專利名稱：鐵氧體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵氧體材料，所述鐵氧體材料用于電源電路等使用的電 感器、變壓器等的鐵芯材料中，尤其涉及通過在Li-Zn-(Fe,Mn)的鐵氧體 中添加少量Bi203，從而具有初始磁導率高、磁導率相對于壓縮應(yīng)力的變 化率小的特性的鐵氧體材料。
背景技術(shù)：
近年來，在DC-DC變流器等電源電路中使用的電感器、變壓器的材 料中，要求在高頻率大振幅勵磁下具有低損耗以獲得高的轉(zhuǎn)換效率，要 求具有低殘留的磁通密度，使得即使在外加直流偏磁場時，也能獲得規(guī)
定的磁通密度變化量，要求具有高的電阻率以確保與導體的電絕緣。
尤其是為了提高作為部件的可靠性，通常在樹脂內(nèi)將電感器、變壓 器進行模塑，在該樹脂模塑型的元件中，已知在樹脂固化時會對鐵芯材 料施加壓縮應(yīng)力。
艮口根據(jù)壓縮應(yīng)力的大小，用作鐵芯材料的鐵氧體材料的磁導率和 鐵芯損耗發(fā)生變化，因此在樹脂模塑前后，元件的電感值和損耗會發(fā)生 變化。因此，為了獲得更穩(wěn)定的元件性能，需要使用磁導率和鐵芯損耗 相對于壓縮應(yīng)力變化小的鐵氧體材料。
專利文獻l:特開平11-87126號公報 專利文獻2:特開平1-179402號公報 專利文獻3:特開2002-60224號公報 專利文獻4:特開昭60-76107號公報 專利文獻5:特開2000-269017號公報 專利文獻6:特表平9-505269號公報
以往，為了抑制由于應(yīng)力導致的電感值的變化，提出了含有Ni的各 種鐵氧體材料。然而，例如專利文獻1的材料中獲得的初始磁導率為100 以下，無法實現(xiàn)高的初始磁導率。
通過在Ni系鐵氧體中大量添加Bi20s等，能減小由于外部應(yīng)力導致
的電感變化率，但存在初始磁導率降低這樣的問題(專利文獻2)。此外，
在Ni系鐵氧體中大量添加Bi20s時，存在Hc增大，軟磁特性劣化這樣 的問題。
專利文獻3的材料能實現(xiàn)200以上的高初始磁導率以及在棒狀下的 抗應(yīng)力性(在棒狀下的有效磁導率的變化率小)，但很難說材料的初始磁 導率變化小。
此外，使用大量添加Bi203等的鐵氧體的疊片式電感器，存在內(nèi)部 導體中的Ag的擴散易于增加，引起電感L和Q顯著降低的問題。使用 大量添加Bi203等的鐵氧體的變壓器，在熱處理中Bi容易在爐內(nèi)擴散， 在設(shè)備上是不優(yōu)選的。
另一方面，提出了各種含有Li作為主成分的電感器、變壓器使用的 鐵氧體材料(專利文獻4 6),但不是具有初始磁導率高、磁導率相對于 壓縮應(yīng)力的變化率小的特性的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于此種情況下完成的，目的是提供一種在鐵芯中使用的 鐵氧體材料，其具有200以上的高初始磁導率、由于應(yīng)力引起的初始磁 導率的變化小且鐵芯損耗小的鐵氧體材料。
本發(fā)明人精心研究了能夠改善作為L i鐵氧體中問題點的B H回線的 矩形性的組成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過在Li-Zn-Fe鐵氧體中添加Bi203，優(yōu)選添加 6質(zhì)量。/。以上的較大量的Bi203，能夠減小BH回線的矩形比，即增大Bs-Br值。
此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在添加了 131203的Li-Zn-Fe鐵氧體中，如果使 用CuO取代一部分的ZnO，則具有降低煅燒溫度和提高致密性的效果， 如果使用Mn203取代一部分的Fe203，則具有提高電阻率的效果。
