一種NiCuZn鐵氧體材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種NiCuZn鐵氧體材料及其制備方法，涉及電子材料。該材料包括主成份配方和摻雜成份，主成份配方為：65wt%≤Fe2O3≤70wt%，14wt%≤ZnO≤18wt%，13wt%≤NiO≤16wt%，0wt%＜CuO≤4.5wt%；摻雜成份為：0＜Co2O3≤0.6wt%，0＜Bi2O3≤4wt%。其制備方法采用普通氧化物制備法，在1030℃～1070℃預(yù)燒，930℃～950℃燒結(jié)。工藝流程簡(jiǎn)單、無(wú)污染且適于大批量生產(chǎn)。本發(fā)明能制備出的鐵氧體材料，燒結(jié)溫度低于960℃的基礎(chǔ)上，不僅具有高的磁導(dǎo)率，而且具有低的磁損耗，其中在13.56MHz具有當(dāng)磁導(dǎo)率實(shí)部μ′為170左右時(shí)，磁導(dǎo)率虛部μ″為2以下。由于優(yōu)質(zhì)的高頻特性，可在EMI、SMD、MLCI等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種NiCuZn鐵氧體材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子材料。
【背景技術(shù)】
[0002]NiCuZn鐵氧體由于優(yōu)質(zhì)的高頻特性，使其在EMI (抗電磁干擾)、SMD (表面貼裝器件)、MLCI (疊層片式電感器)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。為了減小片式感應(yīng)器和EMI濾波器的損耗，同時(shí)在工藝上實(shí)現(xiàn)與熔點(diǎn)僅為961°C內(nèi)電極材料的共燒，鐵氧體需要在保持較好電磁性能的情況下進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)。目前，多層片式電感器和電磁干擾抑制器件等電子元器件已廣泛使用低溫?zé)Y(jié)NiCuZn鐵氧體。這些片式器件在磁屏蔽和小型化方面比傳統(tǒng)的繞線器件有著很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因此低溫?zé)Y(jié)的NiCuZn鐵氧體是目前制造片式器件最為重要的基礎(chǔ)磁性材料。
[0003]用于NFC (Near Field Communication近場(chǎng)通訊)天線的NiCuZn鐵氧體片材要求磁導(dǎo)率實(shí)部高，磁損耗小，利于集成，燒結(jié)溫度低，但是在實(shí)際中，提高磁導(dǎo)率實(shí)部的同時(shí)，有可能會(huì)使磁損耗也有所提高；降低燒結(jié)溫度的同時(shí)，有可能會(huì)使磁導(dǎo)率實(shí)部大幅降低。目前，實(shí)現(xiàn)NiCuZn鐵氧體低溫?zé)Y(jié)的方式有三種:主配方調(diào)節(jié)、精細(xì)制粉及摻雜助熔。主配方調(diào)節(jié):該方法可通過(guò)改變主配方中的成分配比，將燒結(jié)溫度降低在1100°C左右，但不能滿足實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)，還會(huì)較大幅度的影響材料性能。精細(xì)制粉:該方法通過(guò)工藝優(yōu)化，降低材料粉體粒徑，從而提高燒結(jié)活性，降低燒結(jié)溫度，但降低幅度太小。摻雜助熔:目前普遍使用的助熔劑有V205、W03、Bi203等。V2O5摻雜可有效降低燒結(jié)溫度，但是與此同時(shí)，損耗也隨之顯著上升；W03摻雜對(duì)材料的燒結(jié)溫度降低效果并不明顯，無(wú)法達(dá)到要求。電子科技大學(xué)電子薄膜與集成器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吳小虎等人在“磁性材料及器件”2012年2月發(fā)表的《Bi取代NiCuZn鐵氧體的顯微結(jié)構(gòu)和電磁性能》一文中提出，按主配方Nia24Cua21Zna55Fe2O4，摻入3wt%Bi203,于900°C燒結(jié)3h后得到樣品在13.56MHz頻率下μ '(磁導(dǎo)率實(shí)部)為170左右時(shí)，μ"(磁導(dǎo)率虛部，即:磁損耗)很高，`為40左右?？梢钥闯?，在低溫下燒結(jié)出成品的磁導(dǎo)率實(shí)部較高，但磁損耗明顯過(guò)大，不符合低損的要求。而電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院李偉等人在“磁性材料及器件”2009年2月發(fā)表的《Bi203摻雜對(duì)Nia6Cuatl5Zna35Fe2O4鐵氧體材料旋磁性能的影響》一文中提出，按主配方Nia6Cuc1.(^Zna35Fe2O4,摻入4wt%Bi203,于900°C燒結(jié)3h后得到樣品在13.56MHz頻率下μ ^為100以下，遠(yuǎn)不能達(dá)到后續(xù)產(chǎn)品高磁導(dǎo)率的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)NiCuZn鐵氧體材料存在的上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種應(yīng)用頻率在13.56MHz，低溫?zé)Y(jié)，磁導(dǎo)率實(shí)部較高、虛部較低的NiCuZn鐵氧體材料。
