专利名称：铁氧体材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁氧体材料，所述铁氧体材料用于电源电路等使用的电 感器、变压器等的铁芯材料中，尤其涉及通过在Li-Zn-(Fe,Mn)的铁氧体 中添加少量Bi203，从而具有初始磁导率高、磁导率相对于压縮应力的变 化率小的特性的铁氧体材料。
背景技术：
近年来，在DC-DC变流器等电源电路中使用的电感器、变压器的材 料中，要求在高频率大振幅励磁下具有低损耗以获得高的转换效率，要 求具有低残留的磁通密度，使得即使在外加直流偏磁场时，也能获得规
定的磁通密度变化量，要求具有高的电阻率以确保与导体的电绝缘。
尤其是为了提高作为部件的可靠性，通常在树脂内将电感器、变压 器进行模塑，在该树脂模塑型的元件中，已知在树脂固化时会对铁芯材 料施加压縮应力。
艮口根据压縮应力的大小，用作铁芯材料的铁氧体材料的磁导率和 铁芯损耗发生变化，因此在树脂模塑前后，元件的电感值和损耗会发生 变化。因此，为了获得更稳定的元件性能，需要使用磁导率和铁芯损耗 相对于压縮应力变化小的铁氧体材料。
专利文献l:特开平11-87126号公报 专利文献2:特开平1-179402号公报 专利文献3:特开2002-60224号公报 专利文献4:特开昭60-76107号公报 专利文献5:特开2000-269017号公报 专利文献6:特表平9-505269号公报
以往，为了抑制由于应力导致的电感值的变化，提出了含有Ni的各 种铁氧体材料。然而，例如专利文献1的材料中获得的初始磁导率为100 以下，无法实现高的初始磁导率。
通过在Ni系铁氧体中大量添加Bi20s等，能减小由于外部应力导致
的电感变化率，但存在初始磁导率降低这样的问题(专利文献2)。此外，
在Ni系铁氧体中大量添加Bi20s时，存在Hc增大，软磁特性劣化这样 的问题。
专利文献3的材料能实现200以上的高初始磁导率以及在棒状下的 抗应力性(在棒状下的有效磁导率的变化率小)，但很难说材料的初始磁 导率变化小。
此外，使用大量添加Bi203等的铁氧体的叠片式电感器，存在内部 导体中的Ag的扩散易于增加，引起电感L和Q显著降低的问题。使用 大量添加Bi203等的铁氧体的变压器，在热处理中Bi容易在炉内扩散， 在设备上是不优选的。
另一方面，提出了各种含有Li作为主成分的电感器、变压器使用的 铁氧体材料(专利文献4 6),但不是具有初始磁导率高、磁导率相对于 压缩应力的变化率小的特性的材料。
发明内容
本发明是鉴于此种情况下完成的，目的是提供一种在铁芯中使用的 铁氧体材料，其具有200以上的高初始磁导率、由于应力引起的初始磁 导率的变化小且铁芯损耗小的铁氧体材料。
本发明人精心研究了能够改善作为L i铁氧体中问题点的B H回线的 矩形性的组成，结果发现通过在Li-Zn-Fe铁氧体中添加Bi203，优选添加 6质量。/。以上的较大量的Bi203，能够减小BH回线的矩形比，即增大Bs-Br值。
此外，本发明人发现在添加了 131203的Li-Zn-Fe铁氧体中，如果使 用CuO取代一部分的ZnO，则具有降低煅烧温度和提高致密性的效果， 如果使用Mn203取代一部分的Fe203，则具有提高电阻率的效果。
此外，本发明人对Li-Zn-Fe铁氧体中Bi203的添加量进行了各种研 究，结果发现如果在含有特定量Mn的Li-Zn-(Mn， Fe)铁氧体中，添加6 质量％以下、优选5质量。/。以下的Bi203，则能获得在特别高的外部应力 下磁导率变化极小的铁氧体材料，从而完成了本发明。
即本发明的铁氧体材料，其特征在于组成式为
x(LiQ.5Feo.5)0.yZn(>z(Mn, Fe)203且a二Mn/(Mn+Fe)时，在上述组成式和 条件中的x、 y、 z、 a满足0.18^^0.30、 0.20^0.30、 0.48Sz《53、 0.01Sa幼.25、 x+y + z二l的材料中，添加0.2质量％ 6质量％的Bi203。
本发明也可以在具有上述组成的铁氧体材料中，使用0.05质量％ 0.5质量％的V205取代Bi203。
