專利名稱：一種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于軟磁鐵氧體材料領域，具體涉及ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著信息產(chǎn)業(yè)、通訊電子、汽車電子、測試儀表、家用電器等行業(yè)的迅猛發(fā)展，電子設備正向小型化、集成化、高頻化等方向發(fā)展；低損耗鎳銅鋅軟磁鐵氧體材料需求量日益增大。國內(nèi)外各軟磁材料生產(chǎn)廠家開發(fā)出了磁導率從10到2500的一系列鎳銅鋅軟磁鐵氧體材料，應用頻率從幾KHz拓展到上千MHz。下表為國內(nèi)、外主要鎳銅鋅軟磁鐵氧體材料廠家磁導率μ i在300左右的材料牌 號及主要材料的性能指標。國內(nèi)夕卜μ i ^ 300鎳鋅鐵氧體材料性能ー攬表
— Γ材料性能指標
八=!材料牌[L s/ · , λ-6I οI αμΓ (χΙΟ'「τ
公司 P, αηδ/μιχ οBs' 丨。じ、 Tc R
IMHz5 MHzniT20-60°C 0C Ω
TDK LllH 300±25% <30
<60[3ΜΗζ] 470[4kA/m] 20 to 30 >250 >108TDK L14H 300士25% <160
<90[2ΜΗζ] 480[4kA/m] 25 to 40 >250 >108TDK SY20 290士25% <31[lMHz] <600[5MHz] >320(2KA/m) 15 30 >150 >108TDK GT8 300±25% <350[1.5MHz]260[1.6kA/m] 0 to 2>150 >108
東磁 DN30B 300±25% <100(0.1MHz) <90(2MHz) 470(4KA/m) 15 to 40 >250 >108
I從上表公布的材料特性中可以看出上述材料在高頻(IMHz 10MHz)下使用時材料的比損耗有較大的差異I、在 f = IMHz 下 TDK 公司的 SY20 材料最小(tan δ / μ i X 1(Γ6 < 31);在 f = 5MHz下TDK公司的SY20材料卻比較大(tan δ / μ i X 1(Γ6 < 600)；2、在f = 2MHz下TDK公司的L14H和東磁的DN30B材料都比較小(tan δ / μ iXl(T6< 90)；3、在 f = 3MHz 下 TDK 公司的材料 LllH 最小(tan δ / μ i X 1(Γ6 < 60)；綜上所述，上述材料在頻率為3MHz IOMHz使用時其比損耗較大。公開號為CN102329129A的中國發(fā)明，提供了ー種平板顯示用高表面電阻鎳銅鋅鐵氧體材料，與本發(fā)明存在實質(zhì)性不同。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，本發(fā)明的目的首先是提供一種適合在寬頻(50KHz 10MHz)下使用的軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料，第二個目的是提供所述鐵氧體材料的制備方法。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，發(fā)明人提供下述技術(shù)方案一種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料，組成包括主成分和副成分，其特征在于，所述的主成分包括氧化鐵、氧化鎳、氧化鋅和氧化銅，主成分以各自的摩爾百分比含量是Fe2O3:46. 5 50. OmolNiO 12. O 17. OmoIZnO 27. O 31. OmoICuO 4. O 8. Omol%；所述副成分包括錳的氧化物和氧化鉍，相對于所述的主成分總重量，所述副成分以其標準物MnO和Bi2O3計的重量百分比總量為O. I I. Owt%。發(fā)明人經(jīng)過大量實驗研究發(fā)現(xiàn)，通過合理控制鐵氧體主成分配比，尤其是控制Fe2O3和ZnO的含量，并配以適當?shù)母背煞?，可以獲得ー種在寬頻(50KHz IOMHz)下使用的變壓器、電感器、濾波器等器件的鎳銅鋅軟磁鐵氧體材料，本發(fā)明材料還可用于抗EMI器件，本發(fā)明的材料特別是在高頻(IMHz IOMHz)下具有高的磁導率(μ i 300，f = IMHz)、 高電阻率、低比損耗、低比溫度系數(shù)等特性。上述主成分范圍中，若Fe2O3含量小于46. 5m0l%，則得不到所希望的高飽和磁通密度；若Fe2O3含量大于5011101%,則材料的電阻率急劇下降、比損耗増大。若ZnO含量小于27mol %,則磁導率有所下降；若ZnO含量大于31mol %,則材料的居里溫度降低。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料，其中，相對于所述的主成分總重量，所述的副成分錳的氧化物和氧化鉍，以各自標準物計的重量百分比含量是MnO 0 O. 50wt %、Bi2O3 :0· I O. 5wt %。上述副成分MnO主要是在鐵氧體燒結(jié)結(jié)反應時取代Fe2+，減少Fe2+ —— Fe3+間的“蛙躍”現(xiàn)象，從而提高材料的電阻率。當它的含量低于下限值時，F(xiàn)e2+ —— Fe3+間的電子對無法有效的控制，使得材料的電阻率下降，而當它的含量高于上述上限值時，因MnO在空氣中極易氧化，導致材料的性能惡化。