一種軟磁磁致伸縮鐵氧體材料及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高飽和磁化強(qiáng)度Ms、負(fù)磁致伸縮系數(shù)λs的軟磁磁致伸縮鐵氧體材料及其制造方法。該軟磁磁致伸縮鐵氧體材料由主成分和添加物組成，所述主成分及其含量為Fe2O3：50-58mol％，NiO：36-42mol，ZnO：0.1-4.5mol％，CuO：1-8mol％，Co2O3：0.2-8mol％；所述添加物為Mn3O4，SiO2，Bi2O3，TiO2，CaCO3中的兩種以上。本發(fā)明的有益效果是：能在40KH～43KHz的頻率范圍內(nèi)使用，具有高飽和磁化強(qiáng)度Ms、負(fù)磁致伸縮系數(shù)λs的優(yōu)點(diǎn)；還具有以下特點(diǎn)(1)變形量及產(chǎn)生的應(yīng)力大；(2)響應(yīng)速度快；(3)軟磁性；(4)可在低磁場(chǎng)下驅(qū)動(dòng)；(5)居里溫度高；(6)在使用氣氛中磁致伸縮特性對(duì)溫度的變化不敏感；(7)高可靠性；(8)環(huán)保性優(yōu)良，兼?zhèn)涫袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種軟磁磁致伸縮鐵氧體材料及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磁性材料相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種軟磁磁致伸縮鐵氧體材料及其 制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于磁致伸縮材料的長(zhǎng)度可隨外磁場(chǎng)的交變反復(fù)伸長(zhǎng)和縮短，能產(chǎn)生機(jī)械波，因 而能夠?qū)崿F(xiàn)電能（或電磁信息）與機(jī)械能、聲能（或機(jī)械位移信息、聲信息）之間的轉(zhuǎn)換， 所以被廣泛應(yīng)用于功率電聲換能器，電-機(jī)換能器，傳感器和電子器件等。
[0003] 就應(yīng)用而言，目前在市場(chǎng)上構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)的是具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的壓電陶瓷類(lèi)設(shè)備，但與 傳統(tǒng)的壓電陶瓷（PZT)的性能相比，磁致伸縮材料具有明顯的優(yōu)勢(shì)：磁致伸縮材料可以在 低壓下使用，而壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電壓高達(dá)幾千到幾萬(wàn)伏高壓；磁致伸縮材料能夠產(chǎn)生5-10 倍于壓電陶瓷的應(yīng)變；磁致伸縮材料居里溫度高適用于高溫環(huán)境，而壓電陶瓷在工作溫度 以上就會(huì)極化而永久失效；磁致伸縮材料可以承受高達(dá)200MPa的壓力，能適用于高壓力的 執(zhí)行器，大功率的聲學(xué)換能器，而壓電陶瓷無(wú)法承受高壓力。
[0004] 可見(jiàn)磁致伸縮材料已漸漸形成了替代壓電陶瓷的趨勢(shì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要解決一種軟磁鐵氧體磁棒在特定輸出頻率（40-43)KHz下的能量傳遞 問(wèn)題，同時(shí)解決該鐵氧體磁棒的飽和磁化強(qiáng)度Ms和負(fù)的磁致伸縮系數(shù)λ8問(wèn)題，提供了一 種高飽和磁化強(qiáng)度Ms、負(fù)磁致伸縮系數(shù)As的軟磁磁致伸縮鐵氧體材料及其制造方法。 [0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 ：
[0007] -種軟磁磁致伸縮鐵氧體材料，其特征是，由主成分和添加物組成，所述主成分 及其含量為 Fe2O3 :50-58mol%，NiO :36-42mol，ZnO :0· 1-4. 5mol%，CuO :l-8mol%，Co2O3 : 0· 2-8mol% ;所述添加物為 Mn3O4, SiO2, Bi2O3, TiO2, CaCO3 中的兩種以上。
[0008] 發(fā)明人通過(guò)大量的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)合理控制主成份的配比，并配以適當(dāng)?shù)奶?加物，同時(shí)通過(guò)附0、2110、(：110、(：〇 203的一種或幾種分二次添加，就可以獲得一種在401(取? 43KHz頻率范圍內(nèi)使用，具有特定的高飽和磁化強(qiáng)度Ms、負(fù)磁致伸縮系數(shù)λ s的鐵氧體材 料。在上述主成份范圍中，當(dāng)Fe2O3含量小于50mol %，則得不到所希望的高飽和磁化強(qiáng)度 Ms，若含量大于58mol %，則磁致伸縮系數(shù)λ s過(guò)大；當(dāng)NiO、ZnO、CuO、Co2O3的含量大于設(shè) 定上限時(shí)，容易出現(xiàn)非磁性的雜相，從而降低磁性能；而含量小于下限時(shí)，難以起到離子代 換的作用。
