專利名稱：氧化物改性制備低溫?zé)Y(jié)平面六角鐵氧體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化物改性制備低溫?zé)Y(jié)平面六角鐵氧體的方法，適用于甚高頻段的多層片式電感器件，屬于電子元器件新材料、新工藝領(lǐng)域。
隨著表面安裝技術(shù)(SMT)的日益發(fā)展，對(duì)表面安裝元件(SMD)的性能要求越來(lái)越高，成本卻越來(lái)越低。作為SMD元件的重要組成元件之一，片式電感的發(fā)展趨勢(shì)也是如此。軟磁鐵氧體是制造片式電感的主要基體材料，為降低元器件的成本，目前只能選擇降低鐵氧體燒結(jié)溫度和比較廉價(jià)的內(nèi)電極材料。Ag或Ag-Pd合金電極是最常用的廉價(jià)內(nèi)電極材料，但它的熔點(diǎn)不超過(guò)961℃，為實(shí)現(xiàn)軟磁鐵氧體材料與低熔點(diǎn)內(nèi)電極材料的共燒結(jié)與防止Ag向元件內(nèi)部擴(kuò)散，必須降低片式電感的最終燒結(jié)溫度。
常用的中、高頻Ni-Zn-Cu軟磁鐵氧體已經(jīng)通過(guò)制備超細(xì)高活性粉體成功實(shí)現(xiàn)片式電感的低溫?zé)Y(jié)并應(yīng)用于生產(chǎn)。但是適用于甚高頻段的平面六角晶系Co2Z(Ba3Co2Fe24O41)型軟磁鐵氧體，由于本身結(jié)構(gòu)與組成的復(fù)雜性，一直未能實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)。隨著信息通訊技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)片式電感的性能要求越來(lái)越高，人們?cè)絹?lái)越迫切地渴望實(shí)現(xiàn)Co2Z型鐵氧體低溫?zé)Y(jié)并將相應(yīng)多層片式電感產(chǎn)品投放于市場(chǎng)。
傳統(tǒng)的鐵氧體陶瓷工藝的燒結(jié)溫度很高，對(duì)于Co2Z(Ba3Co2Fe24O41)鐵氧體來(lái)說(shuō)，可達(dá)1250-1350℃，為了降低陶瓷的燒結(jié)溫度，往往需要添加比較多的玻璃相化合物或低熔點(diǎn)化合物，雖然工藝流程易于控制和掌握，但是所燒結(jié)的鐵氧體樣品的某些微波性能，如品質(zhì)因數(shù)、截止頻率、介電常數(shù)等均不太理想，嚴(yán)重影響了Z型鐵氧體材料及其元器件的商品化。
本發(fā)明的目的是提出一種氧化物改性制備低溫?zé)Y(jié)平面六角鐵氧體的方法，從材料結(jié)構(gòu)學(xué)的角度出發(fā)，在傳統(tǒng)的鐵氧體陶瓷燒結(jié)工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加有效組分來(lái)調(diào)制Co2Z(Ba3Co2Fe24O41)鐵氧體的微結(jié)構(gòu)，使調(diào)制改性后的鐵氧體的熔點(diǎn)降低，然后再適量加入一些助熔劑，從而達(dá)到降低燒結(jié)溫度的目的。這樣燒結(jié)的樣品晶粒尺寸小而均勻，低溫?zé)Y(jié)后材料的致密度也有了較大的提高，工藝過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，所做成的電感器件綜合性能也很優(yōu)良。