專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高強(qiáng)度高Bs鎳鋅鐵氧體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軟磁鐵氧體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種功率電感用的高強(qiáng)度高Bs鎳鋅鐵氧體及其制備方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)化生產(chǎn)的軟磁鐵氧體主要包括錳鋅、鎳鋅鐵氧體材料兩大系列，主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通訊、電源及消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，是電子工業(yè)的基礎(chǔ)功能材料。與錳鋅鐵氧體相比，鎳鋅鐵氧體具有高電阻率、高使用頻率等特點(diǎn)，適用于制成各種表面貼裝用的元件。隨著電子移動(dòng)終端變得越來(lái)越來(lái)小，越來(lái)越薄，所使用的鎳鋅鐵氧體功率電感也需更小，更薄，這就要求鎳鋅鐵氧體具有很好的機(jī)械強(qiáng)度。另外隨著轉(zhuǎn)換頻率越來(lái)越高，功能越來(lái)越多，對(duì)小而薄型功率電感的額定電流的要求也越來(lái)越高，一般說(shuō)來(lái)材料的Bs越高 (飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度)，直流偏置特性就越好，這就要求鎳鋅鐵氧體具有較高的Bs (飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度)。這樣功率電感小型化對(duì)于鎳鋅鐵氧體材料提出了機(jī)械強(qiáng)度和Bs的雙重要求。在國(guó)內(nèi)已有一些關(guān)于鎳鋅鐵氧體材料的制造方法的專(zhuān)利，具體如下
(I)公開(kāi)號(hào)為CN1100231，
公開(kāi)日為1995. 03. 15，發(fā)明名稱(chēng)為“NiZn鐵氧體材料的變壓器或電感器燒結(jié)磁芯”的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種NiZn鐵氧體材料的變壓器磁芯。當(dāng)所述的變壓器磁芯用在一個(gè)變壓器中時(shí)顯示出較低的總損耗。如果燒結(jié)鐵氧體材料的大多數(shù)晶粒為單疇結(jié)構(gòu)，就能達(dá)到所述的低損耗。如果平均晶粒尺寸小于2. 8微米就會(huì)出現(xiàn)這種情況。 燒結(jié)材料的平均晶粒尺寸的優(yōu)選范圍是I. 3至2. 6微米。優(yōu)選的δ值小于4nm。(2)公開(kāi)號(hào)為CN1388794，
公開(kāi)日為2003. 01. 01，發(fā)明名稱(chēng)為“鐵氧體材料”的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種鐵氧體材料，它是作為主成分含有規(guī)定量的氧化鐵、氧化銅、氧化鋅以及氧化鎳的NiCuZn系的鐵氧體材料，作為輔助成分，含有規(guī)定量的氧化鉍、氧化硅、氧化鎂、氧化鈷，以此構(gòu)成鐵氧體材料，因此能夠提供溫度特性極其良好(相對(duì)于溫度變化的磁導(dǎo)率的變化率小)、品質(zhì)因數(shù)Q高、高強(qiáng)度的NiCuZn系鐵氧體材料。(3)公開(kāi)號(hào)為CN101575206，
公開(kāi)日為2009. 11. 11，發(fā)明名稱(chēng)為“高頻大功率鎳鋅基軟磁鐵氧體材料及其制造方法”的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種高頻大功率鎳鋅基軟磁鐵氧體材料及其制造方法。由主成分、離子替代成分與化合物組合摻雜成分組成，其主成分為Fe203、 ZnO，余為NiO ;離子替代成分為Co304、MnCO3> CuO中含有Co3O4的一種或多種；化合物組合摻雜為V205、Bi203、Ta2O5, ZrO2, CuO, Nb2O5, Co3O4中的2 3種。該發(fā)明通過(guò)配方優(yōu)化組合設(shè)計(jì)，以及采用高頻大功率鎳鋅基軟磁鐵氧體材料制造方法，獲得高電磁性能、高強(qiáng)度和高頻低損耗的NiZn基鐵氧體材料。該發(fā)明的材料用于f 30MHz的大功率設(shè)備，用作變壓器、感應(yīng)器、濾波器和調(diào)諧器等磁芯。(4)公開(kāi)號(hào)為CN101891456A，
公開(kāi)日為2010. 11. 24，發(fā)明名稱(chēng)為“一種高抗折強(qiáng)度鎳鋅軟磁鐵氧體材料及其制造方法”的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種高抗折強(qiáng)度鎳鋅軟磁鐵氧體材料。按摩爾份計(jì)的主配方氧化鐵Fe2O3 35 50mol%、氧化鋅ZnO 8 15mol%、氧化亞鎳 NiO 30 40mol%、氧化銅CuO 5 llmol%。該發(fā)明提供了一種具有較高的抗折強(qiáng)度的鎳鋅軟磁鐵氧體材料。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)功率電感的小型化對(duì)于鎳鋅鐵氧體材料的機(jī)械強(qiáng)度和Bs的雙重要求，本發(fā)明的目的是提供一種功率電感用的高強(qiáng)度高Bs鎳鋅鐵氧體。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案