此外，本发明优选在具有上述组成的铁氧体材料中，81203的添加量 为0.2质量％ 4质量％。
此外，本发明也可以在具有上述组成的铁氧体材料中，使用CuO取 代一部分的ZnO。
此外，本发明优选在具有上述组成的铁氧体材料中，含有不超过5 质量％的任意1种以上的Zr02、 ZrSi04和Si02。
此外，本发明的铁氧体材料的磁导率为200以上，在35MPa压力下 加压时，磁导率的变化率在±10%以内。
此外，本发明的铁氧体材料在35MPa压力下加压时，lMHz、 50mT 时的铁芯损耗为7000kW/m3以下。
在本发明中，能获得200以上的高初始磁导率、磁导率相对于应力 的变化小且铁芯损耗小的铁氧体材料，能适用于电感器或变压器，尤其 是树脂模塑的电感器或变压器等。
在本发明中，能获得高初始磁导率、磁导率相对于压縮应力的变化 率小的铁氧体，结果能获得不论去磁系数大小，电感的偏差都小的电感 器、变压器。
在本发明中，能获得压縮应力下铁芯损耗小的铁氧体，即使在树脂 模塑状态下，也可能得到损耗小的电感器、变压器。
图1是表示本发明实施例1的适合例/比较例中组成和特性的图表。 图2是表示本发明实施例1的适合例/比较例中组成和特性的图表。 图3是表示本发明实施例2的适合例/比较例中组成和特性的图表。
图4是表示本发明实施例3的适合例/比较例中组成和特性的图表。
具体实施例方式
本发明的铁氧体材料的主要特征在于在含有特定量Mn的Li-Zn-Fe 铁氧体中，添加少量Bi203。下文对本发明铁氧体材料组成的限定理由进 行详细说明。
在组成式x(Li05Fe0.5)OyZnOz(Mn， Fe)203中，x是(Li0.5Fe0.5) O的 含有率，优选在0.18 0.30 (0.18以上、0.30以下， 的含义在下文中 相同)的范围内。这是由于如果不足0.18，无法期望提高居里温度，如 果超过0.30，则初始磁导率小，则不实用。更优选的范围是0.22 0.27。
在组成式x(Li0.5Fe。.5)OyZnOZ(Mn, Fe)203中，y是ZnO的含有率， 优选在0.20 0.30的范围内。如果不足0.20，无法获得200以上的初始 磁导率，则不实用，如果超过0.30，则居里温度低。即如下所述，由 于x十y+z二l且z的组成范围狭小，因此y与x实际上呈反比例。更优 选的范围是0.23 0.28。通过使用CuO取代一部分的ZnO，能在更低的 煅烧温度下达到致密化。优选的取代率为0 0.5 (50%以下)，如果超过 0.5，则磁导率降低，因此不优选。
在组成式x(LiQ.5Fe。.5)OyZnOz(Mn, Fe)203中，z相当于Fe203的含有 率，不包括(Lio.5Fe。.5)0中的Fe，优选在0.48 0.53的范围内。不足0.48 的话，无法获得高的初始磁导率，同时铁芯损耗增加，即使超过0.53， 也无法获得高的磁导率，同时铁芯损耗增加，因此不优选。使用Mn203 取代一部分的Fe203，如果Mn的含量少，则由于应力引起的磁导率、铁 芯损耗的变化增大，如果Mn的含量多，则居里温度降低，同时铁芯损 耗增加，因此在a二Mn/(Mn + Fe)的条件下，a优选为0.01 0.25。更优 选的范围是0.04 0.15。
在组成式x(Lio.5Fe0.5)0'yZnOz(Mn, Fe)203中，上述x、 y、 z满足x + y+z=l。
在组成为上述组成式x(Lio.5Feo.5)OyZn0.z(Mn, Fe)203的铁氧体材料 中，添加0.2质量％ 6质量％的Bi203作为添加量。该81203的添加是本 发明的特征，通过该添加，从而能实现本发明的效果。如果Bi203不足
0.2质量％，磁性损失增大，因此不优选，如果超过6质量％，则难以同
时获得目的的高初始磁导率以及磁导率相对于压縮应力的变化率小的特
性。优选的范围是0.2质量％ 4质量％，更优选为0.2质量％ 2质量％。
此外，在本发明中，还可以使用V205取代一部分添加的Bi203。 V205
