镍铜锌铁氧体的烧结制度的预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铁氧体材料的制造领域，尤其涉及一种镍铜锌铁氧体的烧结制度的预 测方法。
【背景技术】
[0002] 近年来由于表面贴装技术的不断发展和成熟应用，使得信息技术和电子数字化产 品引发了一场电子组装技术的变革，高度集成化、微型化、智能化及低成本化成为微机电和 电子整机等领域的重要标志和发展趋势，也因此对无源电子元器件提出了高频化、小型化、 高密度装配等方面的要求。从无源电子元器件的体积、重量及使用数量方面来看，叠层电感 器（MLCI)是现代电子信息产业中应用最广泛的元件之一。但是随着电子设备使用频率越 来越高、体积越来越小及重量越来越轻，也使得各电子设备和元器件间的相互影响和干扰 日趋严重和复杂化。其中，电磁干扰会导致电子系统的性能变差，甚至失效，也对人类生存 环境带来了越来越严重的污染，所以电磁兼容和电磁干扰消除亦成为叠层电感器等现代电 子产品的基本要求。高功率型叠层片式电感是防止电磁干扰最有效的元件之一，它即可负 载较大的直流电流，又能较好地吸收电源噪声，表面安装的片式结构也能够适应新型电子 设备体积小、重量轻的要求。
[0003] 国内高功率型MLCI发展很缓慢，远落后于国外先进水平。其中，限制该高功率型 MLCI发展的两个技术难题分别是叠层元器件结构设计与工艺技术、以及性能优良的高功率 型低温铁氧体材料。
[0004] NiCuZn铁氧体是最为广泛应用的一类铁氧体材料，相比于NiZn铁氧体，Cu的加入 能达到降低烧结温度的效果，同时这类低温铁氧体也具有较高磁导率、高居里温度及低损 耗等突出的电磁性能特点。传统的制备NiCuZn铁氧体的途径主要可分为湿化学法和氧化 物法。湿化学法中比较常用的是共沉淀法、溶胶凝胶法和自蔓延合成技术等。相比而言，氧 化物法（也称作固相合成法）则具有成本低廉、重复性较好及工艺成熟等优点，被国内外企 业和研宄单位作为制备NiCuZn铁氧体的主要研宄途径。
[0005] 从近几年的专利和文献报道中可以发现，功率型铁氧体的研宄工作主要集中在改 变原材料的主成分配方比例方面和二次球磨环节中的掺杂剂方面。事实上，NiCuZn铁氧体 在固相合成中经过不同预烧阶段的铁氧体粉末皆具有特定的结晶状态、表面活性和粒径分 布，这些特性直接关系到NiCuZn铁氧体在升温过程中的烧结规律，并影响材料最终的组织 与性能，然而，关于NiCuZn铁氧体的致密化等烧结规律的技术方法研宄尚未见到报道。
【发明内容】
[0006] 鉴于此，有必要提供一种镍铜锌铁氧体的烧结制度的预测方法，该方法能够有效 地减少制备镍铜锌铁氧体时的能源损耗和缩短制备时间。
[0007] -种镍铜锌铁氧体的烧结制度的预测方法，包括如下步骤：
[0008] 将Fe203、CuO、ZnO及NiO加水混合，得到浆料；
[0009] 将所述浆料烘干，得到混合粉末；
[0010] 将所述混合粉末于700°C~900°C保温预烧4小时~6小时，得到预烧粉末；
[0011] 将所述预烧粉末与烧结助剂混合，经压制成型，得到测试样品，并测定所述测试样 品的初始密度；
[0012] 将所述测试样品以第一升温速率匀速升温，直至所述测试样品的长度不再变化， 停止升温，并采集所述测试样品在升温过程中的实时长度及对应的实时温度；
[0013] 根据所述测试样品的实时长度和初始密度计算出所述测试样品的实时相对烧结 密度，根据所述实时相对烧结密度和所述实时温度建立烧结过程中所述测试样品的相对烧 结密度与温度的关系曲线；