一種高強(qiáng)度高Bs鎳鋅鐵氧體,其包括主成分和副成分,主成分為氧化鐵、氧化鎳、氧化鋅和氧化銅，所述主成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的含量如下
Fe2O3 49 52. 5mol%、Ni0 20 29. 5mol%、ZnO 18 28 mo 1%, CuO 2. 5 5 mol% ；
所述副成分包括碳酸鈣、氧化鈷、氧化鋯、碳酸鋰、五氧化二釩和二氧化硅，相對(duì)所述主成分總量，所述副成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的含量如下
CaCO3 O. 03 O. 15wt%、Co2O3 O. O I O. 05wt%、ZrO2 O. 03 O. 13wt%、Li2CO3 O. 03 O. 10wt%、V2O5 O. 03 O. 15wt%、SiO2 O. θΓθ. 10wt%。作為一種優(yōu)選，相對(duì)所述主成分總量，所述副成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的含量如下CaC03 O. 04wt%> Co2O3 O. 02wt%> ZrO2 O. 08wt%> Li2CO3 0. 05wt%> V2O5 0. 05wt%> SiO2 0. 04wt%o一種所述的高強(qiáng)度高Bs鎳鋅鐵氧體的制備方法，依次包括混合、預(yù)燒、粉碎、造粒、壓制和燒結(jié)步驟，其中
(O混合按主成分配比配料后進(jìn)行干法混合，混合時(shí)間為10(Γ120分鐘；所述主成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的含量為Fe2O3 49 52. 5mol%、NiO 20 29. 5mol%、ZnO 18 28 mol%、CuO
2.5 5 mol% ；
(2)預(yù)燒將混合好的材料在推板窯中進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度控制在960±20°C，預(yù)燒時(shí)間為360 500分鐘；
(3)粉碎在上步預(yù)燒得到的主成分預(yù)燒料中加入副成分后進(jìn)行濕法粉碎，粉碎時(shí)間為 120^180分鐘，粉碎后料漿粒徑控制在O. 9^1. 5 μ m ;所述副成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的含量為 CaCO3 O. 03 O. 15wt%、Co203 O. θΓθ. 05wt%, ZrO2 O. 03 0. 13wt%、Li2CO3 O. 03 0. 10wt%、V205 O. 03 0. 15wt%、SiO2 O. θΓθ. 10wt% ；
(4)造粒在上步的料漿加入相當(dāng)于料漿重量的I.5%的PVA，采用噴霧造粒，得到顆粒
料；
(5)壓制將上步的顆粒料采用粉末成型機(jī)壓制得到坯件，坯件的壓制密度控制在
3.2±0· 15g/cm3 ；
(6)燒結(jié)在電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1180°C 1250°C，保溫24(Γ360分鐘， 燒結(jié)氣氛為空氣，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫。作為一種優(yōu)選，在粉碎步驟⑶中，所述副成分相對(duì)所述主成分總量，以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的含量為CaCO3 0. 04wt%、Co2O3 0. 02wt%、ZrO2 0. 08wt%、Li2CO3 0. 05wt%、V2O5 0. 05wt%、SiO2 0. 04wt%。本發(fā)明采用合理的主配方，通過(guò)調(diào)整Fe2O3的含量來(lái)調(diào)整材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度； 通過(guò)調(diào)整NiO的含量來(lái)調(diào)整材料的使用頻率；通過(guò)調(diào)整ZnO的含量來(lái)調(diào)整材料的磁導(dǎo)率。 在副成分中加入Co2O3改善材料的頻率特性與磁導(dǎo)率特性；在副成分中加入CaCO3與SiO2組合增加晶界的厚度，降低高頻段相對(duì)損耗因子；在副成分中加入Li2CO3,降低高頻段相對(duì)損耗因子；在副成分中加入V2O5降低燒結(jié)溫度；在副成分中加入ZrO2，再通過(guò)生產(chǎn)工藝進(jìn)一步調(diào)整材料晶體結(jié)構(gòu)和晶界分布，從而得到良好的機(jī)械強(qiáng)度和較高的Bs。本發(fā)明制備方法所制得的制品的結(jié)晶晶粒尺寸為3 5 μ m，晶界鮮明。該材料適用于DC-DC電源模塊用功率電感的小型化和薄型化。材料的性能指標(biāo)如下
(1)起始磁導(dǎo)率μi :400±25%，
(2)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs:480±5%，
(3)居里溫度TcTc:≥220°C,
(4)機(jī)械強(qiáng)度S:≥21OMPaο