[0005]本發(fā)明提供了一種NiCuZn鐵氧體材料:包括主配方成分和摻雜成份,主配方成份和摻雜成份皆按氧化物計(jì)；其中，以質(zhì)量百分比計(jì)算，主配方成份含量分別為:
[0006]65wt% ^ Fe2O3 ^ 70wt%,[0007]14wt% ^ ZnO ^ 18wt%，
[0008]13wt% ^ NiO ^ 16wt%，
[0009]0wt% < CuO ^ 4.5wt% ；
[0010]在主成份基礎(chǔ)上，摻雜成份含量:
[0011]0 < Co2O3 ^ 0.6wt% ；
[0012]0 < Bi2O3 ^ 4wt%。
[0013]gp，若主配方成份為100質(zhì)量單位，含F(xiàn)e203、Zn0.NiO、CuO，則摻雜成份:0
<Co2O3 <0.6質(zhì)量單位，0 < Bi2O3 < 4質(zhì)量單位。
[0014]本發(fā)明的鐵氧體材料的制備方法，包括下述步驟:
[0015]步驟1:將Fe203> ZnO, NiO, CuO按配方比例稱量后放入球磨機(jī)中，按照料、球、去離子水質(zhì)量比為1:3:1的比例，球磨2~4小時(shí)，轉(zhuǎn)速為:250r/min ；
[0016]步驟2:將步驟I制備的產(chǎn)物烘干后放入高溫爐中于空氣氣氛，1030°C~1070°C預(yù)燒I~3h，再隨爐冷卻制得主成份；
[0017]步驟3:將步驟2制備的主成份摻入占其質(zhì)量百分比為0 < Co2O3 ( 0.6wt%,0
<Bi2O3 ( 4wt`%的Co2O3和Bi2O3后放入球磨機(jī)，按照料、球、去離子水質(zhì)量比為1:3:1的比例，第二次球磨2~4h,轉(zhuǎn)速為:250r/min ；
[0018]步驟4:將步驟3制備的產(chǎn)物烘干,加入5~8wt%的聚乙烯醇混合均勻,壓制成型后于空氣氣氛下，930°C~950°C，燒結(jié)2~5h，再自然冷卻。
[0019]進(jìn)一步的，上述步驟4的燒結(jié)規(guī)律為:25°C~400°C之間升溫速度為2°C /min,400°C~800°C之間升溫速度為2.50C /min，800°C至燒結(jié)溫度間升溫速度為1.5°C /min，保溫時(shí)間2~5h,氣氛為空氣，降溫過(guò)程為爐內(nèi)自然冷卻。
[0020]本發(fā)明主要通過(guò)Bi2O3來(lái)降低材料燒結(jié)溫度。Bi2O3熔點(diǎn)較低，通常在尖晶石結(jié)構(gòu)形成之前已經(jīng)融化，在材料中形成液相，這有利于降低離子之間發(fā)生反應(yīng)所需要的激活能，使得材料固相反應(yīng)更加完全，晶粒生長(zhǎng)更加完善，有利于晶粒的生長(zhǎng)，同時(shí)，截止頻率向高頻移動(dòng)，可有效的降低磁損耗。本發(fā)明通過(guò)Bi2O3摻雜配方后，成功將燒結(jié)溫度降低到960°C以下，并且在保證磁導(dǎo)率實(shí)部基本一致的情況下，進(jìn)一步降低了磁損耗，達(dá)到了預(yù)期要求。本發(fā)明對(duì)主配方與Co離子含量進(jìn)行了調(diào)整，用于提高產(chǎn)品性能及截止頻率、降低磁損耗。Co2+具有很高的正磁晶各向異性常數(shù)K1，而NiCuZn鐵氧體自身的磁晶各向異性常數(shù)K1是為負(fù)的，當(dāng)Co2+含量很小時(shí)，兩者混合使材料整體的磁晶各向異性常數(shù)K1的絕對(duì)值變小了，從而使磁導(dǎo)率實(shí)部U /上升；當(dāng)(:02+含量繼續(xù)增加，材料整體的磁晶各向異性常數(shù)K/變?yōu)檎?，而且比原?lái)NiCuZn鐵氧體的磁晶各向異性常數(shù)K1的絕對(duì)值大，從而又使磁導(dǎo)率實(shí)部U '下降。因此，Co2O3的添加應(yīng)適量，因?yàn)樗鼘?duì)磁導(dǎo)率實(shí)部y '的改變作用很明顯；同時(shí)，在材料中加入一定量的Bi2O3,降低了燒結(jié)溫度，通過(guò)摻雜還可進(jìn)一步提高截止頻率，降低損耗。但是過(guò)量的Bi2O3會(huì)使材料的磁性能惡化，因此也必須加入一個(gè)合適的量。
[0021]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0022]在燒結(jié)溫度低于960°C的基礎(chǔ)上，制備了具有高磁導(dǎo)率、低磁損耗的鐵氧體材料，其應(yīng)用頻率在13.56MHz，工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染且適于大批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0023]圖1為實(shí)施例1鐵氧體材料磁譜曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1:
