自蔓延高温合成NICUZN铁氧体粉体的方法.pdf

自蔓延高温合成NiCuZn铁氧体粉体的方法，它涉及一种NiCuZn铁氧体的制备方法。它是这样实现的：a.称取NiO、ZnO、CuO、CuCO3、Fe和Fe2O3；b.将上述原料混合后湿法球磨；c.球磨后真空干燥；d.将烘干好的原料再经干法球磨，过筛得到混合料；e.将混合料放入石英容器中，接通钨丝线圈，关闭高压釜，通入氧气，通电点火点燃反应物，燃烧合成所得产物经研磨粉碎后，得到铁氧体粉料。本发明利用反应物内部的化学能来合成材料，反应物一经点燃即可自行维持反应，反应速度快，所以氧化物之间固溶铁氧体化程度高，由于燃烧过程中易于获得亚稳物相，使产物具有较高的活性。本发明具有工艺过程简单，生产周期短，能耗低，生产率高等优点。

1、  自蔓延高温合成NiCuZn铁氧体粉体的方法，其特征在于它包括下述步骤：a、将原料按摩尔比为Ni∶Cu∶Zn∶Fe∶O＝(0.5-x)∶x∶0.5∶1.96∶3.94称取NiO、ZnO、CuO、碱式碳酸铜CuCO₃、Fe和Fe₂O₃，其中0＜x＜0.5；b、将上述原料混合后加入去离子水，以球磨机湿法球磨30～60min，其中去离子水、原料和磨球质量比为1∶2∶3；c、球磨后在100℃的条件下真空干燥20～30h；d、将烘干好的原料再经干法球磨5～10min，过筛得到混合料；e、将混合料放入带有水冷系统高压釜中，接通钨丝线圈，关闭高压釜，通入0.1～0.4MPa氧气，通电点火点燃反应物，燃烧合成所得产物经研磨粉碎后，得到NiCuZn铁氧体粉料。

2、  根据权利要求1所述的自蔓延高温合成NiCuZn铁氧体粉体的方法，其特征在于它还包括f步骤，f步骤为上述产物经700～900℃热处理后得到单一NiCuZn铁氧体粉料。

