專利名稱：寬頻錳鋅系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Mn-Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料，更具體地講，本發(fā)明涉及一種初始磁導(dǎo)率μi≥10000而且截止頻率fr≥400KHz的高磁導(dǎo)率Mn-Zn系軟磁鐵氧體材料。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代科技中，軟磁鐵氧體在生產(chǎn)及生活各個(gè)方面已得到廣泛的應(yīng)用。但隨著SMT技術(shù)發(fā)展，電路及整機(jī)都向輕量化、小型化和平面化的方向發(fā)展。為了減少磁芯的尺寸，要求Mn-Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體的初始磁導(dǎo)率愈來愈高；同時(shí)，為了適合更高頻率的工作環(huán)境及更大的功率，要求Mn-Zn高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體的初始磁導(dǎo)率的頻率要寬，截止頻率要高。截止頻率是指隨著測(cè)試頻率的增加，初始磁導(dǎo)率下降至一半時(shí)的頻率點(diǎn)?，F(xiàn)有的Mn-Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體存在如下問題1、截止頻率高(fr≥400KHz)的Mn-Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體，其初始磁導(dǎo)率(μi)只在5000-7000左右；2、初始磁導(dǎo)率高(μi≥10000)的Mn-Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體，其截止頻率(fr)只在100-200KHz左右。
日本特許公開JP 2001-233667公開了一種電源用Mn-Zn系軟磁鐵氧體材料，該材料的基本成分10.0～15.0mol％的ZnO和52.0～54.0mol％的Fe2O3，余量為MnO，并添加了0.0050～0.0200m％的Bi2O3、0.0050～0.0500m％的SiO2和0.0200～0.2000m％的CaO，而且還選則添加了0.0050～0.1000m％的Ta2O5、0.0100～0.1500m％的ZrO2、0.0050～0.0500m％的Nb2O5和0.0050～0.0500m％的HfO2中的一種或幾種化合物。這種電源用Mn-Zn系軟磁鐵氧體材料，在保持較低損失的同時(shí)，提高了Mn-Zn系軟磁鐵氧體材料的強(qiáng)度。
日本特許公開平05-021223公開了一種Mn-Zn系軟磁鐵氧體材料的制造方法。該方法是將基本成分為Fe2O350～65mol％、MnO 23～40mol％和ZnO 5～27mol％的材料與從CaO 0.01～0.2wt％、SiO20.01～0.05wt％、V2O50.01～2wt％、Al2O30.01～2wt％、CoO 0.01～2wt％、CuO 0.01～0.2wt％、MgO 0.01～0.2wt％、Nb2O50.01～0.2wt％、ZrO20.01～0.2wt％中選出的一種或幾種化合物制成成型物，并將該成型物掩埋在相同組成的粉體或多孔粒子內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，制得Mn-Zn系軟磁鐵氧體材料。這種方法制得的鐵氧體材料的μi值在1700-2300左右。
但是，對(duì)如何同時(shí)提高初始磁導(dǎo)率高和截止頻率的問題，一直未能得到解決。因此，有必要研制出一種不僅初始磁導(dǎo)率高，截止頻率也高的Mn-Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料，以滿足SMT技術(shù)發(fā)展的需要。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供了一種初始磁導(dǎo)率高、同時(shí)截止頻率也高的Mn-Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料。
在本發(fā)明中，Mn-Zn系的高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料主要成分為50-55mol％的Fe2O3、20-30mol％的MnO和20-30mol％的ZnO，該軟磁鐵氧體材料的初始磁導(dǎo)率μi≥10000，而且其截止頻率fr≥400KHz。其中，MnO優(yōu)選以Mn3O4的形式加入。
