专利名称：一种低温烧结高磁导率NiCuZn铁氧体材料的制作方法
技术领域：
本发明 涉及一种低温烧结高磁导率NiCuZn铁氧体材料制备方法。
背景技术：
现代电子技术的不断进步，要求电子设备不断向小型化、轻量化、薄型化方向发展，另外为适应现代通讯、网络技术、计算机、视听设备、电子办公设备、汽车电子系统、军用及航空航天电子以及电磁兼容(EMC)的需要，作为三大无源器件之一的片式电感器也获得了较大的发展。从结构上来说，片式电感器有两种，一是叠层片式电感器，另一种是绕线式片式电感器。这两种片式电感器各有其突出的优点叠层片式电感器尺寸可以做得更小，但由于结构的原因，电感量不能做得很大，而且允许通过的额定直流电流有限；绕线式片式电感器则可以将电感做得较大，而且允许通过的额定直流电流可以较大，但尺寸做得更小有困难。因此，这两种片式电感器在不同的场合有不同的应用，两者相互补充，缺一不可。传统的高磁导率NiZn铁氧体，由于烧结温度高，且烧结密度难以提高，因此，产品强度也较差，难以用到绕线式片式电感器应用领域。通过在NiZn铁氧体材料中引入适量的Cu取代部分Ni而形成的NiCuZn铁氧体材料，不仅可以显著改善材料的烧结特性，而且在一定的范围内还对材料的磁导率、体密度及强度都有一定的调整和改善作用。国外最早开发了利用氧化物法制备用于绕线式片式电感器的NiCuZn铁氧体材料。早期用于绕线式片式电感器的NiCuZn铁氧体材料，尽管与传统NiZn材料相比，烧结温度已降低到1150°C左右，但在高频及机械强度方面仍然不能满足新型绕线式片式电感器进一步向小型化方向的发展需求。为此，必须在配方及烧结工艺上作进一步改进。为了降低烧结温度，改善材料的性能，目前主要采取的措施主要有以下几类1、采取或发明新的制备方法取代原有的氧化物法。例如共沉淀法、溶胶凝胶法、溶胶_凝胶自蔓延燃烧法、水热法和自蔓延法等。虽然这些方法都各自有其特点，也在一定程度上克服了氧化物法的一些缺陷，但制造成本过高，另外工艺控制及稳定性方面与氧化物法相比，还是存在着许多的不足，技术也不够成熟，对环境还有一定程度的污染。2、添加助熔剂。在以往的制造方法或发明中，通常添加Bi203、V2O5, MoO3> In2O3以及其他有关氧化物的组合作为助熔剂，虽然对于降低烧结温度有一定的效果，但随着助熔剂的添加，材料的损耗增大，使得产品的性能下降；另外，由于这些氧化物的价格很高，大大增加了生产成本；因此，必须寻找更为合适的微量添加元素。3、调整工艺，细化粉料。将粉料的平均粒度减小到亚微米或纳米级别，增加了颗粒的比表面积，提高了粉料的活性，但是单纯的减小粒度，将对设备提出更高的要求，不利于成本的下降，而且单纯通过调整工艺减小粒度也有一定的限度，不能够无限的减小粒度，当粒度下降到一定程度后，容易重新团聚。 因此，最好的办法还是采用氧化物法，通过优化材料配方，选择更为合适的微量元素并确定其最佳加入量，通过大量 工艺实验确定最佳烧结工艺参数，从而获得具有较高磁导率的低温烧结NiCuZn铁氧体材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温烧结高磁导率MCuZn铁氧体材料制备方法。本发明提供的一种NiCuZn铁氧体材料，其特征是该材料包括主成分以及辅助成分，主成分以氧化物含量计算为=Fe2O3为40. 5 49. 6mol% ；ZnO为30 47mol% ；CuO为 5 20mol% ；余为NiO ；所述辅助成分包括NaC03、B203、Ta2O5，相对所述主成分总量，辅助成分的含量分别是NaCO3 0. 08 0. 65wt%,B203 0. 03 0. 55wt%,Ta2O5 0. 05 0. 45wt%0本发明制备的NiCuZn铁氧体材料，其特征是可以在900°C以下烧结而成，获得的材料在25°C下的起始磁导率高达2850，在IOOkHz和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于5. 5 X 10_6，在500kHz和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于25. 6X 10_6。本发明所采用的有关辅助成分如NaC03、B203、Ta2O5等，价格较为低廉，这可以大大降低生产成本。