一种用于叠层片电感的铁氧体材料及其制造方法与流程

本发明涉及铁氧体磁性材料领域，具体涉及一种用于叠层片电感并具有的铁氧体磁性材料及其制造方法。

背景技术：

软磁体材料是现代磁性材料中重要的一环，软磁体是指矫顽力小、容易进行磁化和退磁的磁性材料，因其独特的容易磁化和退磁的特性，具有广泛的用途。而nizn基铁氧体材料则是软磁体材料中重要的一类，因其具有的晶粒直径小、颗粒内易形成多孔结构、高频性能好、高电阻率以及磁导率的特性，在通讯、电视广播、电气仪表、自动控制、计算机、电磁兼容、绿色照明以及环保节能等众多领域中起着滤波、阻抗变换、能量储存转换等作用，具有极其广泛的应用。

随着科技的发展，电子产品向小型化、高频化以及大电流化发展，对电子元件提出了更高的要求，以满足电路板表面贴装大规模生产的需要。而叠层片式电感就是一种新式电感设备，即将螺旋线圈的银电极与铁氧体作为整体共同烧结制成电子元件，理论分析证明，当铁氧体烧结晶体尺寸小而均匀时，叠层片式元器件具有高频损耗低、电流冲击稳定性以及温度稳定性强的特点，能防止元器件工作时的电感量或阻抗的变化率过大导致线路信号失真或噪声过滤效果不佳，更精确地对某个频率段范围内的噪声进行抑制。

现有技术的叠层片电感通常使用nicuzn铁氧体作为原料，通过球磨制成粉料后烧结制成，因ag熔点为961℃，在制作叠层片电感的过程中无法进行常用的高温烧结，只能使用温度低于960℃的低温烧结，考虑到温度误差等问题，通常的烧结温度为900℃以下。而以目前的生产方法制造的叠层片式电感也还存在一定的问题，其一是其粉料制作方法为固相法，通过机械研磨方式来制粉，这样得到的粉料粒径较大，导致烧结密度不够高，从而影响元件的磁导率等电磁性能；其二是现有的nicuzn铁氧体磁致伸缩系数较大，对应力十分敏感，在内导体和基片封装过程中产生的应力容易导致片状元件的性能变低，从而影响整个部件的功能。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种用于叠层片电感的铁氧体材料，用于解决目前使用的铁氧体材料因使用固相研磨加工造成的粉料粒径大，导致烧结密度低，电磁性能欠佳，还有使用nicuzn作为主材料导致伸缩系数大因而磁体受力后性能容易变低的问题；本发明使用溶胶-凝胶法来制备用于烧结铁氧体的粉料，比固相法所得的粉料粒度小1～2个数量级，有利于提高烧结密度，从而提高电磁性能，本发明还使用mg代替ni形成mgcuzn尖晶石型铁氧体，具有较小的磁致伸缩系数，对应力的敏感度较低，在受到应力时能更好的保持电磁性能。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于叠层片电感的铁氧体材料，成分及其摩尔百分比如下：

fe2o3：44～51mol％；

zno：17～33.5mol％；

cuo：5.5～10.5mol％；

bi2o3：0.7～2.4mol％；

余量为mgo。

进一步的，述成分及其摩尔百分比还包括：

co2o3：0.15～0.6mol％；

moo3：0.08～0.2mol％。

进一步的，

所述成分fe2o3的摩尔百分比为46～48mol％；

所述成分zno的摩尔百分比为21.5～26mol％；

所述成分cuo的摩尔百分比为7～8.2mol％；

进一步的，

所述成分bi2o3的摩尔百分比为1.7～2.1mol％；

一种如权利要求1所述的用于叠层片电感的铁氧体材料的制造方法，其特征在于：所述的制造方法为溶胶-凝胶法，其具体步骤如下：

(1)、原料溶解：将权利要求1中所述摩尔百分比换算为质量分数，按比例称取除bi2o3以外的各成分作为原料，其中mgo换算为碱式碳酸镁，加入过量20wt％的稀硝酸溶解并搅拌均匀制成水溶液；

(2)、溶胶-凝胶制作：在55～60℃下搅拌(1)所得水溶液并逐量加入柠檬酸作为络合剂，直至溶液澄清，然后向溶液中加入氨水，调节溶液ph值为4～5，得到溶胶；之后逐量加入乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮，在60～70℃下搅拌至澄清，并保持加热进行陈化2～4h，得到湿凝胶；

(3)、铁氧体粉料制作：将步骤(2)中制备的湿凝胶放入马弗炉中，在270～300℃下热处理25～30min得到干凝胶，随后升温至500℃并持续25～30min，除去有机物，再按权利要求1所述比例加入bi2o3粉末，经球磨混合得到铁氧体超细粉料；

(4)、铁氧体粉料低温烧结：将步骤(3)中制备的铁氧体粉料中加入粉料质量10～15％的聚乙烯醇水溶液作为粘合剂进行造粒，随后将造粒料压制为所需形状的磁坯，将所述磁坯在870～900℃的温度下烧结，得到所需的铁氧体材料。

进一步的，所述步骤(2)中乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比例为1：1。

进一步的，所述步骤(3)中马弗炉的升温速率为15～20℃/min。

进一步的，所述步骤(4)中聚乙烯醇水溶液浓度为15～18wt％。

进一步的，所述步骤(4)中的烧结过程中使用n2作为保护气体。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明使用mg代替ni制成mgcuzn尖晶石型铁氧体材料，其磁致伸缩系数较小，对于应力的敏感度较低，在安装过程中受力时对于本身的电磁性能影响小，因此具有更稳定和更优良的磁导率和电感等性能；