本發(fā)明的軟磁鐵氧體材料還可以進(jìn)一步包含兩種或兩種以上選自于如下一組物質(zhì)的添加劑TiO2、SnO2、BaTiO3、ZrO2、MgO、CaO、CoO、Nb2O5、V2O5、Li2O、Bi2O3、CuO和Mo2O3；以主要成分Fe2O3、MnO和ZnO的重量計(jì)，上述添加劑的重量百分含量為0.01-2.5wt％，優(yōu)選為0.01-0.5wt％。
上述的添加劑可以由0.01-1.0wt％的CoO和0.01-2.0wt％的一種或一種以上的上述其它添加劑組分構(gòu)成；更優(yōu)選地，上述的添加劑包括0.01-0.2wt％的CoO和0.01-0.4wt％的一種或一種以上的上述其它添加劑組分。
上述的CaO和Li2O分別是以CaCO3和Li2CO3的形式填加的。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種制造上述Mn-Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料的方法，該方法依次包括如下工序濕法混料、干燥、預(yù)燒、研磨、噴霧造粒、粉體壓制、燒結(jié)和磨加工，其中，上述的燒結(jié)工序是在氮?dú)獗Ｗo(hù)、1280-1330℃的低溫下進(jìn)行的。
優(yōu)選地，在上述制備過程中，所需的添加劑是分兩次加入的先將部分添加劑與主要成分Fe2O3、Mn3O4和ZnO進(jìn)行濕法混料，并混合2-10小時(shí)，經(jīng)干燥、預(yù)燒后，再將其余的添加劑加入到上述預(yù)燒后的材料中，即進(jìn)行所謂的二次投料。一般來說，第一次添加的添加劑可以選自于TiO2、SnO2、CaCO3、MgO、CuO、Li2CO3等，第二次添加的添加劑可以選自于BaTiO3、ZrO2、MgO、CaO、CoO、Nb2O5、V2O5、Li2CO3、Bi2O3和Mo2O3等。第一次投入添加劑時(shí)和第二次投入添加劑時(shí)，具體選擇哪種添加劑進(jìn)行投入，并非特別嚴(yán)格，但第一次投入添加劑的量一般控制在添加劑總投入量的1/8-7/8之間。
上述的預(yù)燒溫度一般控制在900±50℃的范圍內(nèi)。
二次投料后，一般需要進(jìn)行5-15小時(shí)左右的研磨。
上述燒結(jié)溫度的保溫時(shí)間一般控制在3-13小時(shí)左右。燒結(jié)后降溫過程分段進(jìn)行在溫度下降至1200℃時(shí)，控制產(chǎn)品的環(huán)境氣氛中氧含量為0-5％；在溫度低于800℃時(shí)，則控制氣氛中氧含量小于100ppm。
常規(guī)的Mn-Zn高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料的燒結(jié)溫度一般為1400℃左右，相對(duì)較高，而本發(fā)明的制備工藝燒結(jié)溫度相對(duì)較低，只有1280-1330℃，工藝簡單，易于批量生產(chǎn)，而且所得到的高磁導(dǎo)率Mn-Zn系軟磁鐵氧體材料初始磁導(dǎo)率高、同時(shí)截止頻率也高，可以應(yīng)用于制作濾波器、電感、數(shù)字變壓器、扼流圈、互感器等。


圖1是不同截止頻率fr(kHz)時(shí)的初始磁導(dǎo)率μi值。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1配方重量比 摩爾比Fe2O3 69.85％53mol％Mn3O4 15.39％24mol％(以MnO的摩爾數(shù)計(jì))ZnO 14.76％23mol％TiO2 0.015％(一次添加劑)SnO2 0.015％(一次添加劑)Li2CO30.025％CoO 0.05％工藝步驟先將添加劑TiO2、SnO2與主要成分Fe2O3、Mn3O4和ZnO濕法混料，進(jìn)行第一次球磨，時(shí)間約3小時(shí)，在880℃±10℃下預(yù)燒；再在上述預(yù)燒后的材料中加入添加劑Li2CO3和CoO，進(jìn)行第二次球磨，時(shí)間約6小時(shí)；經(jīng)噴霧造粒后壓制T25×15×7.5的圓環(huán)，在1300℃的溫度下燒結(jié)，保溫5小時(shí)。
實(shí)施例2配方 重量比摩爾比Fe2O3 67.7％51mol％Mn3O4 17.43％ 27mol％(以MnO的摩爾數(shù)計(jì))ZnO14.87％ 22mol％CaCO30.03％(一次添加劑)
MgO 0.015％(一次添加劑)Bi2O3 0.02％CoO 0.05％工藝步驟先將添加劑CaCO3、MgO與主要成分Fe2O3、Mn3O4和ZnO濕法混料，進(jìn)行第一次球磨，時(shí)間約3小時(shí)，在920℃±10℃下預(yù)燒；再在上述預(yù)燒后的材料中加入添加劑Bi2O3和CoO，進(jìn)行第二次球磨，時(shí)間約5.5小時(shí)；經(jīng)噴霧造粒后壓制T25×15×7.5的圓環(huán)，在1320℃的溫度下燒結(jié)，保溫5小時(shí)。