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的工藝是用Cu或Cu、Zn的氧化物對(duì)純Co2Z(Ba3Co2Fe24O41)改性以制備鐵氧體(Co2-x-yZnxCuy)Fe24-δO41粉，上式中的各參數(shù)分別是0≤X≤1,0≤Y≤0.8,0≤δ≤2，其制備方法包括下列各步驟(1)按化學(xué)計(jì)量比稱取適量分析純的Fe2O3、Co2O3、BaCO3、CuO、ZnO；(2)在乙醇中以鋼球?yàn)槊襟w球磨混合12-24小時(shí)，烘干后過(guò)60-120目篩；(3)按2-10℃升溫速度加熱到1000-1200℃預(yù)燒保溫2-5小時(shí)；(4)往第(3)步預(yù)燒粉中加入0-4wt％的助熔劑Bi2O3或V2O5，再球磨混合24-72小時(shí)，烘干后加入6-10wt％的PVA溶液，溶液的濃度為4-7％，過(guò)60-120目篩，造粒，成型；(5)按2-10℃/min升溫速度加熱到800-950℃，保溫4-8小時(shí)，即得平面六角鐵氧體粉。
本發(fā)明采用普通的氧化物陶瓷工藝方法，從材料自身結(jié)構(gòu)著手，不改變傳統(tǒng)的氧化物陶瓷工藝流程，成功地實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)Y(jié)，使燒結(jié)溫度降低了400℃左右，而且在900℃左右燒結(jié)后材料的顆粒比較細(xì)小，晶粒分布也比較均勻，材料的綜合磁性能也比較優(yōu)良，采用此法不用投資任何新的生產(chǎn)設(shè)備，不用改變傳統(tǒng)的工藝方法，即可生產(chǎn)出高性能的多層片式電感元器件(MLCI)。由于實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)Y(jié)，節(jié)約了大量電能，減少了設(shè)備損耗，從而顯著降低了粉體及電感產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。


；圖1是燒結(jié)鐵氧體樣品的磁性能，其中μi表示初始磁導(dǎo)率，Q表示品質(zhì)因數(shù)。
圖2是燒結(jié)鐵氧體樣品的μQ積。
圖中虛線代表非改性樣品，實(shí)線代表改性樣品。
下面介紹本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1(Ba3Co1.8Cu0.2Fe23.6O41)(1)按化學(xué)計(jì)量比稱取分析純的Fe2O3、Co2O3、BaCO3、CuO；(2)在乙醇中以鋼球?yàn)槊襟w球磨混合24小時(shí)，烘干后過(guò)60目篩；(3)按3℃/min的升溫速度加熱到1120℃預(yù)燒保溫3小時(shí)；(4)往第(3)步預(yù)燒粉中加入2wt％的Bi2O3，再球磨混合48小時(shí)，烘干后加入6-10％的PVA溶液，溶液濃度為5％，過(guò)60目篩，造粒，成型；(5)按5℃/min的升溫速度加熱到880℃，于空氣中保溫4小時(shí)。
燒結(jié)后材料的顆粒細(xì)、分布均勻，致密度也高，材料的綜合磁性能優(yōu)良，在甚高頻段，初始磁導(dǎo)率達(dá)到3.2，截止頻率顯著提高，超過(guò)1GHz，品質(zhì)因數(shù)也比非低燒材料有明顯的改善。
實(shí)施例2(Ba3Co1.4Zn0.4Cu0.2Fe23.6O41)(1)按化學(xué)計(jì)量比稱取分析純的Fe2O3、Co2O3、BaCO3、CuO、ZnO；(2)在乙醇中以鋼球?yàn)槊襟w球磨混合24小時(shí)，烘干后過(guò)60目篩；(3)按2℃/min的升溫速度加熱到1140℃預(yù)燒保溫4小時(shí)；(4)往第(3)步預(yù)燒粉中加入3wt％的Bi2O3，再球磨混合48小時(shí)，烘干后加入6-10％的PVA溶液，溶液濃度為5％，過(guò)60目篩，造粒，成型；(5)按5℃/min的升溫速度加熱到875℃，于空氣中保溫6小時(shí)。
燒結(jié)后材料的顆粒細(xì)、分布均勻，致密度高，材料的綜合磁性能優(yōu)良，在甚高頻段，初始磁導(dǎo)率達(dá)到4.0，截止頻率顯著提高，超過(guò)1GHz，品質(zhì)因數(shù)也比非低燒材料的有明顯的改善。
