鎳銅鋅鐵氧體的燒結(jié)制度的預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鐵氧體材料的制造領(lǐng)域，尤其涉及一種鎳銅鋅鐵氧體的燒結(jié)制度的預(yù) 測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)由于表面貼裝技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟應(yīng)用，使得信息技術(shù)和電子數(shù)字化產(chǎn) 品引發(fā)了一場(chǎng)電子組裝技術(shù)的變革，高度集成化、微型化、智能化及低成本化成為微機(jī)電和 電子整機(jī)等領(lǐng)域的重要標(biāo)志和發(fā)展趨勢(shì)，也因此對(duì)無(wú)源電子元器件提出了高頻化、小型化、 高密度裝配等方面的要求。從無(wú)源電子元器件的體積、重量及使用數(shù)量方面來(lái)看，疊層電感 器（MLCI)是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用最廣泛的元件之一。但是隨著電子設(shè)備使用頻率越 來(lái)越高、體積越來(lái)越小及重量越來(lái)越輕，也使得各電子設(shè)備和元器件間的相互影響和干擾 日趨嚴(yán)重和復(fù)雜化。其中，電磁干擾會(huì)導(dǎo)致電子系統(tǒng)的性能變差，甚至失效，也對(duì)人類(lèi)生存 環(huán)境帶來(lái)了越來(lái)越嚴(yán)重的污染，所以電磁兼容和電磁干擾消除亦成為疊層電感器等現(xiàn)代電 子產(chǎn)品的基本要求。高功率型疊層片式電感是防止電磁干擾最有效的元件之一，它即可負(fù) 載較大的直流電流，又能較好地吸收電源噪聲，表面安裝的片式結(jié)構(gòu)也能夠適應(yīng)新型電子 設(shè)備體積小、重量輕的要求。
[0003] 國(guó)內(nèi)高功率型MLCI發(fā)展很緩慢，遠(yuǎn)落后于國(guó)外先進(jìn)水平。其中，限制該高功率型 MLCI發(fā)展的兩個(gè)技術(shù)難題分別是疊層元器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)、以及性能優(yōu)良的高功率 型低溫鐵氧體材料。
[0004] NiCuZn鐵氧體是最為廣泛應(yīng)用的一類(lèi)鐵氧體材料，相比于NiZn鐵氧體，Cu的加入 能達(dá)到降低燒結(jié)溫度的效果，同時(shí)這類(lèi)低溫鐵氧體也具有較高磁導(dǎo)率、高居里溫度及低損 耗等突出的電磁性能特點(diǎn)。傳統(tǒng)的制備N(xiāo)iCuZn鐵氧體的途徑主要可分為濕化學(xué)法和氧化 物法。濕化學(xué)法中比較常用的是共沉淀法、溶膠凝膠法和自蔓延合成技術(shù)等。相比而言，氧 化物法（也稱作固相合成法）則具有成本低廉、重復(fù)性較好及工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)內(nèi)外企 業(yè)和研宄單位作為制備N(xiāo)iCuZn鐵氧體的主要研宄途徑。
[0005] 從近幾年的專(zhuān)利和文獻(xiàn)報(bào)道中可以發(fā)現(xiàn)，功率型鐵氧體的研宄工作主要集中在改 變?cè)牧系闹鞒煞峙浞奖壤矫婧投吻蚰キh(huán)節(jié)中的摻雜劑方面。事實(shí)上，NiCuZn鐵氧體 在固相合成中經(jīng)過(guò)不同預(yù)燒階段的鐵氧體粉末皆具有特定的結(jié)晶狀態(tài)、表面活性和粒徑分 布，這些特性直接關(guān)系到NiCuZn鐵氧體在升溫過(guò)程中的燒結(jié)規(guī)律，并影響材料最終的組織 與性能，然而，關(guān)于NiCuZn鐵氧體的致密化等燒結(jié)規(guī)律的技術(shù)方法研宄尚未見(jiàn)到報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于此，有必要提供一種鎳銅鋅鐵氧體的燒結(jié)制度的預(yù)測(cè)方法，該方法能夠有效 地減少制備鎳銅鋅鐵氧體時(shí)的能源損耗和縮短制備時(shí)間。
[0007] -種鎳銅鋅鐵氧體的燒結(jié)制度的預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：
[0008] 將Fe203、CuO、ZnO及NiO加水混合，得到漿料；
[0009] 將所述漿料烘干，得到混合粉末；
[0010] 將所述混合粉末于700°C~900°C保溫預(yù)燒4小時(shí)~6小時(shí)，得到預(yù)燒粉末；
[0011] 將所述預(yù)燒粉末與燒結(jié)助劑混合，經(jīng)壓制成型，得到測(cè)試樣品，并測(cè)定所述測(cè)試樣 品的初始密度；
