專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低溫?zé)Y(jié)高磁導(dǎo)率NiCuZn鐵氧體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及一種低溫?zé)Y(jié)高磁導(dǎo)率NiCuZn鐵氧體材料制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，要求電子設(shè)備不斷向小型化、輕量化、薄型化方向發(fā)展，另外為適應(yīng)現(xiàn)代通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)、視聽(tīng)設(shè)備、電子辦公設(shè)備、汽車(chē)電子系統(tǒng)、軍用及航空航天電子以及電磁兼容(EMC)的需要，作為三大無(wú)源器件之一的片式電感器也獲得了較大的發(fā)展。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，片式電感器有兩種，一是疊層片式電感器，另一種是繞線式片式電感器。這兩種片式電感器各有其突出的優(yōu)點(diǎn)疊層片式電感器尺寸可以做得更小，但由于結(jié)構(gòu)的原因，電感量不能做得很大，而且允許通過(guò)的額定直流電流有限；繞線式片式電感器則可以將電感做得較大，而且允許通過(guò)的額定直流電流可以較大，但尺寸做得更小有困難。因此，這兩種片式電感器在不同的場(chǎng)合有不同的應(yīng)用，兩者相互補(bǔ)充，缺一不可。傳統(tǒng)的高磁導(dǎo)率NiZn鐵氧體，由于燒結(jié)溫度高，且燒結(jié)密度難以提高，因此，產(chǎn)品強(qiáng)度也較差，難以用到繞線式片式電感器應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)在NiZn鐵氧體材料中引入適量的Cu取代部分Ni而形成的NiCuZn鐵氧體材料，不僅可以顯著改善材料的燒結(jié)特性，而且在一定的范圍內(nèi)還對(duì)材料的磁導(dǎo)率、體密度及強(qiáng)度都有一定的調(diào)整和改善作用。國(guó)外最早開(kāi)發(fā)了利用氧化物法制備用于繞線式片式電感器的NiCuZn鐵氧體材料。早期用于繞線式片式電感器的NiCuZn鐵氧體材料，盡管與傳統(tǒng)NiZn材料相比，燒結(jié)溫度已降低到1150°C左右，但在高頻及機(jī)械強(qiáng)度方面仍然不能滿足新型繞線式片式電感器進(jìn)一步向小型化方向的發(fā)展需求。為此，必須在配方及燒結(jié)工藝上作進(jìn)一步改進(jìn)。為了降低燒結(jié)溫度，改善材料的性能，目前主要采取的措施主要有以下幾類(lèi)1、采取或發(fā)明新的制備方法取代原有的氧化物法。例如共沉淀法、溶膠凝膠法、溶膠_凝膠自蔓延燃燒法、水熱法和自蔓延法等。雖然這些方法都各自有其特點(diǎn)，也在一定程度上克服了氧化物法的一些缺陷，但制造成本過(guò)高，另外工藝控制及穩(wěn)定性方面與氧化物法相比，還是存在著許多的不足，技術(shù)也不夠成熟，對(duì)環(huán)境還有一定程度的污染。2、添加助熔劑。在以往的制造方法或發(fā)明中，通常添加Bi203、V2O5, MoO3> In2O3以及其他有關(guān)氧化物的組合作為助熔劑，雖然對(duì)于降低燒結(jié)溫度有一定的效果，但隨著助熔劑的添加，材料的損耗增大，使得產(chǎn)品的性能下降；另外，由于這些氧化物的價(jià)格很高，大大增加了生產(chǎn)成本；因此，必須尋找更為合適的微量添加元素。3、調(diào)整工藝，細(xì)化粉料。將粉料的平均粒度減小到亞微米或納米級(jí)別，增加了顆粒的比表面積，提高了粉料的活性，但是單純的減小粒度，將對(duì)設(shè)備提出更高的要求，不利于成本的下降，而且單純通過(guò)調(diào)整工藝減小粒度也有一定的限度，不能夠無(wú)限的減小粒度，當(dāng)粒度下降到一定程度后，容易重新團(tuán)聚。 因此，最好的辦法還是采用氧化物法，通過(guò)優(yōu)化材料配方，選擇更為合適的微量元素并確定其最佳加入量，通過(guò)大量 工藝實(shí)驗(yàn)確定最佳燒結(jié)工藝參數(shù)，從而獲得具有較高磁導(dǎo)率的低溫?zé)Y(jié)NiCuZn鐵氧體材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低溫?zé)Y(jié)高磁導(dǎo)率MCuZn鐵氧體材料制備方法。