低温烧结高磁导率NiCuZn铁氧体材料制备方法的步骤为(1)原材料混合并预烧取40. 5 49. 6mol %的Fe2O3^ 30 47mol %的ZnO, 5 20mol %的CuO，余为NiO作为原材料，混合并研磨至1. 0-5. Oym,烘干后进行预烧；(2)对预烧料进行辅助成分的添加采用NaC03、B203、Ta2O5作为添加剂，其中=NaCO30. 08 0. 65wt%,B203 0. 03 0. 55wt%, Ta2O5 0. 05 0. 45wt% ；(3)砂磨或球磨将铁氧体预烧料及上述微量元素放入砂磨或球磨机进行研磨， 使预烧料的平均粒度小于1. 0 μ m ；(4)干燥造粒并成型将料浆进行喷雾干燥造粒，并将铁氧体粉粒料压制成铁氧体毛坯；(5)烧结将铁氧体毛坯放入炉内烧结，烧结温度为860 900°C，烧结时间为 10-20小时，保温2 4小时。具体的原材料混合和预烧工艺原材料先进行一次砂磨并喷雾干燥造粒，将称量好的原材料放入砂磨机中，并在事前加入等重量的去离子水，砂磨0.5小时左右；在原材料料浆中加入约10% PVA溶液(浓度为10%左右)，进行一次喷雾干燥造粒。然后，将一次喷雾干燥造粒粉料通过回转窑进行预烧，预烧温度为700 750°C。二次砂磨及喷雾干燥造粒工艺将铁氧体预烧料及上述辅助成分放入砂磨机中，并在事先加入等重量的去离子水，砂磨1 2小时，使预烧料的平均粒度小于1. 0 μ m ；在铁氧体料浆中加入约10% PVA溶液(浓度为10%左右)，进行二次喷雾干燥造粒。成型与烧结工艺将铁氧体毛坯放入炉内烧结，烧结温度为860 900°C，烧结时间尤其为10_20小时，保温2 4小时。本发明的有益效果是利用本发明制备的MCuZn铁氧体材料晶粒尺寸均勻，晶界清楚，晶粒完整，高频特性优良；密度及机械强度较高，适宜用于绕线式片式电感器的制造。 本发明使用CuO替代了部分NiO，同时添加一些微量元素，例如NaC03、B2O3> Ta2O5，使烧结温度大幅度降低，本发明制备的NiCuZn铁氧体材料可以在900°C以下烧结而成，从而大大改善材料的高频电磁性能，又提高材料的烧结密度，大大提高材料的机械强度，满足绕线式片式电感器的制造工艺要求，获得的材料在25°C下的起始磁导率高达2800，在IOOkHz和 0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于5. 5 X 10_6，在500kHz和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于25. 6X 10_6。本发明所采用的有关辅助成分如NaC03、B203、Ta2O5等，价格较为低廉，这可以大大降低生产成本，同时由于铁氧体可以在更低的温度下烧结，因而可以大大节省能源。
具体实施例方式以下，说明本发明的实施方式。 本发明提供了一种低温烧结高磁导率NiCuZn铁氧体材料及其制备方法。通过优化材料配方，选择合适的辅助成分，并确定其最佳加入量，通过大量实验确定了最佳烧结工艺参数，使预烧温度低于750°C，烧结温度低于900°C，大大改善材料的高频电磁性能，提高了材料的烧结密度，并提高了材料的机械强度，满足了绕线式片式电感器的制造工艺要求， 另一方面又节省能源，大大降低了生产制造成本。材料的初始磁导率高达2850，在IOOkHz 和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于5. 5 X 10_6，在500kHz和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于25.6 X 10_6。制造低温烧结高磁导率Ni CuZn铁氧体材料，所选择的原材料采用工业纯的 Fe203、Zn0、Ni0和CuO。按照配方称取各种原材料进行湿磨，混磨设备选用砂磨机。在湿磨过程中，加入等质量的去离子水，砂磨0. 5小时左右，使得原材料充分混合均勻。预烧时的温度范围为700 750°C，由于主配方为富Cu配方，CuO能够与Fe203在 700°C附近形成CuFe204，使得尖品石铁氧体能够在很低的温度形成，这对于促进后续的烧结反应是非常有利的，并能够有效的降低烧结温度。