一种AI智能芯片电感用软磁铁氧体材料及其制备方法与流程

本发明涉及软磁铁氧体材料，特别涉及一种ai智能芯片电感用软磁铁氧体材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着ai人工智能、自动驾驶等大算力的应用场景及技术发展,gpu、cpu等芯片起到关键作业，作为前端供电给芯片的电感，要求具有高效率、小体积、能够响应大电流变化从而更适合用于高功率芯片运行。

2、这就要求芯片电感使用的铁氧体材料具有宽频、高bs、低损耗的特性。但随着使用频率上升，磁芯损耗快速上升，损耗机理也会发生变化。本材料就定位为攻克这些技术难题，应对高频化的关键材料。行业内，为了降低高频低损耗，科技技术人员做了大量的研究，包括主配方、辅助成分以及工艺方法等，比如公开号cn200910133729.5文献公开了一种高频低损耗铁氧体材料，通过把氧化铁fe2o3的量限制在53-56mol％范围，碳酸锰mnco3的量限制在34-41mol％范围，氧化锌zno的量限制在6-10mol％范围内，实现了高频低损耗材料，但该文献所示材料只实现了500khz、50mt、100℃条件下损耗<70mw/cm 3，且最低损耗＞59mw/cm3，可见实现一种在0.5mhz-3mhz条件下应用的高频材料并没有，或者说损耗比较高。

技术实现思路

1、本发明的提供了一种ai智能芯片电感用软磁铁氧体材料及其制备方法，具有符合宽频低损耗要求，又满足高饱和磁通密度、高抗饱和能力的多重优良特性效果。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种ai智能芯片电感用软磁铁氧体材料，包括主成分、辅助成分a、辅助成分b、高熵掺杂物和碳粉，其中主成分组分和重量百分比为：

3、fe2o3 70.07％-70.77％

4、mno 29.20％-29.85％

5、zno 0.03％-0.08％

6、各主成分的配比总计为100％；

7、相对于主配方重量，辅助成分a中的组分和重量百分比分别为：caco30.01％-0.25％；nb2o50.01％-0.10％；nio 0.01％-0.10％；sno20.01％-0.05％；co3o40.05％-0.40％中的三种或三种以上；

8、相对于主配方重量，辅助成分b中的组分和重量百分比分别为：sio20.01％-0.02％、y2o30-0.02％、k2co30.01％-0.02％、al2o30-0.01％、cuo 0.01％-0.04％、moo0.01％-0.05％、bi2 o30-0.05％中的三种或三种以上；

9、高熵掺杂物的质量百分比为0.01％-0.015％；

10、碳粉的质量百分比为1％-1.3％。

11、本发明的进一步设置为：所述高熵掺杂物为mfe2o4，其中m＝(mg，fe，co，ni，mn)。

12、本发明的进一步设置为：所述高熵掺杂物的制备方法如下：1、称取摩尔分数比为1：1：1：1：1的mgo，feo，coo，nio，mno的粉料，将其置于聚四氟乙烯球磨罐中球磨混匀，球磨介质采用玛瑙球和无水乙醇，转速为300ppm，球磨时间为4h；2、将球磨后的浆料置于60℃的烘箱中烘干，然后通过120目的分样筛筛分得到均匀混合的高熵掺杂物原料粉末。

13、一种根据权利要求1-3任一所述的ai智能芯片电感用软磁铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：

14、步骤s1：一次配料：按照配比要求称取材料需要制备主成分原材料fe2o3、mno、zno粉料和辅助成分a，初步混合均匀；

15、步骤s2：一次球磨：将步骤s1配好的主成分和辅助成分a按照重量比的料：球：水＝1：5-7：0.4-0.8投入砂磨机进行一次砂磨，同时按照砂磨浆料总重量添加分散剂，砂磨时间为1h-5h，一次砂磨后浆料的平均粒径控制在0.5μm-1.0μm；