本發(fā)明提供的一種NiCuZn鐵氧體材料，其特征是該材料包括主成分以及輔助成分，主成分以氧化物含量計(jì)算為=Fe2O3為40. 5 49. 6mol% ；ZnO為30 47mol% ；CuO為 5 20mol% ；余為NiO ；所述輔助成分包括NaC03、B203、Ta2O5，相對(duì)所述主成分總量，輔助成分的含量分別是NaCO3 0. 08 0. 65wt%,B203 0. 03 0. 55wt%,Ta2O5 0. 05 0. 45wt%0本發(fā)明制備的NiCuZn鐵氧體材料，其特征是可以在900°C以下燒結(jié)而成，獲得的材料在25°C下的起始磁導(dǎo)率高達(dá)2850，在IOOkHz和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于5. 5 X 10_6，在500kHz和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于25. 6X 10_6。本發(fā)明所采用的有關(guān)輔助成分如NaC03、B203、Ta2O5等，價(jià)格較為低廉，這可以大大降低生產(chǎn)成本。低溫?zé)Y(jié)高磁導(dǎo)率NiCuZn鐵氧體材料制備方法的步驟為(1)原材料混合并預(yù)燒取40. 5 49. 6mol %的Fe2O3^ 30 47mol %的ZnO, 5 20mol %的CuO，余為NiO作為原材料，混合并研磨至1. 0-5. Oym,烘干后進(jìn)行預(yù)燒；(2)對(duì)預(yù)燒料進(jìn)行輔助成分的添加采用NaC03、B203、Ta2O5作為添加劑，其中=NaCO30. 08 0. 65wt%,B203 0. 03 0. 55wt%, Ta2O5 0. 05 0. 45wt% ；(3)砂磨或球磨將鐵氧體預(yù)燒料及上述微量元素放入砂磨或球磨機(jī)進(jìn)行研磨， 使預(yù)燒料的平均粒度小于1. 0 μ m ；(4)干燥造粒并成型將料漿進(jìn)行噴霧干燥造粒，并將鐵氧體粉粒料壓制成鐵氧體毛坯；(5)燒結(jié)將鐵氧體毛坯放入爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為860 900°C，燒結(jié)時(shí)間為 10-20小時(shí)，保溫2 4小時(shí)。具體的原材料混合和預(yù)燒工藝原材料先進(jìn)行一次砂磨并噴霧干燥造粒，將稱(chēng)量好的原材料放入砂磨機(jī)中，并在事前加入等重量的去離子水，砂磨0.5小時(shí)左右；在原材料料漿中加入約10% PVA溶液(濃度為10%左右)，進(jìn)行一次噴霧干燥造粒。然后，將一次噴霧干燥造粒粉料通過(guò)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為700 750°C。二次砂磨及噴霧干燥造粒工藝將鐵氧體預(yù)燒料及上述輔助成分放入砂磨機(jī)中，并在事先加入等重量的去離子水，砂磨1 2小時(shí)，使預(yù)燒料的平均粒度小于1. 0 μ m ；在鐵氧體料漿中加入約10% PVA溶液(濃度為10%左右)，進(jìn)行二次噴霧干燥造粒。成型與燒結(jié)工藝將鐵氧體毛坯放入爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為860 900°C，燒結(jié)時(shí)間尤其為10_20小時(shí)，保溫2 4小時(shí)。本發(fā)明的有益效果是利用本發(fā)明制備的MCuZn鐵氧體材料晶粒尺寸均勻，晶界清楚，晶粒完整，高頻特性?xún)?yōu)良；密度及機(jī)械強(qiáng)度較高，適宜用于繞線式片式電感器的制造。 本發(fā)明使用CuO替代了部分NiO，同時(shí)添加一些微量元素，例如NaC03、B2O3> Ta2O5，使燒結(jié)溫度大幅度降低，本發(fā)明制備的NiCuZn鐵氧體材料可以在900°C以下燒結(jié)而成，從而大大改善材料的高頻電磁性能，又提高材料的燒結(jié)密度，大大提高材料的機(jī)械強(qiáng)度，滿足繞線式片式電感器的制造工藝要求，獲得的材料在25°C下的起始磁導(dǎo)率高達(dá)2800，在IOOkHz和 0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于5. 5 X 10_6，在500kHz和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于25. 6X 10_6。本發(fā)明所采用的有關(guān)輔助成分如NaC03、B203、Ta2O5等，價(jià)格較為低廉，這可以大大降低生產(chǎn)成本，同時(shí)由于鐵氧體可以在更低的溫度下燒結(jié)，因而可以大大節(jié)省能源。