[0012] 將所述測(cè)試樣品以第一升溫速率勻速升溫，直至所述測(cè)試樣品的長(zhǎng)度不再變化， 停止升溫，并采集所述測(cè)試樣品在升溫過(guò)程中的實(shí)時(shí)長(zhǎng)度及對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)溫度；
[0013] 根據(jù)所述測(cè)試樣品的實(shí)時(shí)長(zhǎng)度和初始密度計(jì)算出所述測(cè)試樣品的實(shí)時(shí)相對(duì)燒結(jié) 密度，根據(jù)所述實(shí)時(shí)相對(duì)燒結(jié)密度和所述實(shí)時(shí)溫度建立燒結(jié)過(guò)程中所述測(cè)試樣品的相對(duì)燒 結(jié)密度與溫度的關(guān)系曲線；
[0014] 根據(jù)所述測(cè)試樣品的相對(duì)燒結(jié)密度與溫度的關(guān)系曲線以及主燒結(jié)曲線理論，獲得 所述測(cè)試樣品的燒結(jié)激活能；
[0015] 根據(jù)所述主燒結(jié)曲線理論、所述測(cè)試樣品的燒結(jié)激活能以及所述測(cè)試樣品的實(shí)時(shí) 相對(duì)燒結(jié)密度，建立所述測(cè)試樣品的燒結(jié)致密化預(yù)測(cè)曲線；
[0016] 根據(jù)所述測(cè)試樣品的燒結(jié)致密化預(yù)測(cè)曲線建立所述測(cè)試樣品在升溫過(guò)程中的相 對(duì)燒結(jié)密度、溫度和時(shí)間的三維關(guān)系圖。
[0017] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所述測(cè)試樣品的實(shí)時(shí)長(zhǎng)度和初始密度計(jì)算出所述測(cè)試 樣品的實(shí)時(shí)相對(duì)燒結(jié)密度時(shí)使用的計(jì)算公式為：P = (lAi-dL/u)3) P^，其中，定義所述 測(cè)試樣品的初始密度為P 〇,定義所述測(cè)試樣品的實(shí)時(shí)相對(duì)燒結(jié)密度為P，定義所述測(cè)試樣 品的初始長(zhǎng)度為U，定義所述測(cè)試樣品升溫過(guò)程的實(shí)時(shí)長(zhǎng)度為L(zhǎng)。
[0018] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一升溫速率為2°C /min~10°C /min。
[0019] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，在建立所述三維關(guān)系圖的步驟之前，還包括對(duì)所述測(cè)試樣 品的燒結(jié)致密化預(yù)測(cè)曲線的驗(yàn)證步驟，所述驗(yàn)證步驟具體為：按照制備所述測(cè)試樣品的步 驟制備驗(yàn)證樣品，并以第二升溫速率升溫到所述測(cè)試樣品的長(zhǎng)度不再變化時(shí)的溫度，按照 建立所述測(cè)試樣品的燒結(jié)致密化預(yù)測(cè)曲線的步驟，建立所述驗(yàn)證樣品的燒結(jié)致密化預(yù)測(cè)曲 線，比較所述測(cè)試樣品的燒結(jié)致密化預(yù)測(cè)曲線和所述驗(yàn)證樣品的燒結(jié)致密化預(yù)測(cè)曲線以判 斷所述測(cè)試樣品的燒結(jié)致密化預(yù)測(cè)曲線的準(zhǔn)確性。
[0020] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二升溫速率為2°C /min~10°C /min。
[0021] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，采集所述測(cè)試樣品在升溫過(guò)程中的實(shí)時(shí)長(zhǎng)度及對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí) 溫度時(shí)使用的裝置為熱膨脹分析儀。
[0022] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，，將所述測(cè)試樣品以所述第一升溫速率勻速升溫的步驟是 在空氣的環(huán)境下進(jìn)行的。
[0023] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，將所述Fe203、CuO、ZnO及NiO加水混合的步驟中，所述 Fe203、Cu0、Zn0和NiO摩爾百分含量分別為47%~49%、5%~12%、18%~25%及18%~ 25%〇