添加量的下限为0.05质量％，上限为0.5质量％。 V205的添加量如果不 足0.05质量％，磁性损失增大，V205的添加量如果超过0.5质量％，则 磁导率降低。
在上述组成的铁氧体材料中，为了降低由于应力引起的初始磁导率 的变化，可以添加任意1种以上的Zr02、 ZrSi04和Si02。单独添加或组 合添加，如果其添加量超过5质量％，则无法获得高的磁导率，同时铁 芯损耗增大，因此应添加5质量％以下。
本发明的铁氧体材料能获得磁导率为200以上，在35MPa压力下加 压时，磁导率的变化率在±10%以内的特性，此外，能获得在35MPa压力 下加压时，lMHz、 50mT时的铁芯损耗为7000kW/m3以下的特性。
本发明的铁氧体材料可以通过如下的制造方法获得。
(1) 称量作为起始原料的碳酸盐粉末和氧化物粉末，混合，使得烧 结后的组成为x(Lio.5Feo.5)0'yZnOz(Mn, Fe)203，且在a二Mn/(Mn + Fe)下， x、 y、 z、 a满足0.18^0.30、 0.2(KyS0.30、 0.48Sz復53、 0.01Sa復25、 x+y+z=1。
(2) 煅烧混合粉末。煅烧温度优选为800°C 1000°C。煅烧时间优 选为2小时 5小时。此外，煅烧氛围优选在大气中或在氧气氛围中。
(3) 在煅烧后的煅烧粉末中添加规定量的Bi203等副成分后，进行 微粉碎。微粉碎优选在纯水或乙醇中进行。此外，粉碎后的粉碎粉末的 平均粒径优选为0.5(im 1.5pm。另外，Bi203等优选在如上所述的煅烧 后、微粉碎前添加，还可以在原料混合阶段(上述工序(l))或微粉碎 后添加。
(4) 通过期望的成型方法将微粉碎后的粉碎粉末成型。在成型前， 根据需要，还可以通过造粒装置将粉碎粉末造粒。成型压力优选为 70MPa 150MPa。
(5)烧结成型体。烧结氛围优选在大气中或在氧气氛围中，烧结温
度为80(TC 105(TC，特别优选为850°C 1000°C，烧结时间优选为2小 时 5小时。
实施例
实施例1
混合原料粉末，使最终达到如图1、图2中示出的各种主成分组成 比，在大气中于900。C下煅烧3小时。对所得煅烧粉末添加1.0质量％图 1、图2中示出的Bi203副成分，用球磨机进行湿式粉碎后干燥。
在所得粉末中添加14wt。/。的7城％聚乙烯醇溶液，然后造粒，形成造 粒粉末，将该造粒粉末在成型压力14.7xlO、Pa下成型为外径9mmx内径 4mmx厚度3mm的环状以及长边30mmx短边20mmx厚度5mm的板状， 将所得成型体在大气中于930'C烧结3小时。
将所得环状烧结体进行绕组，通过LCR计测定初始磁导率、通过 BH分析器测定铁芯损耗(lMHz， 50mT)、 3600A/m的BH回线。此外， 由板状烧结体切出长边8mmx短边4mmx厚度2mm的框状试样，将该试 样进行绕组，测定磁导率pi。此外，以单轴加压35MPa，测定加压前后 的磁导率pi的变化率和铁芯损耗Pcv。
如图1、图2中所示，发现在本发明的实施例中，能获得维持200 以上的高磁导率、磁导率相对于应力的变化小、在应力下的铁芯损耗小 的铁氧体。
实施例2
混合原料粉末，使最终达到如图3中示出的特定的主成分组成比， 在大气中于900'C下煅烧3小时。对所得煅烧粉末，以0.0质量％ 12.0 质量％的各种添加量添加图3中示出的Bi203副成分，用球磨机进行湿式 粉碎后干燥。
在所得粉末中添加14wt。/。的7wt。/o聚乙烯醇溶液，然后造粒，形成造 粒粉末，将该造粒粉末在成型压力14.7xlO、Pa下成型为外径9mmx内径 4mmx厚度3mm的环状以及长边30mmx短边20mmx厚度5mm的板状， 将所得成型体在大气中于93(TC 100(TC烧结3小时。
将所得环状烧结体进行绕组，通过LCR计测定初始磁导率、通过 BH分析器测定铁芯损耗(lMHz， 50mT)、 3600A/m的BH回线。此外， 由板状烧结体切出长边8mmx短边4mmx厚度2mm的框状试样，将该试 样进行绕组，测定磁导率pi。此外，以单轴加压35MPa，测定加压前后 的磁导率)ii的变化率和铁芯损耗Pcv。