此外，本發(fā)明人對Li-Zn-Fe鐵氧體中Bi203的添加量進行了各種研 究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)如果在含有特定量Mn的Li-Zn-(Mn， Fe)鐵氧體中，添加6 質(zhì)量％以下、優(yōu)選5質(zhì)量。/。以下的Bi203，則能獲得在特別高的外部應(yīng)力 下磁導率變化極小的鐵氧體材料，從而完成了本發(fā)明。
即本發(fā)明的鐵氧體材料，其特征在于組成式為
x(LiQ.5Feo.5)0.yZn(>z(Mn, Fe)203且a二Mn/(Mn+Fe)時，在上述組成式和 條件中的x、 y、 z、 a滿足0.18^^0.30、 0.20^0.30、 0.48Sz《53、 0.01Sa幼.25、 x+y + z二l的材料中，添加0.2質(zhì)量％ 6質(zhì)量％的Bi203。
本發(fā)明也可以在具有上述組成的鐵氧體材料中，使用0.05質(zhì)量％ 0.5質(zhì)量％的V205取代Bi203。
此外，本發(fā)明優(yōu)選在具有上述組成的鐵氧體材料中，81203的添加量 為0.2質(zhì)量％ 4質(zhì)量％。
此外，本發(fā)明也可以在具有上述組成的鐵氧體材料中，使用CuO取 代一部分的ZnO。
此外，本發(fā)明優(yōu)選在具有上述組成的鐵氧體材料中，含有不超過5 質(zhì)量％的任意1種以上的Zr02、 ZrSi04和Si02。
此外，本發(fā)明的鐵氧體材料的磁導率為200以上，在35MPa壓力下 加壓時，磁導率的變化率在±10%以內(nèi)。
此外，本發(fā)明的鐵氧體材料在35MPa壓力下加壓時，lMHz、 50mT 時的鐵芯損耗為7000kW/m3以下。
在本發(fā)明中，能獲得200以上的高初始磁導率、磁導率相對于應(yīng)力 的變化小且鐵芯損耗小的鐵氧體材料，能適用于電感器或變壓器，尤其 是樹脂模塑的電感器或變壓器等。
在本發(fā)明中，能獲得高初始磁導率、磁導率相對于壓縮應(yīng)力的變化 率小的鐵氧體，結(jié)果能獲得不論去磁系數(shù)大小，電感的偏差都小的電感 器、變壓器。
在本發(fā)明中，能獲得壓縮應(yīng)力下鐵芯損耗小的鐵氧體，即使在樹脂 模塑狀態(tài)下，也可能得到損耗小的電感器、變壓器。


圖1是表示本發(fā)明實施例1的適合例/比較例中組成和特性的圖表。 圖2是表示本發(fā)明實施例1的適合例/比較例中組成和特性的圖表。 圖3是表示本發(fā)明實施例2的適合例/比較例中組成和特性的圖表。
圖4是表示本發(fā)明實施例3的適合例/比較例中組成和特性的圖表。
具體實施例方式
本發(fā)明的鐵氧體材料的主要特征在于在含有特定量Mn的Li-Zn-Fe 鐵氧體中，添加少量Bi203。下文對本發(fā)明鐵氧體材料組成的限定理由進 行詳細說明。
在組成式x(Li05Fe0.5)OyZnOz(Mn， Fe)203中，x是(Li0.5Fe0.5) O的 含有率，優(yōu)選在0.18 0.30 (0.18以上、0.30以下， 的含義在下文中 相同)的范圍內(nèi)。這是由于如果不足0.18，無法期望提高居里溫度，如 果超過0.30，則初始磁導率小，則不實用。更優(yōu)選的范圍是0.22 0.27。
在組成式x(Li0.5Fe。.5)OyZnOZ(Mn, Fe)203中，y是ZnO的含有率， 優(yōu)選在0.20 0.30的范圍內(nèi)。如果不足0.20，無法獲得200以上的初始 磁導率，則不實用，如果超過0.30，則居里溫度低。即如下所述，由 于x十y+z二l且z的組成范圍狹小，因此y與x實際上呈反比例。更優(yōu) 選的范圍是0.23 0.28。通過使用CuO取代一部分的ZnO，能在更低的 煅燒溫度下達到致密化。優(yōu)選的取代率為0 0.5 (50%以下)，如果超過 0.5，則磁導率降低，因此不優(yōu)選。