16、步骤s3：预烧：将步骤s2一次砂磨后的浆料通过高压喷雾干燥造粒后，在回转窑中进行预烧，预烧温度为800℃-880℃，预烧时间为1h-2h；

17、步骤s4：称取步骤s3预烧后的物料，按照重量比加入辅助成分b、高熵掺杂物和碳粉，形成粉料；

18、步骤s5：将步骤s4配置好的物料按照重量比的料：球：水＝1：5-6：0.4-0.6投入球磨机进行二次砂磨，同时按照砂磨浆料总重量添加分散剂，并且加入聚乙烯醇溶液，球磨时间为1h-4h，二次砂磨后浆料的平均粒径控制在0.3μm-0.8μm；

19、步骤s6：造粒：将经过二次球磨的混合物加入粘接剂形成小颗粒后过筛；

20、步骤s7：压制成型：将步骤s6小颗粒添加润滑剂混合均匀后进行成型，制得坯件；

21、步骤s8：二次烧结：将步骤s7制得的坯件放进烧结炉烧结成型，即得到ai智能芯片电感用软磁铁氧体材料。

22、本发明的进一步设置为：所述步骤s2中按照砂磨浆料总重量添加分散剂的质量比为0.01wt％-0.1wt％。

23、本发明的进一步设置为：所述步骤s5中按照砂磨浆料总重量添加分散剂的质量比为0.11wt％-0.2wt％。

24、本发明的进一步设置为：所述分散剂选用柠檬酸氨、聚丙烯酸钠、桃胶中的一种。

25、本发明的进一步设置为：所述步骤s7中所述的润滑剂为硬脂酸锌、石蜡和油酸中的一种或多种。

26、本发明的进一步设置为：所述步骤s3预烧的回转窑高温出料口需通入空气，排烟管需加装抽风机，将预烧过程产生的烟气排干净，同时通过调整进气量大小、进料量控制，使得预烧后粉料的磁化度在10μh/g-15μh/g。

27、本发明的进一步设置为：所述步骤s8中的具体烧结过程控制如下：

28、1、升温阶段：在空气气氛下以0.5℃/min-1.5℃/min的升温速率从25℃升温至500℃；在空气气氛下以5℃/min的升温速率从500℃升温至800℃；在氧含量体积比为0.01％-0.02％条件下以0.5℃/min的升温速率从800℃升温至1150℃；

29、2、保温阶段：在1150℃氧含量体积比为0.06％-1.2％条件下保温5小时-9小时；

30、3、降温阶段：在氧含量体积比为0.01％-1.0％条件下以0.5℃/min的降温速率从1150℃降温至900℃；最后，在氧含量体积比为0.001％-0.01％条件下以0.5℃/min-3℃/min的降温速率从900℃降温至200℃；在200℃出炉后自然冷却。

31、本发明的有益效果是：

32、1、本发明的制备方法中，通过控制一次砂磨、二次砂磨的粒度，保证了材料的活性，确保晶粒生长均匀化及细化，为高频低损耗奠定了基础；同时通过在预烧冷却段通入氮气保护，防止预烧初步生成的尖晶石结构发生氧化及晶格退变。

33、2、本发明通过添加高熵掺杂物，大大降低了本发明中软磁铁铁氧体的介电损耗，其中fe2+，co2+，ni2+为铁氧体的亚铁磁性提供了保证。mg2+虽然自身不具备磁性，但它更倾向于占据八面体间隙从而使fe3+同时位于四面体与八面体间隙中，使样品整体呈现出良好的亚铁磁性，mn2+离子属于铁族离子，这会提高铁氧体的饱和磁化强度和矫顽力，适量的mn2+离子加入增加了铁氧体的结晶度、改善了晶体内部的阳离子无序度，同时使得铁氧体的饱和磁化强度与自然共振、自然交换共振作用大大增强，降低介电损耗能力的同时进一步强化了磁损耗能力，改善阻抗匹配能力。

34、3、本发明在制备铁氧体粉体的过程中，通过碳粉的添加，一方面碳粉的加入促进铁氧体粉体固相反应的进行，实现在较低的温度下反应生成尖晶石化铁氧体粉末，具有较好的组织形貌结构和良好的磁性能，这是由于碳粉的添加，消耗了反应中的氧气，促进了该温度下尖晶石化反应的进行；另一方面碳粉的加入可以起到阻隔铁氧体粉体晶粒间的粘接作用，避免锰锌铁氧体粉体晶粒长大过程中的团聚，降低粉料分散时的能耗。