[0009] 作為優(yōu)選，按主成份總重量計(jì)的添加物含量為Mn3O4 :0. 05-1. 2wt %，SiO2 : 0· 08-4. 9wt%，Bi203 :0· 01-0. 5wt%，Ti02 :0· 01-0. 8wt%，CaC03 :0· 01-5. 6wt%。上述添加 物主要是通過(guò)固相反應(yīng)與鐵氧體作用改變鐵氧體晶粒的生長(zhǎng)行為來(lái)控制晶粒的大小、形狀 及分布，從而改善軟磁鐵氧體的磁性能。當(dāng)它們的含量低于下限值時(shí)，起不到控制晶粒生長(zhǎng) 和致密化的作用，飽和磁化強(qiáng)度Ms在40KHz?43KHz頻率范圍內(nèi)的波動(dòng)比較大；當(dāng)它們的 含量高于上限值時(shí)，則容易引起晶粒的異常生長(zhǎng)，使磁性能惡化，無(wú)法穩(wěn)定飽和磁化強(qiáng)度Ms 在40KHz?43KHz頻率范圍內(nèi)的波動(dòng)。
[0010] 此外，本發(fā)明還提供了上述軟磁磁致伸縮鐵氧體材料的制造方法，具體操作步驟 如下：
[0011] (1) 一次球磨：將主成分各組分按配比進(jìn)行混合，將所得的混合物通過(guò)濕法一次 球磨，一次球磨后的顆粒料的平均粒度在0. 8-1. 5 μ m ;
[0012] ⑵預(yù)燒：將一次球磨后的顆粒料在空氣中進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度控制在 900°C -1250°C，保溫 0· 5-4 小時(shí)；
[0013] (3)二次球磨：將預(yù)燒后的顆粒料與添加物一起進(jìn)行濕法二次球磨，二次球磨后 的顆粒料的平均粒度在〇. 8-1. 2 μ m ;
[0014] (4)成型及燒結(jié)：將二次球磨后的顆粒料烘干，加入預(yù)燒料重量10-13wt%的聚乙 烯醇溶液，混合均勻后造粒，壓制成型，在空氣中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1100-130(TC， 保溫2-6小時(shí)，得到軟磁磁致伸縮鐵氧體材料。
[0015] 作為優(yōu)選，所述主成分中Ni0、Zn0、Cu0、Co203中的一種或幾種組分分兩次添加，分 別在步驟（1)的一次球磨工藝中和步驟（3)的二次球磨工藝中添加。Ni0、Zn0、Cu0、Co 2O3 中的一種或幾種組分分兩次添加，一部分可以繼續(xù)起到離子代換的作用，另一部分停留在 晶界表面，構(gòu)成晶界成分，起到助熔劑的作用，防止晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，可以穩(wěn)定飽和磁化強(qiáng) 度Ms在特定頻率范圍內(nèi)的波動(dòng)，穩(wěn)定共振頻率。
[0016] 作為優(yōu)選，所述主成分中Ni0、Zn0、CuCKCo2O3中的一種或幾種組分，第一次在步驟 (1)的一次球磨工藝時(shí)添加的比例>80%，第二次在步驟（3)的二次球磨工藝時(shí)剩余部分 與添加物一起添加。
[0017] 作為優(yōu)選，所述聚乙烯醇溶液的濃度為10-15wt%。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是：能在40KH?43KHz的頻率范圍內(nèi)使用，具有高飽和磁化強(qiáng) 度Ms、負(fù)磁致伸縮系數(shù)λ s的優(yōu)點(diǎn)；還具有以下特點(diǎn)（1)變形量及產(chǎn)生的應(yīng)力大；（2)響應(yīng) 速度快；（3)軟磁性；(4)可在低磁場(chǎng)下驅(qū)動(dòng)；（5)居里溫度高；(6)在使用氣氛中磁致伸縮 特性對(duì)溫度的變化不敏感；(7)高可靠性；(8)環(huán)保性優(yōu)良，兼?zhèn)涫袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 本發(fā)明中，若非特指，所采用的原料和設(shè)備等均可從市場(chǎng)購(gòu)得或是本領(lǐng)域常用的。 下述實(shí)施例中的方法，如無(wú)特別說(shuō)明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0021] 實(shí)施例1 :
[0022] 將主成分和添加物按照表1所示以規(guī)定量配比。
[0023] 制備方法為：
[0024] (1) 一次球磨：將主成分各組分按配比進(jìn)行混合，將所得的混合物通過(guò)濕法一次 球磨，一次球磨后的顆粒料的平均粒度在〇. 8-1. 5 μ m。
[0025] (2)預(yù)燒：將一次球磨后的顆粒料在空氣中進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度控制在1050°C，保 溫4小時(shí)。
[0026] (3)二次球磨：將預(yù)燒后的顆粒料與添加物一起進(jìn)行濕法二次球磨，二次球磨后 的顆粒料的平均粒度在0. 8-1. 2 μ m。
[0027] (4)成型及燒結(jié)：將二次球磨后的顆粒料烘干，加入預(yù)燒料重量I Iwt %的濃度為 12%的聚乙烯醇溶液，混合均勻后噴霧造粒，于7MPa的壓力下壓制成型，成型尺寸為外徑 25mm、內(nèi)徑15mm、高度為7mm的環(huán)形體。在空氣中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1250°C，保溫 6小時(shí)，得到環(huán)形磁芯。