本发明采用了非常有效的微量元素添加组合，采用NaC03、B2O3联合添加作为助熔齐U，能够有效的降低烧结温度，使得烧结温度降低到900°c以下，并促进铁氧体晶粒有效生长，使铁氧体材料的初始磁导率高达2950。但由于NaCO3和B2O3对促进铁氧体液相烧结的显著作用，很容易促使铁氧体晶粒异常生长，因此，当单独添加NaCO3和B2O3时，铁氧体材料的高频性能较差，在500kHz和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数大于250X 10_6。为了获得优良的高频性能，有必要引入某些氧化物，来控制晶粒的异常生长。本发明通过大量的试验发现，Ta2O5能够有效控制铁氧体晶粒的异常生长，这是由于Ta2O5具有很高的熔点，同时Ta原子半径较大，很难进入铁氧体晶粒内部，从而能够有效阻止因NaCO3 和B2O3的加入所引起的铁氧体晶粒的异常生长。通过对辅助成分NaC03、B2O3以及Ta2O5的加入量的组合试验，发现辅助成分的加入量分别是=NaCO3 0. 08 0. 65wt%, B2O3 0. 03 0. 55wt%, Ta2O5 0. 05 0. 45wt%时，能够获得优良的电磁性能。材料可以在900°C以下烧结，获得的初始磁导率高达2850，在IOOkHz和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于 5. 5 X 10_6，在500kHz和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于25. 6X 10_6。这是由于通过添加Ta2O5获得了良好的显微结构，铁氧体材料晶粒尺寸均勻，晶界清楚，晶粒完整，高频特性优良，同时铁氧体密度及机械强度明显提高，满足了绕线式片式电感器的制造工艺要求。本发明提供的初始磁导率为2850低温烧结高磁导率MCuZn铁氧体材料及制备过程具体说明如下1、原材料 的选择和主配方设计本发明提供的高磁导率低温烧结的NiCuZn铁氧体材料的原材料，选择工业纯的Fe203、Zn0、Ni0和CuO。铁氧体材料的主要组成及含量以氧化物计算为=Fe2O3 为 40. 5 49. 6mol% ；ZnO 为 30 47mol% ；CuO 为 5 20mol% ；余为 NiO ；(1)原材料混合按照配方称取相应的原材料。(2) 一次砂磨将称量好的原材料放入砂磨机中，并在事前加入等重量的去离子水，砂磨0. 5小时左右；平均粒度一般控制在1. 0-5. Oym0(3) 一次喷雾干燥造粒在原材料料浆中加入约10% PVA溶液(浓度为10%左
右)，进行一次喷雾干燥造粒。(4)预烧将一次喷雾造粒粉料通过回转窑进行预烧，预烧温度为700 750°C。(5)辅助成分的添加采用NaCO3> B203、Ta2O5作为添加剂，其中=NaCO3 0. 08 0. 65wt %、B2O3 0. 03 0. 55wt %、Ta2O5 0. 05 0. 45wt %。(6) 二次砂磨将铁氧体预烧料及上述杂质放入砂磨机中，并在事先加入等重量的去离子水，砂磨2小时，使预烧料的平均粒度小于Iym;(7) 二次喷雾干燥造粒在铁氧体料浆中加入约10% PVA溶液(浓度为10%左右)，进行二次喷雾干燥造粒。(8)成型对二次喷雾干燥造粒铁氧体粉料进行压制成铁氧体毛坯。(9)烧结将铁氧体毛坯放入炉内烧结，烧结温度为860 900°C，烧结时间为 10-20小时，保温2 4小时。烧结在空气中进行，无需保护气氛，烧结设备可以是箱式炉、 钟罩炉或者是全自动推板窑。通过本发明方法制备的NiCuZn铁氧体材料能够实现在900°C以下范围内烧结，初始磁磁导率为2850，，在IOOkHz和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于5. 5X10—6，在 500kHz和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于25. 6X 10_6。本发明提供了一种低温烧结高磁导率MCuZn铁氧体材料及其制备方法。