生在第九届国际铁氧体会议( I C F .9 ) 上,曾给出一个世界各国软磁铁 氧体产量及世界总产量统计与测利¨,由表中可以看出,其预测在今后的5 年中,铁氧体 发展速度要远高于前5 年的发展 由表1 可以看出,2 0 0 5 年中国生产的软磁铁氧体总量将占世界总量的6 4 %,而到2 0 1 0 年这个比例将上升到7 5 %R u t h n e r 先生认为,这个比例仅是指出中国生产的软磁铁氧体, 其中也包括外资企业在中国的生产量就目前而言,对于日本,如果加上其在海外软磁铁 氧体工厂的生产量,其软磁铁氧体生产总量仍排在世界第一但这种状况将很快被打破, 由于中国强有力的市场吸引力,中国国内企业软磁铁氧体的产量很快会超过日本但由于 中国企业普遍缺少对原材料的分析手段,因而其铁氧体产品质量会遇到不少问题。
1 5 9 表1世界各国软磁铁氧体产量统计及预测 年代 1 9 8 01 9 9 0 1 9 9 52 0 0 02 0 0 5 2 0 1 0 产量( 万吨) l O1 51 8 2 02 53 5 西欧( %) 1 5 1 5 不变 1 23 2 东欧( %) 1 0 下降 12 美国( %) 2 0 下降 22 中国( %) 5 增长 6 47 5 日本( %) 3 2 下降 54 韩国( %) 1 5 下降 64 印度( %) 2 增长 34 其他区域 l 增长 2 7 3 F e 2 0 3 制备工艺进展 早期制备软磁铁氧体的F e 2 0 3 ,主要是用来制作颜料,这种F e 2 0 3 通常是无机化工行 业通过硫酸盐法而大批量生产的到了6 0 年代后期,钢铁行业由于要回收废盐酸,于是 便产生了F e 2 0 3 这种副产品,经过多年的发展,这种R u t h n e r 法喷雾焙烧F e 2 0 3 逐步成为铁 氧体行业主要原材料,随着技术的进步,这种盐酸盐法F e 2 0 3 性能不断提高表2 是R u t h n e r 先生⋯给出的F e 2 0 3 发展历程表 表2F e 2 0 3 发展历程 年代( 年) 1 9 7 01 9 7 81 9 9 42 9 9 5 2 0 0 0 玻璃相( p p m ) 6 0 05 0 01 4 01 0 0 l O O C 1 ( p p m ) 1 5 0 0 1 0 0 1 0 0 07 5 0 5 0 0 S 0 3 ( p p m ) 7 0 02 5 0 02 0 03 0 0 5 .O 注:玻璃相仅指S i 0 2 ,K 2 0 ,N a :O 的总和 由表2 中可以看出,自2 0 0 0 年以后,盐酸盐法F e 2 0 3 主要技术指标已获得很大程度提 高。
通常F e 2 0 3 中含有很多微量金属离子( 我们统称之为杂质) ,T .M a e d a 认为这些杂质主 要来源于三个途径【3 】,重金属离子主要来源于酸洗钢板中:碱金属离子( 如N a ,K 等) 及 碱土金属离子( 如C a ,M g 等) 主要来源于工业用水中;S i 0 2 则主来源于前两个途径当 然,F e 2 0 3 中杂质还有可能来自于其它途径,例如,喷雾焙烧塔中不适当的耐火材料等 这些杂质中,S i 0 2 对铁氧体性能影响最大,而在废酸中这些S i 0 2 是呈纳米尺寸的胶体,很 难去除 国外先进F e 2 0 3 工厂开发了一些去除废酸中S i 0 2 杂质的纯化工艺例如:通过A I C l 3 及N H 4 0 H ,其原理是,废酸溶液的p H 值会随着废酸中溶解更多的铁皮或铁屑,而逐步升 高,此时溶液中呈胶体的S i 0 2 会吸附负电荷,而A 1 3 + 具有正电荷,并且随着p H 值上升, 其可溶性发生显著变化因此,如果将A 1 3 + 引入溶液中,同时通过加入碱( 如氨水) 提高 其p H 值,则A 1 3 + 会吸附S i 0 2 胶体,并以A I ( O H ) 3 的形式沉淀下来。
对于其他杂质离子, 如果随着p H 值上升,其能生成不溶于水的氢氧化物或氧化物,则可以用类似的方法去除 由于碱金属和碱土金属离子的可溶性,因而不能采用上述方法将其从废酸中去除,要 获得高纯F e 2 0 3 ,必须对喷雾焙烧F e 2 0 3 再通过去离子水漂洗的方法由于工业用水中S i 0 2 胶体会被F e 2 0 3 吸附,因此,用来漂洗的只能是去离子水当然,通过漂洗还可以减少F e 2 0 3 中的c 1 一含量 要获得更高纯度的F e 2 0 3 ,仅仅通过水洗是不够的,即使使用大量去离子水,但F e 2 0 3 中仍将存在一些碱金属和碱土金属离子,这是由于在喷雾焙烧过程中,这些金属离子已被 封闭在F e 2 0 3 晶粒内部因此,为了进一步纯化,必须用去离子水代替吸附塔中的工业用 水因为这些可溶性金属离子往往来源于工业用水中表3 是采用止述三种步骤而获得的 不同级别的F e 2 0 3 中杂质含量 其中,N o1 是经纯化,未经漂洗;N o 是经过纯化和漂洗;N 0 