實(shí)施例3配方 重量比 摩爾比Fe2O3 70.24％54mol％Mn3O4 15.19％24mol％(以MnO的摩爾數(shù)計(jì))ZnO14.57％22mol％CaCO30.03％(一次添加劑)CuO0.02％(一次添加劑)Nb2O5 0.02％CoO0.01％Mo2O3 0.04％V2O50.015％工藝步驟先將添加劑CaCO3、CuO與主要成分Fe2O3、Mn3O4和ZnO濕法混料，進(jìn)行第一次球磨，時(shí)間約5小時(shí)，在890℃±10℃下預(yù)燒；再在上述預(yù)燒后的材料中加入添加劑Nb2O5Bi2O3、CoO、Mo2O3和V2O5，進(jìn)行第二次球磨，時(shí)間約6小時(shí)；經(jīng)噴霧造粒后壓制T25×15×7.5的圓環(huán)，在1320℃的溫度下燒結(jié)，保溫5小時(shí)。
將實(shí)施例1-3制得的Mn-Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料進(jìn)行測(cè)試，其綜合性能如表1所示表1

鐵氧體的性能評(píng)價(jià)方法如下制作成外徑(OD)25±0.5mm、內(nèi)徑(ID)15±0.5mm、高度(H)7.5±0.3mm的圓環(huán)作為測(cè)試樣品，用Ф0.1-Ф2的漆包線均勻繞線N＝10匝，在HP4284電橋上測(cè)出不同頻率的電感量L(uH)。
用μi=L*1024.6*H*1g(OD/ID)*N2]]>公式算出μi值，見圖1。
權(quán)利要求
1.一種Mn-Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料，所述的軟磁鐵氧體材料包含50-55mol％的Fe2O3、20-30mol％的MnO和20-30mol％的ZnO，其特征在于，所述的軟磁鐵氧體材料的初始磁導(dǎo)率μi≥10000，而且其截止頻率fr≥400KHz。
2.如權(quán)利要求1所述的軟磁鐵氧體材料，其特征在于，所述的所述的MnO是以Mn3O4的形式加入的。
3.如權(quán)利要求2所述的軟磁鐵氧體材料，其特征在于，所述的軟磁鐵氧體材料還包含兩種或兩種以上選自于如下一組物質(zhì)的添加劑TiO2、SnO2、BaTiO3、ZrO2、MgO、CaO、CoO、Nb2O5、V2O5、Li2O、Bi2O3、CuO和Mo2O3；以Fe2O3、MnO和ZnO的重量計(jì)，所述添加劑的重量百分含量為0.01-2.5％。
4.如權(quán)利要求3所述的軟磁鐵氧體材料，其特征在于，所述的添加劑中含有CoO和一種或一種以上的、選自于如下一組物質(zhì)的添加劑TiO2、SnO2、BaTiO3、ZrO2、MgO、CaO、Nb2O5、V2O5、Li2O、Bi2O3、CuO和Mo2O3。
5.如權(quán)利要求3所述的軟磁鐵氧體材料，其特征在于，所述的CaO和Li2O分別是以CaCO3和Li2CO3的形式填加的。
6.一種制備Mn-Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料的方法，該方法包括如下工序濕法混料、干燥、預(yù)燒、二次投料、研磨、噴霧造粒、粉體壓制和燒結(jié)，其特征在于，所述的燒結(jié)工序是在氮?dú)獗Ｗo(hù)、1280-1330℃下進(jìn)行的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，制備高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料所需的添加劑是分兩次加入的先將部分添加劑與Fe2O3、Mn3O4和ZnO進(jìn)行濕法混料，經(jīng)干燥、預(yù)燒后，再將其余的添加劑加入到上述預(yù)燒后的材料中。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的預(yù)燒工序的溫度控制在850-950℃的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬頻的Mn－Zn系高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料及其制備方法。該軟磁鐵氧體材料包含50－55mol％的Fe
文檔編號(hào)H01F1/12GK1677579SQ20041002668
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2004年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者葛培盛, 王京平, 周蕓, 張賓, 曾偉鑫, 劉會(huì)沖, 周麗云, 羅丹, 龐賢光 申請(qǐng)人:廣東風(fēng)華高新科技集團(tuán)有限公司