通过优化材料配方，选择合适的辅助成分， 并确定其最佳加入量，通过大量实验确定了最佳烧结工艺参数，使预烧温度低于750°C，烧结温度低于900°C，大大改善材料的高频电磁性能，提高了材料的烧结密度，并提高了材料的机械强度，满足了绕线式片式电感器的制造工艺要求，另一方面又节省能源，大大降低了生产制造成本。以下是具体实施例以进一步说明本发明的效果。实施例1 (1)原材料的选择提供的低温烧结的NiCuZn铁氧体材料的原材料选择工业纯的 Fe203、Zn0、Ni0、Cu0。(2)成分设计与称料按照主成分Fe2O3为49. 2mol%, ZnO为37mol %、CuO为 IOmol %、NiO 为 3. 8mol %，称取相应重量的 Fe203、ZnO、CuO 和 NiO。(3)原材料的混合将称好的原材料放入砂磨机中，加入等重量的去离子水，砂磨 0. 5小时。(4) 一次喷雾干燥造粒在原材料料浆中加入约10% PVA溶液(浓度为10%左右)，进行一次喷雾干燥造粒。
(5)预烧将一次喷雾干燥造粒粉料通过回转窑进行预烧，预烧温度为750°C。(6)辅助成分添加 NaCO3 0. 60wt %、B2O3 0. 08wt %、Ta2O5 0. 25wt %。(7) 二次砂磨将铁氧体预烧料及上述辅助成分放入砂磨机中，并在事先加入等重量的去离子水，砂磨2小时，使预烧料的平均粒度小于1. 0 μ m ；(8) 二次喷雾干燥造粒在铁氧体料浆中加入约10% PVA溶液(浓度为10%左右)，进行二次喷雾干燥造粒。(9)成型对二次喷雾干燥造粒铁氧体粉料进行压制成铁氧体样环毛坯。(10)烧结将铁氧体毛坯放入箱式炉内烧结，烧结温度为890°C，保温3小时，烧结在空气中进行，无需保护气氛，随炉冷却到室温。制备好的样环的磁性能测试在HP4284A阻抗分析仪上进行，样品的密度采用浮力法测量。样品的磁性能和密度测试结果如表1所示表1 烧结样品的磁性能和密度的测试结果
权利要求
1.一种低温烧结高磁导率MCuZn铁氧体材料，其特征在于该材料是一种MCuZn 铁氧体材料，包括主成分以及辅助成分，主成分以氧化物含量计算为=Fe2O3为40. 5 49. 6mol % ；ZnO为30 47mol % ；CuO为5 20mol % ；余为NiO ；所述辅助成分包括NaC03、 B203、Ta2O5，相对所述主成分总量，NaC03、B203、Ta205的总含量为0. 16wt% 1. 65wt%。本发明制备的NiCuZn铁氧体材料，其特征在于该材料可以在900°C以下烧结而成，获得的材料在25°C下的起始磁导率高达2850，在IOOkHz和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于5. 5X 10_6，在500kHz和0. 25mT的测试条件下的比损耗系数小于25. 6X 10_6。
2.根据权利要求1所述的低温烧结高磁导率MCuZn铁氧体材料，其特征在于所述辅助成分相对于主成分的含量分别是NaCO3 0. 08 0. 65wt %, B2O3 0. 03 0. 55wt %, Ta2O5 0. 05 0. 45wt%。
全文摘要
本发明公开了一种绕线式片式电感器用低温烧结高磁导率NiCuZn铁氧体材料及其制备方法。其主成分包括，以氧化物含量计算为Fe2O3为40.5～49.6mol％；ZnO为30～47mol％；CuO为5～20mol％；余为NiO。制备方法的步骤为(1)原材料混合，(2)一次砂磨，(3)一次喷雾干燥造粒，(4)预烧，(5)微量元素添加，(6)二次砂磨，(7)二次喷雾干燥造粒，(8)成型，(9)烧结。本发明通过添加辅助成分，例如NaCO3、B2O3、Ta2O5等，使烧结温度大幅度降低，烧结温度低于900℃，大大改善材料的高频电磁性能，提高了材料的烧结密度，并提高了材料的机械强度，满足了绕线式片式电感器的制造工艺要求；另一方面又节省能源，大大降低了生产制造成本。材料的初始磁导率高达2850，在100kHz和0.25mT的测试条件下的比损耗系数小于5.5×10-6，在500kHz和0.25mT的测试条件下的比损耗系数小于25.6×10-6。
文档编号C04B35/26GK102211929SQ20111007017
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者陆明岳 申请人:泰兴市中恒建筑装饰工程有限公司