[0025]I)原材料選擇Fe2O3的純度大于等于99.4%,ZnO的純度大于等于98%、Ni0的純度大于等于99.4%、CuO的純度大于等于98.4%、Co2O3的純度大于等于99.9%、Bi2O3的純度大于等于99.0% ;其具體各成份比重Fe2O3為67wt%, ZnO為14.13wt%,Ni0為14.87wt%, CuO為
4wt%。
[0026]2)第一次球磨:將稱好的主配方材料放入球磨機(jī)中，加入去離子水和球，其中料、去離子水、球的質(zhì)量比為1:1:3。設(shè)定轉(zhuǎn)速為250r/min，時(shí)間為2h。
[0027]3)預(yù)燒:將第一次球磨得到的產(chǎn)物烘干，放入燒結(jié)爐內(nèi)于空氣氣氛，1050°C預(yù)燒2h，再隨爐冷卻。
[0028]4 )第二次球磨:將預(yù)燒結(jié)束的料搗碎，加入占主成份0.2wt%的Co2O3，2wt%的Bi2O3，放入球磨機(jī)中，加入去離子水和球，其中料、去離子水、球的質(zhì)量比為1:1:3。設(shè)定轉(zhuǎn)速為250r/min，時(shí)間為3h。
[0029]5)成型燒結(jié):將第二次球磨后的產(chǎn)物烘干，加入6wt%的聚乙烯醇混合均勻，壓制成型，放入爐內(nèi)于空氣氣氛，960°C燒結(jié)3h，再隨爐冷卻。
[0030]按上述實(shí)施例1制備好的樣品，在E4991A低頻阻抗分析儀上測(cè)試，得出磁譜曲線見(jiàn)圖1，可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明通過(guò)主配方中摻雜Bi2O3,可以有效的將材料的燒結(jié)溫度降低，并且制得高磁導(dǎo)率、低磁損耗的鐵氧體材料。在I`OMHz處μ '為159，μ "為1.09 ；13.56MHz處 μ ,為 168, μ "為 1.89。
[0031]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種NiCuZn鐵氧體材料，包括主成份配方和摻雜成份，其特征在于: 主成份配方質(zhì)量百分比為:
65wt% ^ Fe2O3 ^ 70wt%, 14wt% ^ ZnO ^ 18wt%,
13wt% ( NiO ( 16wt%, 0wt% < CuO ( 4.5wt% ； 摻雜成份占主成份質(zhì)量百分比為:
0 < Co2O3 ^ 0.6wt% ；0 < Bi2O3 ^ 4wt%。
2.如權(quán)利要求1所述一種NiCuZn鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟: 步驟1:將Fe203、Zn0、Ni0、Cu0按配方比例稱量后放入球磨機(jī)中，按照料、球、去離子水質(zhì)量比為1:3:1的比例，球磨2~4小時(shí)，轉(zhuǎn)速為:250r/min ； 步驟2:將步驟I制備的產(chǎn)物烘干后放入高溫爐中于空氣氣氛，1030°C~1070°C預(yù)燒I~3h，再隨爐冷卻制得主成份； 步驟3:將步驟2制備的主成份摻入占其質(zhì)量百分比為0 < Co2O3 ( 0.6wt%, 0< Bi2O3 ( 4wt%的Co2O3和Bi2O3后放入球磨機(jī)，按照料、球、去離子水質(zhì)量比為1:3:1的比例，第二次球磨2~4h,轉(zhuǎn)速為:250r/min ； 步驟4:將步驟3制備的產(chǎn) 物烘干，加入5~8wt%的聚乙烯醇混合均勻，壓制成型后于空氣氣氛下，930°C~950°C，燒結(jié)2~5h，再自然冷卻。
3.如權(quán)利要求2所述一種NiCuZn鐵氧體材料的制備方法,其特征在于:所述步驟4的燒結(jié)規(guī)律為:25°C~400°C之間升溫速度為2°C /min，400°C~800°C之間升溫速度為2.50C /min，800°C至燒結(jié)溫度之間升溫速度為1.5°C /min，保溫時(shí)間2~5h，氣氛為空氣，降溫過(guò)程為爐內(nèi)自然冷卻。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種NiCuZn鐵氧體材料的制備方法,其特征在于:所述步驟3中制備的產(chǎn)物平均粒度在0.8iim~1.5iim之間。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK103803963SQ201310738102
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】梁迪飛, 王亮, 楊宏偉, 關(guān)夢(mèng)然, 陳良, 謝建良, 鄧龍江 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)