上述副成分Bi2O3，則起到降低燒結(jié)溫度、促進晶粒均勻生長，以降低材料損耗的作用，當它的含量低于下限值時，燒結(jié)溫度升高，晶粒易異常長大；而當它的含量高于上述上限值時，則容易引起晶粒異常生長，使材料的性能惡化。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料，其中，所述的副成分進ー步包括Co203、V2O5, ZrO2, SiO2, TiO2, Nb2O5中的ー種或幾種，相對于所述的主成分總重量，這些副成分以其標準物計的重量百分比含量是=Co2O3 :0. 3 I. Owt %、V2O5 :0. 05 O. 50wt %、ZrO2 :0. 01 O. 2wt %、SiO2 :0. 05 O. 50wt %、TiO2 :0. 01 O. 2wt %、Nb2O5 O. 005 O. Iwt%。上述副成分主要是在鐵氧體晶界形成高電阻層，細化晶粒，促進晶粒均勻生長，以降低材料損耗。當它們的含量低于下限值時，起不到降低村料損耗的作用；而當它們的含量高于上述上限值時，則容易引起晶粒異常生長，使材料的性能惡化。本發(fā)明還提供了上述的一種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料的制備方法，依次包括下述步驟(I)將主成分及各副成分混合、振磨，然后在空氣窯中進行預燒，保溫，得到經(jīng)過初步反應的預燒粉料，(2)在預燒粉料中混入去泡劑進行砂磨，出料攪拌并加入粘結(jié)劑，經(jīng)噴霧干燥得到平均粒徑在80 μ m 300 μ m的顆粒料，(3)在顆粒料中加入硬脂酸鋅后壓制成鐵氧體坯件，將坯件放在1050 1150°C的空氣窯中燒結(jié)，保溫時間為100 150分鐘，得到所述的軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料。使得磁心在該環(huán)境下燒結(jié)時晶結(jié)均勻完整、反應完全，磁心的電磁性能和物理性能達到最佳。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料的制備方法，其中，所述的步驟⑴中預燒溫度為900 1000°C，保溫時間為120 180分鐘。其目的是為了降低材料的收縮率，減少磁心開裂、變形；通過揮發(fā)排出原材料中殘留的SO42'Cl—等有害物質(zhì)等。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料的制備方法，其中，所述的步驟(I)中副成分錳的氧化物以Mn3O4的形式加入。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料的制備方法，其中，所述的步驟(2)中去泡劑為正鋅醇，用量為預燒粉料的O. I O. 5wt% ;粘結(jié)劑為聚こ烯醇，用量為預燒粉料的O. 7 I. 2wt%。O. I O. 5wt%的正鋅醇起到分散顆粒，減少顆粒團聚以 及消除在砂磨時產(chǎn)生泡沫等作用；0. 7% I. 2wt%的聚こ烯醇則使料漿在干燥時產(chǎn)生一定大小和強度的顆粒，以保證成型時粉料具有良好的流動性。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料的制備方法，其中，所述的步驟⑶中硬脂酸鋅的用量為顆粒料的O. 05 O. lwt%，它能起到潤滑劑的作用，減少坯件與模具間的摩擦力，延長模具的使用壽命。本發(fā)明通過限制材料主成分、副成分組成及含量，優(yōu)化添加氧化物及控制預燒エ藝和燒結(jié)エ藝，實現(xiàn)了所提供的軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料具有下列特性磁導率μ i :300±25% (f = IMHz)；比溫度系數(shù)α μΓ(Χ10_6) : 15 25 (20 60°C )；飽和磁感應強度Bs (mT)彡 320mT (H = 2000A/m)；居里溫度Tc (°C ) 150 ；電阻R(Q):彡 IO9;比損耗tan δ / μ i (X ICT6) < 31 (f = I MHz)< 300 (f = 5MHz)本發(fā)明中，如無特別說明，出現(xiàn)的專業(yè)術(shù)語或名詞，其含義是本領域通常所指的含義。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是I、本發(fā)明的材料在寬頻(50KHz IOMHz)，特別是高頻(IMHz IOMHz)下具有高的磁導率(μ i ^ 300, f = IMHz)、低比損耗、高電阻率、高居里溫度、低比溫度系數(shù)等特性。2、本發(fā)明主副原材料選取合理，均采用常規(guī)的原材料進行制作；3、本發(fā)明制備エ藝簡單，采用通用的軟磁鐵氧體材料生產(chǎn)エ藝設備。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，更具體地說明本發(fā)明的內(nèi)容。應當理解，本發(fā)明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護范圍。在本發(fā)明中，若非特指，所有的成份百分比均為重量単位，所有的設備和原料等均可從市場購得或是本行業(yè)常用的。實施例I以表I所示的主成分含量稱取Fe203、Ni0、Zn0和CuO原材料，相對于所述的主成分總重量，副成分以各自標準物計的重量百分比含量是MnO 0. 2wt%, Bi2O3 :0. 2wt%, Co2O3 O. 3wt%,V205 0. 