在組成式x(LiQ.5Fe。.5)OyZnOz(Mn, Fe)203中，z相當于Fe203的含有 率，不包括(Lio.5Fe。.5)0中的Fe，優(yōu)選在0.48 0.53的范圍內(nèi)。不足0.48 的話，無法獲得高的初始磁導率，同時鐵芯損耗增加，即使超過0.53， 也無法獲得高的磁導率，同時鐵芯損耗增加，因此不優(yōu)選。使用Mn203 取代一部分的Fe203，如果Mn的含量少，則由于應(yīng)力引起的磁導率、鐵 芯損耗的變化增大，如果Mn的含量多，則居里溫度降低，同時鐵芯損 耗增加，因此在a二Mn/(Mn + Fe)的條件下，a優(yōu)選為0.01 0.25。更優(yōu) 選的范圍是0.04 0.15。
在組成式x(Lio.5Fe0.5)0'yZnOz(Mn, Fe)203中，上述x、 y、 z滿足x + y+z=l。
在組成為上述組成式x(Lio.5Feo.5)OyZn0.z(Mn, Fe)203的鐵氧體材料 中，添加0.2質(zhì)量％ 6質(zhì)量％的Bi203作為添加量。該81203的添加是本 發(fā)明的特征，通過該添加，從而能實現(xiàn)本發(fā)明的效果。如果Bi203不足
0.2質(zhì)量％，磁性損失增大，因此不優(yōu)選，如果超過6質(zhì)量％，則難以同
時獲得目的的高初始磁導率以及磁導率相對于壓縮應(yīng)力的變化率小的特
性。優(yōu)選的范圍是0.2質(zhì)量％ 4質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.2質(zhì)量％ 2質(zhì)量％。
此外，在本發(fā)明中，還可以使用V205取代一部分添加的Bi203。 V205
添加量的下限為0.05質(zhì)量％，上限為0.5質(zhì)量％。 V205的添加量如果不 足0.05質(zhì)量％，磁性損失增大，V205的添加量如果超過0.5質(zhì)量％，則 磁導率降低。
在上述組成的鐵氧體材料中，為了降低由于應(yīng)力引起的初始磁導率 的變化，可以添加任意1種以上的Zr02、 ZrSi04和Si02。單獨添加或組 合添加，如果其添加量超過5質(zhì)量％，則無法獲得高的磁導率，同時鐵 芯損耗增大，因此應(yīng)添加5質(zhì)量％以下。
本發(fā)明的鐵氧體材料能獲得磁導率為200以上，在35MPa壓力下加 壓時，磁導率的變化率在±10%以內(nèi)的特性，此外，能獲得在35MPa壓力 下加壓時，lMHz、 50mT時的鐵芯損耗為7000kW/m3以下的特性。
本發(fā)明的鐵氧體材料可以通過如下的制造方法獲得。
(1) 稱量作為起始原料的碳酸鹽粉末和氧化物粉末，混合，使得燒 結(jié)后的組成為x(Lio.5Feo.5)0'yZnOz(Mn, Fe)203，且在a二Mn/(Mn + Fe)下， x、 y、 z、 a滿足0.18^0.30、 0.2(KyS0.30、 0.48Sz復53、 0.01Sa復25、 x+y+z=1。
(2) 煅燒混合粉末。煅燒溫度優(yōu)選為800°C 1000°C。煅燒時間優(yōu) 選為2小時 5小時。此外，煅燒氛圍優(yōu)選在大氣中或在氧氣氛圍中。
(3) 在煅燒后的煅燒粉末中添加規(guī)定量的Bi203等副成分后，進行 微粉碎。微粉碎優(yōu)選在純水或乙醇中進行。此外，粉碎后的粉碎粉末的 平均粒徑優(yōu)選為0.5(im 1.5pm。另外，Bi203等優(yōu)選在如上所述的煅燒 后、微粉碎前添加，還可以在原料混合階段(上述工序(l))或微粉碎 后添加。