具體實(shí)施例方式以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。 本發(fā)明提供了一種低溫?zé)Y(jié)高磁導(dǎo)率NiCuZn鐵氧體材料及其制備方法。通過(guò)優(yōu)化材料配方，選擇合適的輔助成分，并確定其最佳加入量，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)確定了最佳燒結(jié)工藝參數(shù)，使預(yù)燒溫度低于750°C，燒結(jié)溫度低于900°C，大大改善材料的高頻電磁性能，提高了材料的燒結(jié)密度，并提高了材料的機(jī)械強(qiáng)度，滿足了繞線式片式電感器的制造工藝要求， 另一方面又節(jié)省能源，大大降低了生產(chǎn)制造成本。材料的初始磁導(dǎo)率高達(dá)2850，在IOOkHz 和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于5. 5 X 10_6，在500kHz和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于25.6 X 10_6。制造低溫?zé)Y(jié)高磁導(dǎo)率Ni CuZn鐵氧體材料，所選擇的原材料采用工業(yè)純的 Fe203、Zn0、Ni0和CuO。按照配方稱(chēng)取各種原材料進(jìn)行濕磨，混磨設(shè)備選用砂磨機(jī)。在濕磨過(guò)程中，加入等質(zhì)量的去離子水，砂磨0. 5小時(shí)左右，使得原材料充分混合均勻。預(yù)燒時(shí)的溫度范圍為700 750°C，由于主配方為富Cu配方，CuO能夠與Fe203在 700°C附近形成CuFe204，使得尖品石鐵氧體能夠在很低的溫度形成，這對(duì)于促進(jìn)后續(xù)的燒結(jié)反應(yīng)是非常有利的，并能夠有效的降低燒結(jié)溫度。本發(fā)明采用了非常有效的微量元素添加組合，采用NaC03、B2O3聯(lián)合添加作為助熔齊U，能夠有效的降低燒結(jié)溫度，使得燒結(jié)溫度降低到900°c以下，并促進(jìn)鐵氧體晶粒有效生長(zhǎng)，使鐵氧體材料的初始磁導(dǎo)率高達(dá)2950。但由于NaCO3和B2O3對(duì)促進(jìn)鐵氧體液相燒結(jié)的顯著作用，很容易促使鐵氧體晶粒異常生長(zhǎng)，因此，當(dāng)單獨(dú)添加NaCO3和B2O3時(shí)，鐵氧體材料的高頻性能較差，在500kHz和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)大于250X 10_6。為了獲得優(yōu)良的高頻性能，有必要引入某些氧化物，來(lái)控制晶粒的異常生長(zhǎng)。本發(fā)明通過(guò)大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Ta2O5能夠有效控制鐵氧體晶粒的異常生長(zhǎng)，這是由于Ta2O5具有很高的熔點(diǎn)，同時(shí)Ta原子半徑較大，很難進(jìn)入鐵氧體晶粒內(nèi)部，從而能夠有效阻止因NaCO3 和B2O3的加入所引起的鐵氧體晶粒的異常生長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)輔助成分NaC03、B2O3以及Ta2O5的加入量的組合試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)輔助成分的加入量分別是=NaCO3 0. 08 0. 65wt%, B2O3 0. 03 0. 55wt%, Ta2O5 0. 05 0. 45wt%時(shí)，能夠獲得優(yōu)良的電磁性能。材料可以在900°C以下燒結(jié)，獲得的初始磁導(dǎo)率高達(dá)2850，在IOOkHz和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于 5. 5 X 10_6，在500kHz和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于25. 6X 10_6。