圖I為磁條機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試示意圖。其中I-磁條，2-壓頭,3-圓棒支座。圖2為磁環(huán)直流偏置特性對(duì)比圖。圖3為材料斷面SEM照片。其中(a)為對(duì)比例2的斷面SEM照片；(b)實(shí)施例2 的斷面SEM照片。
具體實(shí)施例方式以下按照具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于這些實(shí)施例。本發(fā)明的高強(qiáng)度高Bs鎳鋅鐵氧體采用傳統(tǒng)氧化物法制造，具體步驟依次如下
(1)混合按表I(實(shí)施例和對(duì)比例)所述的主成分配比配料后進(jìn)行干法混合，混合時(shí)間為100 120分鐘；
(2)預(yù)燒將混合好的材料在推板窯中進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度控制在960±20°C，預(yù)燒時(shí)間為360 500分鐘；
(3)粉碎在上步預(yù)燒得到的主成分預(yù)燒料中加入副成分后進(jìn)行濕法粉碎，粉碎時(shí)間為 120^180分鐘，粉碎后料漿粒徑控制在O. 9 I. 5 μ m ;
(4)造粒在上步的料漿加入相當(dāng)于料漿重量的I.5%的PVA，采用噴霧造粒，得到顆粒
料；
(5)壓制將上步的顆粒料采用粉末成型機(jī)壓制得到坯件，坯件的壓制密度控制在
3.2±0· 15g/cm3 ；
(6)燒結(jié)在電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1180°C 1250°C，保溫24(Γ360分鐘， 燒結(jié)氣氛為空氣，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫。通過(guò)以上工序制得所述鎳鋅鐵氧體制品(磁條樣品R-4. 0X7. 1X40,磁環(huán)樣品 Τ12. 7X7. 9X6. 5)。將燒結(jié)后的磁環(huán)和磁條分別進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)。在匝數(shù)N=20Ts條件下，用HP-4284A 型LCR測(cè)試儀測(cè)試磁環(huán)樣品的起始磁導(dǎo)率μ i ;配合PHH-101高溫試驗(yàn)箱，測(cè)試磁環(huán)的居里溫度Tc ;配合PHH-101高溫試驗(yàn)箱，用SY-8258型B-H分析儀測(cè)試樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs ;強(qiáng)度按照?qǐng)DI所示方法測(cè)試磁條的機(jī)械強(qiáng)度S。表I實(shí)施例和對(duì)比例的成分配比iz l%mai^·wt%%n戴R-AiliOΜ 齡CtCro1SOsLitCC1%￥hSOs%^ΨΙ I.謂25 W22 mim___om#ClS0 042mm25 IOXWum1392am_5fl 5004% . I 34^m25.10i mi0134￠85o-mBBS<1050.0扈% I辱mm-as ωom嫌 -mom Ift00辱襄-曼,,德:雜_M3WJ_OW帽Θ.Ο*讓 !轉(zhuǎn)2議4mOW0 1#帽o.wt _對(duì)》I 2mm35 W2tm￠060$*3 @ IS0_ 成._ iism)2tm mitf1515 Μ 對(duì)it.·! 4mmJiS鑛2im0i0 1$ 4$m25ma Wj0i￠10#fJ5015
表2實(shí)施例和對(duì)比例的磁性能
項(xiàng)目^ iBs (25°C)TcS評(píng)價(jià)單位-mT0CMpa-指標(biāo)400 ±25%480 ±5%彡220^ 210-實(shí)施例I415483彡220245OK實(shí)施例2395485彡220250OK實(shí)施例3373479彡220243OK實(shí)施例4375475彡220223OK實(shí)施例5378473彡220220OK對(duì)比例I*295*450彡220220NG對(duì)比例2380*445彡220*175NG對(duì)比例3305*430彡220*190NG對(duì)比例4325*432彡220*185NG對(duì)比例5335*438彡220*195NG
注意(I)超過(guò)規(guī)格上限的附加“※”，超過(guò)規(guī)格下限的附加“*”；(2)在Tc 一欄中， 彡220表示Tc至少大于220度。表2列出了實(shí)施例和對(duì)比例的性能及評(píng)價(jià)，從表2中可以看出，本發(fā)明的實(shí)施例和對(duì)比例相比較，本發(fā)明有效地提高了材料的機(jī)械強(qiáng)度和Bs，并能保持相應(yīng)的起始磁導(dǎo)率，并具有較高的居里溫度。從圖2中可以看出，具有較高Bs的實(shí)施例的直流偏置特性明顯優(yōu)于對(duì)比例。對(duì)比實(shí)施例和對(duì)比例的微觀(guān)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖3 )，對(duì)比例材料結(jié)晶較粗大，結(jié)晶不均勻，晶粒尺寸為10 30 μ m ;實(shí)施例的結(jié)晶較均勻，晶界鮮明，晶粒尺寸為3 5 μ m。晶粒細(xì)化和結(jié)晶的均勻化是實(shí)施例的機(jī)械強(qiáng)度和Bs相對(duì)于對(duì)比例大幅度提升的主要原因。本發(fā)明的材料應(yīng)該能夠滿(mǎn)足小型功率電感對(duì)鎳鋅材料的高機(jī)械強(qiáng)度和高Bs的雙重性能要求。本發(fā)明所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明作舉例說(shuō)明，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)家或