(4) 通過期望的成型方法將微粉碎后的粉碎粉末成型。在成型前， 根據(jù)需要，還可以通過造粒裝置將粉碎粉末造粒。成型壓力優(yōu)選為 70MPa 150MPa。
(5)燒結(jié)成型體。燒結(jié)氛圍優(yōu)選在大氣中或在氧氣氛圍中，燒結(jié)溫
度為80(TC 105(TC，特別優(yōu)選為850°C 1000°C，燒結(jié)時間優(yōu)選為2小 時 5小時。
實施例
實施例1
混合原料粉末，使最終達到如圖1、圖2中示出的各種主成分組成 比，在大氣中于900。C下煅燒3小時。對所得煅燒粉末添加1.0質(zhì)量％圖 1、圖2中示出的Bi203副成分，用球磨機進行濕式粉碎后干燥。
在所得粉末中添加14wt。/。的7城％聚乙烯醇溶液，然后造粒，形成造 粒粉末，將該造粒粉末在成型壓力14.7xlO、Pa下成型為外徑9mmx內(nèi)徑 4mmx厚度3mm的環(huán)狀以及長邊30mmx短邊20mmx厚度5mm的板狀， 將所得成型體在大氣中于930'C燒結(jié)3小時。
將所得環(huán)狀燒結(jié)體進行繞組，通過LCR計測定初始磁導率、通過 BH分析器測定鐵芯損耗(lMHz， 50mT)、 3600A/m的BH回線。此外， 由板狀燒結(jié)體切出長邊8mmx短邊4mmx厚度2mm的框狀試樣，將該試 樣進行繞組，測定磁導率pi。此外，以單軸加壓35MPa，測定加壓前后 的磁導率pi的變化率和鐵芯損耗Pcv。
如圖1、圖2中所示，發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的實施例中，能獲得維持200 以上的高磁導率、磁導率相對于應(yīng)力的變化小、在應(yīng)力下的鐵芯損耗小 的鐵氧體。
實施例2
混合原料粉末，使最終達到如圖3中示出的特定的主成分組成比， 在大氣中于900'C下煅燒3小時。對所得煅燒粉末，以0.0質(zhì)量％ 12.0 質(zhì)量％的各種添加量添加圖3中示出的Bi203副成分，用球磨機進行濕式 粉碎后干燥。
在所得粉末中添加14wt。/。的7wt。/o聚乙烯醇溶液，然后造粒，形成造 粒粉末，將該造粒粉末在成型壓力14.7xlO、Pa下成型為外徑9mmx內(nèi)徑 4mmx厚度3mm的環(huán)狀以及長邊30mmx短邊20mmx厚度5mm的板狀， 將所得成型體在大氣中于93(TC 100(TC燒結(jié)3小時。
將所得環(huán)狀燒結(jié)體進行繞組，通過LCR計測定初始磁導率、通過 BH分析器測定鐵芯損耗(lMHz， 50mT)、 3600A/m的BH回線。此外， 由板狀燒結(jié)體切出長邊8mmx短邊4mmx厚度2mm的框狀試樣，將該試 樣進行繞組，測定磁導率pi。此外，以單軸加壓35MPa，測定加壓前后 的磁導率)ii的變化率和鐵芯損耗Pcv。
如圖3中所示，發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的實施例中，能獲得維持200以上的 高磁導率、磁導率相對于應(yīng)力的變化小、在應(yīng)力下的鐵芯損耗小的鐵氧體。
實施例3
混合原料粉末，使最終達到如圖4中示出的特定的主成分組成比， 在大氣中于900'C下煅燒3小時。對所得煅燒粉末，添加1.0質(zhì)量％圖4 中示出的Bi203副成分并以各種添加量添加除Bi203以外的各種副成分， 用球磨機進行濕式粉碎后干燥。
在所得粉末中添加14wt。/。的7wt。/Q聚乙烯醇溶液，然后造粒，形成造 粒粉末，將該造粒粉末在成型壓力14.7xlO、Pa下成型為外徑9mmx內(nèi)徑 4mmx厚度3mm的環(huán)狀以及長邊30mmx短邊20mmx厚度5mm的板狀， 將所得成型體在大氣中于93(TC燒結(jié)3小時。