2、本发明通过溶胶-凝胶法来制备用于烧结铁氧体的粉料，相比于传统的固相研磨法可以得到粒度更小的粉料，可以有效提高低温烧结过程中的烧结密度，从而提高所制得铁氧体的各项电磁性能；

3、本发明使用mg代替ni，而mg在地球上含量丰富，价格低廉，使用mg作为原料可以有效的降低成本，满足长期的生产需求，还节约了相对贵重稀少的ni元素，有利于绿色环保和可持续发展。

附图说明

图1为现有的一种低温烧结叠层片式nicuzn铁氧体在sem(扫描电子显微镜)下观测得到的图像；

图2为本发明实施例3所得mgcuzn铁氧体样品在sem中所得到的的图像。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图和实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种用于叠层片电感的铁氧体材料，其成分及摩尔百分比为：

fe2o3：44～51mol％；

zno：17～33.5mol％；

cuo：5.5～10.5mol％；

bi2o3：0.7～2.4mol％；

co2o3：0.15～0.6mol％；

moo3：0.08～0.2mol％；

余量为mgo。

其中fe2o3、zno、cuo、mgo为主体材料，其烧结后形成的尖晶石结构晶体具有所需要的磁性功能，而co2o3和moo3作为掺杂材料，可以在不影响主要物理性能的情况下改善铁氧体的磁导率和电感强度等电磁性能，其中bi2o3为助熔剂，可以降低上述物质的烧结温度，使其可以在900℃以下进行烧结，满足叠层片式电感与ag共熔的需求。

下面结合实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

按照本发明所述的一种用于叠层片电感的铁氧体材料的制造方法，在本发明所要求的各成分摩尔百分比内取值并制备出标准大小的样品进行检测，制备过程使用的各项原料及试剂均采用化学纯，所用马弗炉采用湖北高天公司的gt-mfl型智能马弗炉；检测过程使用美国mts公司的temposonicsl型磁致伸缩位移传感器测量样品的磁致伸缩系数λs，用yy2812型lcr仪测量起始磁导率μi(40khz)，用th2828lcr测试仪(1k～1mhz)测量电感品质因数q值(40khz)，利用阿基米德排水法测量并计算密度d，所得实施例的相关数据参见表1和表2。

表1

表1中实施例1-8为第一实验组，按本发明的权利要求所述成分配比以及制造方法所制得；实施例9-10为第一对照组，是分别将实施例3和实施例5中的mgo替换为nio后按本发明的制造方法制得的铁氧体样品。

由第一实验组可以看出，磁致伸缩系数λs随mgo含量的增加而减小，说明mgo本身的磁致伸缩系数λs较低，在铁氧体中可以起到减小磁致伸缩系数λs的作用；起始磁导率μi随zno含量的增加而变高，成正相关；而电感品质因数q的值呈抛物线式变化，即mgo和zno分别取极值时均无法达到较好效果；密度d随mgo含量增加而减小，原因是zn分子量大于mg。根据对于起始磁导率μi和电感的不同需求，实施例3和实施例5分别为优选实施例。

由实施例9和实施例3还有实施例10和实施例5的对比可以看出，在将mgo替换为nio后，起始磁导率μi和q值变化极小，但是磁致伸缩系数λs急剧增加，即本发明的mgcuzn铁氧体的磁致伸缩系数λs远低于nicuzn铁氧体，因此对于加工和使用过程中受到的应力敏感度较低，不容易因加工过程中的外力导致本身电磁性能的受损，在叠层片式电感元件的生产过程中有较大优势。

表2

表2中实施例11-13为第二实验组，按本发明的权利要求所述成分配比以及制造方法所制得；实施例14-16为第二对照组，其成分和配比与实施例11-13相同，但使用现有技术的固相研磨法制备粉料。

由实施例11-13和实施例14-16的一一对比可知，第二实验组的密度d大于第二对照组，其原因是采用溶胶-凝胶法制得的铁氧体粉料粒度可达50nm以下，比固相研磨所得的粉料粒度小1～2个数量级，从而使烧结过程更加充分，烧结后的铁氧体更为致密，因此具有更大的密度；采用现有的固相研磨法所制备样品的起始磁导率μi和q值均远低于采用本发明溶胶-凝胶法所制得的，同样是因为后者的粉料烧结密度更高，铁氧体内部的离子键强度更大，有利于电子的转移，进而提高了材料的电磁性能；磁致伸缩系数λs系数相差很小，采用固相研磨法的样品稍大，是因为其烧结密度小，材料内部的空隙较大，因此磁伸缩性更强。

本发明中溶胶-凝胶法制备铁氧体粉料的方法可以从微观角度进一步说明：

对比图1和图2可知，现有的nicuzn铁氧体中粉料结合程度不够，材料内部还存在大量的空洞结构，而本发明实施例3所得铁氧体样品中的粉料大部分已经烧结为整体，其烧结密度明显高于前者。因此可以说明本发明的溶胶-凝胶法所制备铁氧体粉料在烧结后得到的铁氧体磁性材料相比现有技术拥有更好的电磁性能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。