05wt%,Zr02 : 0 . 05wt%,Si02 :0. IwtTiO2 :0. 0IwtNb2O5 :0. 02wt%,副成分錳的氧化物MnO以Mn3O4的形式加入，將主成分原料及各副成分原料混合、振磨，然后在950°C的空氣窯中預燒120分鐘，得到經(jīng)過初步反應的預燒粉料。按預燒粉料的重量計，向預燒粉料中加入O. 2wt%的正鋅醇進行砂磨，出料攪拌并加入O. 8wt%的粘接劑聚こ烯醇，經(jīng)噴霧干燥得到平均粒徑在200 μ m的顆粒料。按顆粒料的重量計，在顆粒料中加入O. 05wt%的硬脂酸鋅后壓制成鐵氧體坯件，將坯件放在1080°C的空氣窯中燒結(jié)，保溫時間為120分鐘，得到所述的軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料。通過X熒光分析儀，檢測鐵氧體磁粉的最終組成與設計組成一致。采用HP4291B儀表在U = O. 5V，N = 20Ts, T = 25°C下檢測磁粉的磁導率μ i、比損耗tan δ/μ i、比溫度系數(shù)α μ r、居里溫度Tc ;采用SY8258儀在H = 2KA/m，T = 25°C下測試飽和磁感應強度Bs ;采用MS 8220儀在U = 500V, T = 25°C下測試表面電阻R。結(jié)果見表I。表I
權(quán)利要求
1.一種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料，組成包括主成分和副成分，其特征在于，所述的主成分包括氧化鐵、氧化鎳、氧化鋅和氧化銅，主成分以各自的摩爾百分比含量是=Fe2O3 46. 5 50. Omo 1%, NiO :12· O 17. Omo 1%, ZnO 27. O 31. Omo 1%, CuO 4. O 8. Omo 1% ;所述副成分包括錳的氧化物和氧化鉍，相對于所述的主成分總重量，所述副成分以其標準物MnO和Bi2O3計的重量百分比總量為O. I I. Owt%。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料,其特征在于,相對于所述的主成分總重量，所述的副成分錳的氧化物和氧化鉍，以各自標準物計的重量百分比含量是MnO O O. 50wt%、Bi2O3 0. I O. 5wt%。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料，其特征在于，所述的副成分進ー步包括Co203、V2O5, ZrO2, SiO2, TiO2, Nb2O5中的ー種或幾種，相對于所述的主成分總重量，這些副成分以其標準物計的重量百分比含量是=Co2O3 :0. 3 I. Owt%、V2O5 0. 05 O. 50wt%、ZrO2 0. 01 O. 2wt%、Si02 :0· 05 O. 50wt%、Ti02 :0· 01 O. 2wt%>Nb2O5 :0· 005 O. lwt%。
4.權(quán)利要求1-3之一所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，所述的制備方法依次包括下述步驟 (1)將主成分及各副成分混合、振磨，然后在空氣窯中進行預燒，保溫，得到經(jīng)過初歩反應的預燒粉料， (2)在預燒粉料中混入去泡劑進行砂磨，出料攪拌并加入粘接劑，經(jīng)噴霧干燥得到平均粒徑在80 μ m 300 μ m的顆粒料， (3)在顆粒料中加入硬脂酸鋅后壓制成鐵氧體坯件，將坯件放在1050 1150°C的空氣窯中燒結(jié)，保溫時間為100 150分鐘，得到所述的軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，所述的步驟(I)中預燒溫度為900 1000°C，保溫時間為120 180分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在干，所述的步驟(I)中副成分錳的氧化物以Mn3O4的形式加入。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，所述的步驟(2)中去泡劑為正鋅醇，用量為預燒粉料的O. I O. 5wt% ;粘結(jié)劑為聚こ烯醇，用量為預燒粉料的O. 7 I. 2wt%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在干，所述的步驟(3)中硬脂酸鋅的用量為顆粒料的O. 05 O. lwt%。
全文摘要
本發(fā)明屬于軟磁領域，具體提供了一種軟磁鎳銅鋅鐵氧體材料，組成包括主成分和副成分，其中，所述的主成分包括氧化鐵、氧化鎳、氧化鋅和氧化銅，主成分以各自的摩爾百分比含量是Fe2O346.5～50.0mol%、NiO12.0～17.0mol%、ZnO27.0～31.0mol%、CuO4.0～8.0mol%；所述副成分包括錳的氧化物和氧化鉍，相對于所述的主成分總重量，所述副成分以其標準物MnO和Bi2O3計的重量百分比總量為0.1～1.0wt%。本發(fā)明材料在寬頻50KHz～10MHz下，特別是在高頻1MHz～10MHz下具有高的磁導率(μi≈300，f=1MHz)、高電阻率、低比損耗、低比溫度系數(shù)等特性。
文檔編號C04B35/26GK102690109SQ20121007224
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者鳳晶生, 陳軍林, 陳新彬 申請人:橫店集團東磁股份有限公司