3、  根据权利要求1所述的自蔓延高温合成NiCuZn铁氧体粉体的方法，其特征在于所述原料中碱式碳酸铜CuCO₃的摩尔含量为CuO的10～20％。

自蔓延高温合成NiCuZn铁氧体粉体的方法
技术领域：
本发明涉及一种NiCuZn铁氧体粉体的制备方法。
背景技术：
NiCuZn铁氧体广泛应用于制备多层片式电感器，目前，新一代高性能片式电感器迫切需要在无助烧剂条件下即可低温烧结高性能NiCuZn铁氧体，而实现铁氧体的低温烧结和高性能化的关键是制备高活性NiCuZn粉料。NiCuZn粉料的制备除了用传统的固相反应法进行大规模生产外，也可用湿化学方法，如溶胶-凝胶法等方法来合成，但上述方法均有各自的局限性。如传统的固相反应法生产周期长、能耗大、煅烧温度高、粉体活性差；溶胶-凝胶法制粉一般存在成本高，难于大规模工业生产等缺点。因此，需要研究一种能够兼顾低成本和大批量生产的方法来制备NiCuZn铁氧体粉料。
发明内容：
本发明为了降低煅烧温度、提高材料的烧结活性，提供一种自蔓延高温合成NiCuZn铁氧体粉体的方法。本发明包括下述步骤：a、将原料按摩尔比为Ni∶Cu∶Zn∶Fe∶O＝(0.5-x)∶x∶0.5∶1.96∶3.94称取NiO、ZnO、CuO、碱式碳酸铜CuCO₃、Fe和Fe₂O₃(原料特性见表1)，其中0＜x＜0.5；b、将上述原料混合后加入去离子水，以球磨机湿法球磨30～60min，其中去离子水、原料和磨球质量比为1∶2∶3；c、球磨后在100℃的条件下真空干燥20～30h；d、将烘干好的原料再经干法球磨5～10min，过筛得到混合料；e、将混合料放入带有水冷系统高压釜中，接通钨丝线圈，关闭高压釜，通入0.1～0.4MPa氧气，通电点火点燃反应物，燃烧合成所得产物经研磨粉碎后，得到NiCuZn铁氧体粉料。本发明的自蔓延高温合成NiCuZn铁氧体是利用反应物内部的化学能来合成材料，反应物一经点燃即可自行维持反应，反应速度快，所以氧化物之间固溶铁氧体化程度高。同时，由于燃烧过程中易于获得亚稳物相，使产物具有较高的活性。该发明对于获得高活性的NiCuZn粉料、简化制备工艺、节约能耗、降低成本具有重要意义。表2列出传统固相反应与SHS工艺生产铁氧体的比较，从表中可知，SHS具有工艺过程简单，生产周期短，能耗低，生产率高等优点。
表1
原料       质量分数/％       平均粒径/μm
Fe         ≥98.0            ≤45
Fe₂O₃    ≥98.5            ≤5
ZnO        ≥99.5            ≤1
NiO        ≥99.0            ≤1
CuO        ≥99.0            ≤1
碱式CuCO₃ ≥99.0            ≤1
表2
参数                 SHS 工艺         传统工艺
合成温度/(℃)        1000～1500       100～1400
能耗/(kw·kg^-1)     0.1              20～50
生产周期/(h)         0.05～1          6～20
产量/(相对量)        20～800          1
原料成本/(相对度)    1～1.2           1
占地面积/(相对值)    1                10～30
生产成本/(相对值)    1                1.5～3
附图说明：
图1为自蔓延高温合成反应装置示意图，图2为自蔓延高温合成NiCuZn铁氧体地XRD分析结果图，图3为图2产物再经900℃热处理2h后的XRD分析图，图4为制备的NiCuZn铁氧体粉体的晶粒尺寸分布图。
具体实施方式：
具体实施方式一：本实施方式是这样实现的：a、将原料按摩尔比为Ni∶Cu∶Zn∶Fe∶O＝(0.5-x)∶x∶0.5∶1.96∶3.94称取NiO、ZnO、CuO、碱式碳酸铜CuCO₃、Fe和Fe₂O₃，其中0＜x＜0.5；b、将上述原料混合后加入去离子水，以球磨机湿法球磨30～60min，其中去离子水、原料和磨球质量比为1∶2∶3；c、球磨后在100℃的条件下真空干燥20～30h，以避免Fe粉的氧化，并提高去离子水的挥发速度，从而使浆料快速凝固阻止Fe粉沉降；d、将烘干好的原料再经干法球磨5～10min，过筛得到粒径均匀、分散度好的混合料；e、自蔓延高温合成在有水冷系统的高压釜中进行(反应装置见图1)，将混合料放入石英容器中接通钨丝线圈，关闭高压釜，通入0.1～0.4MPa氧气，通电点火点燃反应物，燃烧合成所得产物经研磨粉碎后，得到铁氧体粉料。所述原料中碱式碳酸铜CuCO₃的摩尔含量为CuO的10～20％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，它还包括f步骤，f步骤为上述产物经700～900℃热处理后得到单一NiCuZn铁氧体粉料。其他工艺参数与步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式以制备Ni_0.25Cu_0.25Zn_0.5Fe_1.96O_3.94为例，它是这样实现的：a、将原料按化学计量比(摩尔比)为Ni∶Cu∶Zn∶Fe∶O＝0.25∶0.25∶0.5∶1.96∶3.94称取NiO、ZnO、CuO、碱式碳酸铜CuCO₃、Fe和Fe₂O₃，其中碱式碳酸铜CuCO₃的摩尔含量为CuO的10％；b、将上述原料混合后加入去离子水，以球磨机湿法球磨30～60min，其中去离子水、原料和磨球质量比为1∶2∶3，所用钢球直径为6mm；c、球磨后在100℃的条件下真空干燥24h，以避免Fe粉的氧化，并提高去离子水的挥发速度，从而使浆料快速凝固阻止Fe粉沉降；d、将烘干好的原料再经干法球磨5min，过60目筛，得到粒径均匀、分散度好的混合料；e、自蔓延高温合成在有水冷系统的高压釜中进行(反应装置见图1)，将混合料放入石英容器中接通钨丝线圈，关闭高压釜，然后用氧气冲洗高压釜2～3次，以提高高压釜中氧气的质量分数，最后通入0.4MPa氧气，通电点火点燃反应物，燃烧合成所得产物经研磨粉碎后，得到铁氧体粉料；f、上述产物经900℃热处理后得到单一Ni_0.25Cu_0.25Zn_0.5Fe_1.96O_3.94粉料。从图2中NiCuZn铁氧体的XRD分析结果可见：在0.4MPa氧压力下燃烧合成所得到的产物基本为单一的NiCuZn尖晶石相，此外还含有少量的Fe₂O₃，该Fe₂O₃相可以通过后续的热处理工艺除去。上述产物再经900℃热处理后的XRD分析(图3)可见：样品中的Fe₂O₃已完全消失，为单一的NiCuZn尖晶石相。从图4中NiCuZn铁氧体粉体的晶粒尺寸分布可以看出：粉体的平均粒径主要分布在1μm左右，而且粉体比较均匀，所得粉体的磁性能测试结果表明样品的矫顽力H_c＝5753.42A/m，饱和磁化强度M_s＝68.34emu/g。