3 是在N 0 2 基础上经过更进 一步的纯化 表3不同级别F e 2 0 3 中杂质含量( w t %) 标号 S i 0 2 A lM nN iC rPC aN aC l №l 0 .0 5 50 .0 3 30 .1 9 80 .0 1 30 .0 2 80 .0 1 30 .0 1 60 .0 1 20 .1 8 5 №2 0 .0 0 80 .0 0 20 .2 0 40 .0 1 2 0 .0 0 l O .0 0 l 0 .0 0 70 .0 0 10 .0 8 8 №3 O .0 0 3O .O O lO .2 0 10 .0 0 8 O .o o I 0 .O O l 0 .0 0 2 O .0 0 l 0 .0 8 4 图1 新开发几种F e 2 0 3 T E M 照片( 放大1 5 0 0 0 倍) P o r t | o l ed t a m ●t .r ‘pm , 图2 根据图I T E M 照片确定粒度分布曲线 M .M i z u m a 开发了一种新的F e 2 0 3 [ 4 1 ,但仅仅介绍了这种新开发F e 2 0 3 的理化特性,而 没有披露其具体工艺。
这种新开发的F e 2 0 3 具有以下特性:能够获得任意颗粒大小;F e 2 0 3 具有较好地分散性,而不发生凝聚:较低的杂质量含量图1 和图2 分别是新开发的几种 F e 2 0 3 的T E M 照片及相应粒度分布图 1 6 l 由图1 可以看出,这种F e 2 0 3 外形呈规则球形,相互联结很少由于喷雾焙烧F e 2 0 3 的高度凝聚性,无法通过T E M 照片来测量其粒度分布因此,图2 中只有平均粒径分别 为0 .1um 和0 .4um 的F e 2 0 3 粒度分布曲线 表4 为新开发的几种F e 2 0 3 与喷雾焙烧高纯F e 2 0 3 的物理特性对比从表中可以看出, 新开发的F e 2 0 3 具有很高的松装密度和较高的压缩密度,这是由其颗粒外形及其较少的凝 .聚而决定的 表4新开发F e 2 0 3 与传统喷雾焙烧法F e 2 0 3 的松装密度与压缩密度 产品颗粒尺寸( um ) 松装密度( g /c m 3 )压缩密度( g /c m 3 ) 新开发 O .1 01 .0 02 .6 9 新开发 0 .2 5O .9 62 .6 0 新开发 0 .4 00 .9 42 .5 0 喷雾焙烧 0 .5 0O .7 02 .5 0 表5 为新开发F e 2 0 3 与喷雾焙烧高纯F e 2 0 3 杂质含量对比。
可以看出,新开发的F e 2 0 3 杂质含量只有0 .1 1 2 3 %,远远低于喷雾焙烧F e 2 0 3 中杂质总量( 0 .4 4 4 %) 表5 新开发F e 2 0 3 与喷雾焙烧高纯F e 2 0 3 杂质含量 S i 0 2 C a OM n OC l S 0 4杂质总量 ( p p m )( p p m )( w t %)( 州%) ( p p m )( Ⅲ%) 新开发 5 01 0O .0 50 .0 54 00 .1 1 2 3 ● 喷雾焙烧 6 05 0O .2 00 .1 72 0 00 .4 4 4 0 .N .H r i s h i 介绍了一种专门用于 迭层片式电感器用F e 2 0 3 的制备工 艺一这种新型F e 2 0 3 颗粒细而均匀, 非常适合于迭层片式电感器用低温 烧结N i C u Z n 铁氧体材料 其主要工艺是:首先在弱酸条 件下,通过氧化F e S 0 4 与N a O H 的 沉淀物,p H 值控制在5 “ - - 6 ,从而得 到细而均匀的F e 3 0 4 颗粒;下一步则 是将F e 3 0 4 在空气中加热到3 0 0 - ~ 5 0 0 ℃,而氧化成F e 3 0 4P 图3 ( a ) , ( b ) 分别为这种新型F e 2 0 3 与传统 F e 2 0 3 T E M 照片。
Y .O k a z a k i 则介绍了另一种制备 超细颗粒F e 2 0 3 的方法1 6 ] ,首先在水 溶液中通过F e C l 2 ,F e C l 3 与N a O H L a ) ’ ( b j 图3 ( a ) ,( b ) 分别是新型F e 2 0 3 与传统喷雾焙烧F e 2 0 3 T E M 照片 ( a ) ( b ) 图4 ( a ) ,( b ) 分别是新开发F e 2 0 3 与传统喷雾情况 F e 2 0 3 S E M 照片 1 6 2 反应合成F e 3 0 4 ,将沉淀物过滤,用去离子水漂洗,干燥,破碎后,然后再经氧化得到细 颗粒的F e 2 0 3 ,用这种湿化学方法制得的F e 2 0 3 有一种新的牌号“J C - F H 0 4 ”,其比表面积 ( S S A ) 要大予10 m 2 /g 表6 是这种新型F e 2 0 3 与传统喷雾焙烧法制得的F e 2 0 3 化学成份 及颗粒特性对比。