6技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做不同程度的修改，補(bǔ)充或者用類(lèi)似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高Bs鎳鋅鐵氧體，具有高強(qiáng)度和高直流偏置的雙重特點(diǎn)，用于功率電感，能滿(mǎn)足功率電感小型化對(duì)于材料的強(qiáng)度和直流偏置的雙重需求，其包括主成分和副成分，主成分為氧化鐵、氧化鎳、氧化鋅和氧化銅，所述主成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的含量如下Fe2O3 49 52. 5mol%、Ni0 20 29. 5mol%、ZnO 18 28 mo 1%, CuO 2. 5 5 mol% ；所述副成分包括碳酸鈣、氧化鈷、氧化鋯、碳酸鋰、五氧化二釩和二氧化硅，相對(duì)所述主成分總量，所述副成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的含量如下CaCO3 O. 03 O. 15wt%、Co2O3 O. O I O. 05wt%、ZrO2 O. 03 O. 13wt%、Li2CO3 O. 03 O. 10wt%、V2O5 O. 03 O. 15wt%、SiO2 O. θΓθ. 10wt%。
2.如權(quán)利要求I所述高強(qiáng)度高Bs鎳鋅鐵氧體，其特征在于相對(duì)所述主成分總量, 所述副成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的含量如下CaCO3 O. 04wt%、Co2O3 O. 02wt%、ZrO2 O. 08wt%、 Li2CO3 O. 05wt%、V205 0. 05wt%、SiO2 0. 04wt%。
3.—種如權(quán)利要求f 2所述高強(qiáng)度高Bs鎳鋅鐵氧體的制備方法，其特征在于，依次包括混合、預(yù)燒、粉碎、造粒、壓制和燒結(jié)步驟，其中(O混合按主成分配比配料后進(jìn)行干法混合，混合時(shí)間為10(Γ120分鐘；(2)預(yù)燒將混合好的材料在推板窯中進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度控制在960±20°C，預(yù)燒時(shí)間為360 500分鐘；(3)粉碎在上步預(yù)燒得到的主成分預(yù)燒料中加入副成分后進(jìn)行濕法粉碎，粉碎時(shí)間為 120^180分鐘，粉碎后料漿粒徑控制在O. 9 I. 5 μ m ;(4)造粒在上步的料漿加入相當(dāng)于料漿重量的I.5%的PVA，采用噴霧造粒，得到顆粒料；(5)壓制將上步的顆粒料采用粉末成型機(jī)壓制得到坯件，坯件的壓制密度控制在3.2±0· 15g/cm3 ；(6)燒結(jié)在電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1180°C 1250°C，保溫24(Γ360分鐘， 燒結(jié)氣氛為空氣，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫。
4.如權(quán)利要求Γ3所述高強(qiáng)度高Bs鎳鋅鐵氧體磁性材料的制備方法，其特征在于，燒結(jié)后制品的結(jié)晶晶粒尺寸為3 5 μ m,晶界鮮明。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率電感適用的高強(qiáng)度高Bs鎳鋅鐵氧體及其制備方法。該鎳鋅鐵氧體主成分為氧化鐵、氧化鎳、氧化鋅和氧化銅，以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的含量為Fe2O349~52.5mol%、NiO20~29.5mol%、ZnO18~28mol%、CuO2.5~5mol%；副成分包括碳酸鈣、氧化鈷、氧化鋯、碳酸鋰、五氧化二釩和二氧化硅，副成分相對(duì)主成分總量，以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的含量為CaCO30.03~0.15wt%，Co2O30.01~0.05wt%，ZrO20.03~0.13wt%，Li2CO30.03~0.10wt%，V2O50.03~0.15wt%，SiO20.01~0.10wt%。采用氧化物法制備，在一定條件下燒結(jié)。燒結(jié)后制品的結(jié)晶晶粒尺寸為3～5μm，晶界鮮明，制品具有高強(qiáng)度和高直流偏置的特點(diǎn)，適應(yīng)功率電感的小型化對(duì)材料的高強(qiáng)度和高直流偏置的雙重要求。
文檔編號(hào)C04B35/26GK102603279SQ201210056750
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者孫蔣平, 徐方舟, 申志剛, 聶敏 申請(qǐng)人:天通控股股份有限公司