實(shí)施例3(Ba3Co1.2Zn0.4Cu0.4Fe23.6O41)(1)按化學(xué)計(jì)量比稱取分析純的Fe2O3、Co2O3、BaCO3、CuO、ZnO；
(2)在乙醇中以鋼球?yàn)槊襟w球磨混合24小時(shí)，烘干后過(guò)60目篩；(3)按2℃/min的升溫速度加熱到1100℃預(yù)燒保溫4小時(shí)；(4)往第(3)步預(yù)燒粉中加入2wt％的V2O5，再球磨混合48小時(shí)，烘干后加入6-10％的PVA溶液，溶液濃度為5％，過(guò)60目篩，造粒，成型；(5)按5℃/min的升溫速度加熱到875℃，于空氣中保溫4小時(shí)。
燒結(jié)后材料的顆粒細(xì)、分布均勻，致密度高，材料的綜合磁性能優(yōu)良，在甚高頻段，初始磁導(dǎo)率達(dá)到3.5，截止頻率顯著提高，超過(guò)1GHz，品質(zhì)因數(shù)也比相應(yīng)非低溫?zé)Y(jié)材料的有明顯的改善。
比較例1(Ba3Co2Fe24O41)采用普通的鐵氧體燒結(jié)工藝，按摩爾比稱取適量的分析純?cè)戏垠wBaCO3、Co2O3、Fe2O3，在乙醇中以鋼球?yàn)槊襟w球磨混合24小時(shí)，在1200℃于空氣中預(yù)燒3小時(shí)，往預(yù)燒粉中加入8％wt的PVA溶液，溶液濃度為5％，過(guò)120目篩，造粒，成型，于1270℃空氣中燒結(jié)。測(cè)得樣品的初始磁導(dǎo)率為10，品質(zhì)因數(shù)則不能滿足使用要求，孔隙率比較高，晶粒內(nèi)部甚至也存在氣孔。
權(quán)利要求
1.一種氧化物改性制備低溫?zé)Y(jié)平面六角鐵氧體的方法，其特征在于，該方法是用Cu或Cu、Zn的氧化物對(duì)純Co2Z(Ba3Co2Fe24O41)改性以制備鐵氧體(Co2-x-yZnxCuy)Fe24-δO41粉，上式中的各參數(shù)分別是0≤X≤1,0≤Y≤0.8,0≤δ≤2，其制備方法包括下列各步驟(1)按化學(xué)計(jì)量比稱取適量分析純的Fe2O3、Co2O3、BaCO3、CuO、ZnO(2)在乙醇中以鋼球?yàn)槊襟w球磨混合12-24小時(shí)，烘干后過(guò)60-120目篩；(3)按2-10℃升溫速度加熱到1000-1200℃預(yù)燒保溫2-5小時(shí)；(4)往第(3)步預(yù)燒粉中加入0-4wt％的助熔劑Bi2O3或V2O5，再球磨混合24-72小時(shí)，烘干后加入6-10wt％的PVA溶液，溶液的濃度為4-7％，過(guò)60-120目篩，造粒，成型；(5)按2-10℃/min升溫速度加熱到800-950℃，保溫4-8小時(shí)，即得平面六角鐵氧體粉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化物改性制備低溫?zé)Y(jié)平面六角鐵氧體的方法,該方法是首先按化學(xué)計(jì)量比稱取原料,然后在乙醇中以鋼珠為媒體球磨,烘干后過(guò)篩,然后按一定升溫速度升溫至1000—1200℃,保溫,最后加入助熔劑,球磨,烘干后再加PVA溶液,過(guò)篩、造粒、成型再燒結(jié),即制得本發(fā)明的產(chǎn)品。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)Y(jié)鐵氧體粉,顯著降低了粉體及電感產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C01G49/02GK1208020SQ98117800
公開(kāi)日1999年2月17日 申請(qǐng)日期1998年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月18日
發(fā)明者張洪國(guó), 張藥西, 周濟(jì), 岳振星, 桂治輪, 李龍土 申請(qǐng)人:清華大學(xué)