這是由于通過(guò)添加Ta2O5獲得了良好的顯微結(jié)構(gòu)，鐵氧體材料晶粒尺寸均勻，晶界清楚，晶粒完整，高頻特性?xún)?yōu)良，同時(shí)鐵氧體密度及機(jī)械強(qiáng)度明顯提高，滿足了繞線式片式電感器的制造工藝要求。本發(fā)明提供的初始磁導(dǎo)率為2850低溫?zé)Y(jié)高磁導(dǎo)率MCuZn鐵氧體材料及制備過(guò)程具體說(shuō)明如下1、原材料 的選擇和主配方設(shè)計(jì)本發(fā)明提供的高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)的NiCuZn鐵氧體材料的原材料，選擇工業(yè)純的Fe203、Zn0、Ni0和CuO。鐵氧體材料的主要組成及含量以氧化物計(jì)算為=Fe2O3 為 40. 5 49. 6mol% ；ZnO 為 30 47mol% ；CuO 為 5 20mol% ；余為 NiO ；(1)原材料混合按照配方稱(chēng)取相應(yīng)的原材料。(2) 一次砂磨將稱(chēng)量好的原材料放入砂磨機(jī)中，并在事前加入等重量的去離子水，砂磨0. 5小時(shí)左右；平均粒度一般控制在1. 0-5. Oym0(3) 一次噴霧干燥造粒在原材料料漿中加入約10% PVA溶液(濃度為10%左
右)，進(jìn)行一次噴霧干燥造粒。(4)預(yù)燒將一次噴霧造粒粉料通過(guò)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為700 750°C。(5)輔助成分的添加采用NaCO3> B203、Ta2O5作為添加劑，其中=NaCO3 0. 08 0. 65wt %、B2O3 0. 03 0. 55wt %、Ta2O5 0. 05 0. 45wt %。(6) 二次砂磨將鐵氧體預(yù)燒料及上述雜質(zhì)放入砂磨機(jī)中，并在事先加入等重量的去離子水，砂磨2小時(shí)，使預(yù)燒料的平均粒度小于Iym;(7) 二次噴霧干燥造粒在鐵氧體料漿中加入約10% PVA溶液(濃度為10%左右)，進(jìn)行二次噴霧干燥造粒。(8)成型對(duì)二次噴霧干燥造粒鐵氧體粉料進(jìn)行壓制成鐵氧體毛坯。(9)燒結(jié)將鐵氧體毛坯放入爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為860 900°C，燒結(jié)時(shí)間為 10-20小時(shí)，保溫2 4小時(shí)。燒結(jié)在空氣中進(jìn)行，無(wú)需保護(hù)氣氛，燒結(jié)設(shè)備可以是箱式爐、 鐘罩爐或者是全自動(dòng)推板窯。通過(guò)本發(fā)明方法制備的NiCuZn鐵氧體材料能夠?qū)崿F(xiàn)在900°C以下范圍內(nèi)燒結(jié)，初始磁磁導(dǎo)率為2850，，在IOOkHz和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于5. 5X10—6，在 500kHz和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于25. 6X 10_6。本發(fā)明提供了一種低溫?zé)Y(jié)高磁導(dǎo)率MCuZn鐵氧體材料及其制備方法。通過(guò)優(yōu)化材料配方，選擇合適的輔助成分， 并確定其最佳加入量，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)確定了最佳燒結(jié)工藝參數(shù)，使預(yù)燒溫度低于750°C，燒結(jié)溫度低于900°C，大大改善材料的高頻電磁性能，提高了材料的燒結(jié)密度，并提高了材料的機(jī)械強(qiáng)度，滿足了繞線式片式電感器的制造工藝要求，另一方面又節(jié)省能源，大大降低了生產(chǎn)制造成本。以下是具體實(shí)施例以進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的效果。實(shí)施例1 (1)原材料的選擇提供的低溫?zé)Y(jié)的NiCuZn鐵氧體材料的原材料選擇工業(yè)純的 Fe203、Zn0、Ni0、Cu0。(2)成分設(shè)計(jì)與稱(chēng)料按照主成分Fe2O3為49. 2mol%, ZnO為37mol %、CuO為 IOmol %、NiO 為 3. 8mol %，稱(chēng)取相應(yīng)重量的 Fe203、ZnO、CuO 和 NiO。(3)原材料的混合將稱(chēng)好的原材料放入砂磨機(jī)中，加入等重量的去離子水，砂磨 0. 5小時(shí)。(4) 一次噴霧干燥造粒在原材料料漿中加入約10% PVA溶液(濃度為10%左右)，進(jìn)行一次噴霧干燥造粒。