[0024] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述燒結(jié)助劑包括三氧化二鈷和氧化鉍，所述三氧化二鈷 的質(zhì)量是所述預(yù)燒粉末的質(zhì)量的〇. 1 %~〇. 4%，所述氧化鉍的質(zhì)量是所述預(yù)燒粉末的質(zhì) 量的2%~3%。
[0025] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，將所述預(yù)燒粉末與所述燒結(jié)助劑混合的步驟具體為：以去 離子水為介質(zhì)，將所述預(yù)燒粉末和所述燒結(jié)助劑球磨混合2小時(shí)~6小時(shí)，然后干燥。
[0026] 上述鎳銅鋅鐵氧體的燒結(jié)制度的預(yù)測(cè)方法首先通過(guò)制備預(yù)燒粉末，以獲得具有尖 晶石結(jié)構(gòu)的鐵氧體，并通過(guò)壓制成型制備成測(cè)試樣品，接著勻速升溫，根據(jù)測(cè)試樣品的實(shí)時(shí) 長(zhǎng)度計(jì)算得到實(shí)時(shí)燒結(jié)密度，以建立測(cè)試樣品的相對(duì)燒結(jié)密度與溫度的關(guān)系曲線，結(jié)合主 燒結(jié)曲線，進(jìn)一步獲得測(cè)試樣品的燒結(jié)激活能，并建立測(cè)試樣品的燒結(jié)致密化預(yù)測(cè)曲線，最 終根據(jù)測(cè)試樣品的燒結(jié)致密化預(yù)測(cè)曲線建立測(cè)試樣品在升溫過(guò)程中的相對(duì)燒結(jié)密度、溫度 和時(shí)間的三維關(guān)系圖，通過(guò)三維關(guān)系圖，可以很明確的根據(jù)所需的相對(duì)燒結(jié)密度來(lái)選擇合 適的燒結(jié)制度，或者可以根據(jù)燒結(jié)溫度和時(shí)間準(zhǔn)確的得知鎳銅鋅鐵氧體的相對(duì)燒結(jié)密度， 即通過(guò)三維關(guān)系圖能夠有效地預(yù)測(cè)固相合成時(shí)的鎳銅鋅鐵氧體在燒結(jié)過(guò)程中的收縮速率 或致密化行為，從而可以根據(jù)鎳銅鋅鐵氧體的致密度需求制定合適的燒結(jié)制度，有效地減 少了多次實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致的材料和時(shí)間的浪費(fèi)，降低了能耗，縮短了時(shí)間，同時(shí)也為研宄開(kāi)發(fā)高性 能鎳銅鋅鐵氧體提供了一種快捷有效的技術(shù)途徑。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為一實(shí)施方式的鎳銅鋅鐵氧體的燒結(jié)制度的預(yù)測(cè)方法的流程圖；
[0028] 圖2為實(shí)施例1的測(cè)試樣品的相對(duì)燒結(jié)密度與溫度的關(guān)系曲線圖；
[0029] 圖3為實(shí)施例1的測(cè)試樣品的燒結(jié)致密化預(yù)測(cè)曲線圖；
[0030] 圖4為實(shí)施例1的測(cè)試樣品在升溫過(guò)程中的相對(duì)燒結(jié)密度、溫度和時(shí)間的三維關(guān) 系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面主要結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)鎳銅鋅鐵氧體的燒結(jié)制度的預(yù)測(cè)方法作進(jìn)一 步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0032] 如圖1所示，一實(shí)施方式的鎳銅鋅鐵氧體的燒結(jié)制度的預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：
[0033] 步驟SllO :將Fe203、CuO、ZnO及NiO加水混合，得到漿料。
[0034] 優(yōu)選的，將Fe203、CuO、ZnO及NiO加水混合的步驟中，F(xiàn)e 203、CuO、ZnO和NiO摩爾 百分比分別為47%~49%、5%~12%、18%~25%及18%~25%。上述配方中的鐵含量 車(chē)父少，有利于提尚最終鐵氧體的品質(zhì)因數(shù)。
[0035] 其中，將Fe203、CuO、ZnO及NiO加水混合的方法為球磨混合。
[0036] 進(jìn)一步的，球磨混合的方法為高能球磨法。高能球磨法是利用球磨的轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)， 使硬球?qū)υ牧线M(jìn)行強(qiáng)烈的撞擊、研磨和攪拌，把粉末粉碎為納米級(jí)微粒的方法。
[0037] 具體的，球磨的時(shí)間為4小時(shí)~8小時(shí)。步驟SllO中加入的水為