如图3中所示，发现在本发明的实施例中，能获得维持200以上的 高磁导率、磁导率相对于应力的变化小、在应力下的铁芯损耗小的铁氧体。
实施例3
混合原料粉末，使最终达到如图4中示出的特定的主成分组成比， 在大气中于900'C下煅烧3小时。对所得煅烧粉末，添加1.0质量％图4 中示出的Bi203副成分并以各种添加量添加除Bi203以外的各种副成分， 用球磨机进行湿式粉碎后干燥。
在所得粉末中添加14wt。/。的7wt。/Q聚乙烯醇溶液，然后造粒，形成造 粒粉末，将该造粒粉末在成型压力14.7xlO、Pa下成型为外径9mmx内径 4mmx厚度3mm的环状以及长边30mmx短边20mmx厚度5mm的板状， 将所得成型体在大气中于93(TC烧结3小时。
将所得环状烧结体进行绕组，通过LCR计测定初始磁导率、通过 BH分析器测定铁芯损耗(lMHz， 50mT)、 3600A/m的BH回线。此外， 由板状烧结体切出长边8mmx短边4mmx厚度2mm的框状试样，将该试 样进行绕组，测定磁导率pi。此外，以单轴加压35MPa，测定加压前后 的磁导率pi的变化率和铁芯损耗Pcv。
如图4中所示，发现在本发明的实施例中，能获得维持200以上的 高磁导率、磁导率相对于应力的变化小、在应力下的铁芯损耗小的铁氧 体。
工业实用性
根据本发明，如实施例所示，能获得磁导率为200以上，在35MPa 压力下加压时，磁导率的变化率在土10o/。以内的特性，此外，能获得在 35MPa压力下加压时，lMHz、 50mT时的铁芯损耗为7000kW/m3以下的
特性，即使在树脂模塑状态下，也可以提供铁芯损耗小的电感器、变压
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权利要求
1.一种铁氧体材料，其特征在于组成式为x(Li0.5Fe0.5)O·yZnO·z(Mn，Fe)2O3且a＝Mn/(Mn+Fe)时，在上述组成式和条件中的x、y、z、a满足0.18≤x≤0.30、0.20≤y≤0.30、0.48≤z≤0.53、0.01≤a≤0.25、x+y+z＝1的材料中，添加0.2质量％～6质量％的Bi2O3。
2. 如权利要求1所述的铁氧体材料，其中使用0.05质量％ 0.5质 量％的V205取代所述Bi203。
3. 如权利要求1所述的铁氧体材料，其中所述Bi203的添加量为0.2 质量％ 4质量％。
4. 如权利要求1 3任一项所述的铁氧体材料，其中使用CuO取代 一部分的ZnO。 .
5. 如权利要求1 4任一项所述的铁氧体材料，其中含有不超过5 质量％的任意1种以上的Zr02、 ZrSi04和Si02。
6. 如权利要求1 5任一项所述的铁氧体材料，其中磁导率为200 以上，在35MPa压力下加压时，磁导率的变化率在±10%以内。
7. 如权利要求1 5任一项所述的铁氧体材料，其中在35MPa压力 下加压时，lMHz、 50mT时的铁芯损耗为7000kW/m3以下。
全文摘要
本发明涉及一种铁氧体材料，在组成式为x(Li<sub>0.5</sub>Fe<sub>0.5</sub>)O·yZnO·z(Mn，Fe)<sub>2</sub>O<sub>3</sub>且a＝Mn/(Mn+Fe)时，在组成式和条件中的x、y、z、a满足0.18≤x≤0.30、0.20≤y≤0.30、0.48≤z≤0.53、0.01≤a≤0.25、x+y+z＝1的材料中，添加6质量％以下、优选4质量％以下的Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>。该铁氧体材料在高的外部应力下的磁导率变化极小、压缩应力下的铁芯损耗小。通过使用该铁氧体材料，即使在树脂模塑的状态下，也可获得损耗小的电感器、变压器。
文档编号C04B35/26GK101184708SQ200680018710
公开日2008年5月21日 申请日期2006年9月12日 优先权日2005年9月13日
发明者三吉康晴, 多田智之 申请人:日立金属株式会社