將所得環(huán)狀燒結(jié)體進行繞組，通過LCR計測定初始磁導率、通過 BH分析器測定鐵芯損耗(lMHz， 50mT)、 3600A/m的BH回線。此外， 由板狀燒結(jié)體切出長邊8mmx短邊4mmx厚度2mm的框狀試樣，將該試 樣進行繞組，測定磁導率pi。此外，以單軸加壓35MPa，測定加壓前后 的磁導率pi的變化率和鐵芯損耗Pcv。
如圖4中所示，發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的實施例中，能獲得維持200以上的 高磁導率、磁導率相對于應(yīng)力的變化小、在應(yīng)力下的鐵芯損耗小的鐵氧 體。
工業(yè)實用性
根據(jù)本發(fā)明，如實施例所示，能獲得磁導率為200以上，在35MPa 壓力下加壓時，磁導率的變化率在土10o/。以內(nèi)的特性，此外，能獲得在 35MPa壓力下加壓時，lMHz、 50mT時的鐵芯損耗為7000kW/m3以下的
特性，即使在樹脂模塑狀態(tài)下，也可以提供鐵芯損耗小的電感器、變壓
嬰 力fr o
權(quán)利要求
1.一種鐵氧體材料，其特征在于組成式為x(Li0.5Fe0.5)O·yZnO·z(Mn，F(xiàn)e)2O3且a＝Mn/(Mn+Fe)時，在上述組成式和條件中的x、y、z、a滿足0.18≤x≤0.30、0.20≤y≤0.30、0.48≤z≤0.53、0.01≤a≤0.25、x+y+z＝1的材料中，添加0.2質(zhì)量％～6質(zhì)量％的Bi2O3。
2. 如權(quán)利要求1所述的鐵氧體材料，其中使用0.05質(zhì)量％ 0.5質(zhì) 量％的V205取代所述Bi203。
3. 如權(quán)利要求1所述的鐵氧體材料，其中所述Bi203的添加量為0.2 質(zhì)量％ 4質(zhì)量％。
4. 如權(quán)利要求1 3任一項所述的鐵氧體材料，其中使用CuO取代 一部分的ZnO。 .
5. 如權(quán)利要求1 4任一項所述的鐵氧體材料，其中含有不超過5 質(zhì)量％的任意1種以上的Zr02、 ZrSi04和Si02。
6. 如權(quán)利要求1 5任一項所述的鐵氧體材料，其中磁導率為200 以上，在35MPa壓力下加壓時，磁導率的變化率在±10%以內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求1 5任一項所述的鐵氧體材料，其中在35MPa壓力 下加壓時，lMHz、 50mT時的鐵芯損耗為7000kW/m3以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵氧體材料，在組成式為x(Li_0.5Fe_0.5)O·yZnO·z(Mn，F(xiàn)e)₂O₃且a＝Mn/(Mn+Fe)時，在組成式和條件中的x、y、z、a滿足0.18≤x≤0.30、0.20≤y≤0.30、0.48≤z≤0.53、0.01≤a≤0.25、x+y+z＝1的材料中，添加6質(zhì)量％以下、優(yōu)選4質(zhì)量％以下的Bi₂O₃。該鐵氧體材料在高的外部應(yīng)力下的磁導率變化極小、壓縮應(yīng)力下的鐵芯損耗小。通過使用該鐵氧體材料，即使在樹脂模塑的狀態(tài)下，也可獲得損耗小的電感器、變壓器。
文檔編號C04B35/26GK101184708SQ200680018710
公開日2008年5月21日 申請日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者三吉康晴, 多田智之 申請人:日立金屬株式會社