[0028] 其中，NiO分兩次添加，第一次在一次球磨時(shí)添加，添加的比例為80%，剩余部分 第二次在二次球磨時(shí)與添加物一起添加。
[0029] 對(duì)環(huán)形磁芯，測(cè)量飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bs)、磁致伸縮系數(shù)（As)。其中：飽和磁感應(yīng) 強(qiáng)度（Bs)、磁致伸縮系數(shù)（λ 8)的測(cè)量按照以下要領(lǐng)進(jìn)行：
[0030] 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bs)是在環(huán)形磁芯上內(nèi)、外兩層各纏繞55圈和10圈；
[0031] 磁致伸縮系數(shù)（λ s)是表示磁致伸縮的長(zhǎng)度改變，而且改變的數(shù)值隨磁場(chǎng)的增加 而增加，最后達(dá)到飽和。用邁克耳孫干涉儀測(cè)量磁致伸縮。棒形的樣品置于磁化線圈內(nèi)，樣 品兩端通過(guò)黃銅做的伸長(zhǎng)件夾緊，邁克耳孫干涉儀的反射鏡裝在末端。當(dāng)磁棒被磁化或縮 短時(shí)，干涉條紋便在視場(chǎng)中移動(dòng)，從移動(dòng)通過(guò)去的條紋數(shù)目便可以計(jì)算出磁致伸縮。磁致伸 縮效應(yīng)可用磁致伸縮系數(shù)λ s (或應(yīng)變）來(lái)描述，
[0032] λ s = (Lh-L0) /L0
[0033] L。為原來(lái)的長(zhǎng)度，Lh為物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下伸長(zhǎng)（或縮短）后的長(zhǎng)度。
[0034] 其結(jié)果示于下述表1。
[0035] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種軟磁磁致伸縮鐵氧體材料，其特征是，由主成分和添加物組成，所述主成分及 其含量為 Fe203 :50-58mol %，NiO :36-42mol，ZnO :0? 1-4. 5mol %，CuO :l-8mol %，C〇203 : 0? 2-8mol% ;所述添加物為 Mn304, Si02, Bi203, Ti02, CaC03 中的兩種以上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟磁磁致伸縮鐵氧體材料，其特征是，按主成份總重量 計(jì)的添加物含量為 Mn304 :0? 05-1. 2wt%，Si02 :0? 08-4. 9wt%，Bi203 :0? 01-0. 5wt%，Ti02 : 0? 01-0. 8wt%，CaC03 :0? 01-5. 6wt%。
3. -種如權(quán)利要求1或2所述軟磁磁致伸縮鐵氧體材料的制造方法，其特征是，具體操 作步驟如下： (1) 一次球磨：將主成分各組分按配比進(jìn)行混合，將所得的混合物通過(guò)濕法一次球磨， 一次球磨后的顆粒料的平均粒度在〇. 8-1. 5 y m ; (2) 預(yù)燒：將一次球磨后的顆粒料在空氣中進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度控制在900°C -1250°C， 保溫0. 5-4小時(shí)； (3) 二次球磨：將預(yù)燒后的顆粒料與添加物一起進(jìn)行濕法二次球磨，二次球磨后的顆 粒料的平均粒度在〇. 8-1. 2 ii m ; (4) 成型及燒結(jié)：將二次球磨后的顆粒料烘干，加入預(yù)燒料重量10_13wt%的聚乙烯醇 溶液，混合均勻后造粒，壓制成型，在空氣中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1100-130(TC，保溫 2-6小時(shí)，得到軟磁磁致伸縮鐵氧體材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的軟磁磁致伸縮鐵氧體材料的制造方法，其特征是，所述主成 分中NiO、ZnO、CuO、C〇203中的一種或幾種組分分兩次添加，分別在步驟（1)的一次球磨工 藝中和步驟（3)的二次球磨工藝中添加。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的軟磁磁致伸縮鐵氧體材料的制造方法，其特征是，所述主成 分中NiO、ZnO、CuO、C〇203中的一種或幾種組分，第一次在步驟（1)的一次球磨工藝時(shí)添加 的比例>80%，第二次在步驟（3)的二次球磨工藝時(shí)剩余部分與添加物一起添加。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的軟磁磁致伸縮鐵氧體材料的制造方法，其特征是，在步驟（4) 的成型及燒結(jié)工藝中，所述聚乙烯醇溶液的濃度為l〇_15wt%。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK104496445SQ201410522383
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】陳軍林, 陳新彬 申請(qǐng)人:橫店集團(tuán)東磁股份有限公司