(5)預(yù)燒將一次噴霧干燥造粒粉料通過(guò)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為750°C。(6)輔助成分添加 NaCO3 0. 60wt %、B2O3 0. 08wt %、Ta2O5 0. 25wt %。(7) 二次砂磨將鐵氧體預(yù)燒料及上述輔助成分放入砂磨機(jī)中，并在事先加入等重量的去離子水，砂磨2小時(shí)，使預(yù)燒料的平均粒度小于1. 0 μ m ；(8) 二次噴霧干燥造粒在鐵氧體料漿中加入約10% PVA溶液(濃度為10%左右)，進(jìn)行二次噴霧干燥造粒。(9)成型對(duì)二次噴霧干燥造粒鐵氧體粉料進(jìn)行壓制成鐵氧體樣環(huán)毛坯。(10)燒結(jié)將鐵氧體毛坯放入箱式爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為890°C，保溫3小時(shí)，燒結(jié)在空氣中進(jìn)行，無(wú)需保護(hù)氣氛，隨爐冷卻到室溫。制備好的樣環(huán)的磁性能測(cè)試在HP4284A阻抗分析儀上進(jìn)行，樣品的密度采用浮力法測(cè)量。樣品的磁性能和密度測(cè)試結(jié)果如表1所示表1 燒結(jié)樣品的磁性能和密度的測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種低溫?zé)Y(jié)高磁導(dǎo)率MCuZn鐵氧體材料，其特征在于該材料是一種MCuZn 鐵氧體材料，包括主成分以及輔助成分，主成分以氧化物含量計(jì)算為=Fe2O3為40. 5 49. 6mol % ；ZnO為30 47mol % ；CuO為5 20mol % ；余為NiO ；所述輔助成分包括NaC03、 B203、Ta2O5，相對(duì)所述主成分總量，NaC03、B203、Ta205的總含量為0. 16wt% 1. 65wt%。本發(fā)明制備的NiCuZn鐵氧體材料，其特征在于該材料可以在900°C以下燒結(jié)而成，獲得的材料在25°C下的起始磁導(dǎo)率高達(dá)2850，在IOOkHz和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于5. 5X 10_6，在500kHz和0. 25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于25. 6X 10_6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)高磁導(dǎo)率MCuZn鐵氧體材料，其特征在于所述輔助成分相對(duì)于主成分的含量分別是NaCO3 0. 08 0. 65wt %, B2O3 0. 03 0. 55wt %, Ta2O5 0. 05 0. 45wt%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種繞線式片式電感器用低溫?zé)Y(jié)高磁導(dǎo)率NiCuZn鐵氧體材料及其制備方法。其主成分包括，以氧化物含量計(jì)算為Fe2O3為40.5～49.6mol％；ZnO為30～47mol％；CuO為5～20mol％；余為NiO。制備方法的步驟為(1)原材料混合，(2)一次砂磨，(3)一次噴霧干燥造粒，(4)預(yù)燒，(5)微量元素添加，(6)二次砂磨，(7)二次噴霧干燥造粒，(8)成型，(9)燒結(jié)。本發(fā)明通過(guò)添加輔助成分，例如NaCO3、B2O3、Ta2O5等，使燒結(jié)溫度大幅度降低，燒結(jié)溫度低于900℃，大大改善材料的高頻電磁性能，提高了材料的燒結(jié)密度，并提高了材料的機(jī)械強(qiáng)度，滿足了繞線式片式電感器的制造工藝要求；另一方面又節(jié)省能源，大大降低了生產(chǎn)制造成本。材料的初始磁導(dǎo)率高達(dá)2850，在100kHz和0.25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于5.5×10-6，在500kHz和0.25mT的測(cè)試條件下的比損耗系數(shù)小于25.6×10-6。
文檔編號(hào)C04B35/26GK102211929SQ20111007017
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者陸明岳 申請(qǐng)人:泰興市中恒建筑裝飾工程有限公司