[0014] 根据所述测试样品的相对烧结密度与温度的关系曲线以及主烧结曲线理论，获得 所述测试样品的烧结激活能；
[0015] 根据所述主烧结曲线理论、所述测试样品的烧结激活能以及所述测试样品的实时 相对烧结密度，建立所述测试样品的烧结致密化预测曲线；
[0016] 根据所述测试样品的烧结致密化预测曲线建立所述测试样品在升温过程中的相 对烧结密度、温度和时间的三维关系图。
[0017] 在其中一个实施例中，根据所述测试样品的实时长度和初始密度计算出所述测试 样品的实时相对烧结密度时使用的计算公式为：P = (lAi-dL/u)3) P^，其中，定义所述 测试样品的初始密度为P 〇,定义所述测试样品的实时相对烧结密度为P，定义所述测试样 品的初始长度为U，定义所述测试样品升温过程的实时长度为L。
[0018] 在其中一个实施例中，所述第一升温速率为2°C /min~10°C /min。
[0019] 在其中一个实施例中，在建立所述三维关系图的步骤之前，还包括对所述测试样 品的烧结致密化预测曲线的验证步骤，所述验证步骤具体为：按照制备所述测试样品的步 骤制备验证样品，并以第二升温速率升温到所述测试样品的长度不再变化时的温度，按照 建立所述测试样品的烧结致密化预测曲线的步骤，建立所述验证样品的烧结致密化预测曲 线，比较所述测试样品的烧结致密化预测曲线和所述验证样品的烧结致密化预测曲线以判 断所述测试样品的烧结致密化预测曲线的准确性。
[0020] 在其中一个实施例中，所述第二升温速率为2°C /min~10°C /min。
[0021] 在其中一个实施例中，采集所述测试样品在升温过程中的实时长度及对应的实时 温度时使用的装置为热膨胀分析仪。
[0022] 在其中一个实施例中，，将所述测试样品以所述第一升温速率匀速升温的步骤是 在空气的环境下进行的。
[0023] 在其中一个实施例中，将所述Fe203、CuO、ZnO及NiO加水混合的步骤中，所述 Fe203、Cu0、Zn0和NiO摩尔百分含量分别为47%~49%、5%~12%、18%~25%及18%~ 25%〇
[0024] 在其中一个实施例中，所述烧结助剂包括三氧化二钴和氧化铋，所述三氧化二钴 的质量是所述预烧粉末的质量的〇. 1 %~〇. 4%，所述氧化铋的质量是所述预烧粉末的质 量的2%~3%。
[0025] 在其中一个实施例中，将所述预烧粉末与所述烧结助剂混合的步骤具体为：以去 离子水为介质，将所述预烧粉末和所述烧结助剂球磨混合2小时~6小时，然后干燥。
[0026] 上述镍铜锌铁氧体的烧结制度的预测方法首先通过制备预烧粉末，以获得具有尖 晶石结构的铁氧体，并通过压制成型制备成测试样品，接着匀速升温，根据测试样品的实时 长度计算得到实时烧结密度，以建立测试样品的相对烧结密度与温度的关系曲线，结合主 烧结曲线，进一步获得测试样品的烧结激活能，并建立测试样品的烧结致密化预测曲线，最 终根据测试样品的烧结致密化预测曲线建立测试样品在升温过程中的相对烧结密度、温度 和时间的三维关系图，通过三维关系图，可以很明确的根据所需的相对烧结密度来选择合 适的烧结制度，或者可以根据烧结温度和时间准确的得知镍铜锌铁氧体的相对烧结密度， 即通过三维关系图能够有效地预测固相合成时的镍铜锌铁氧体在烧结过程中的收缩速率 或致密化行为，从而可以根据镍铜锌铁氧体的致密度需求制定合适的烧结制度，有效地减 少了多次实验导致的材料和时间的浪费，降低了能耗，缩短了时间，同时也为研宄开发高性 能镍铜锌铁氧体提供了一种快捷有效的技术途径。
【附图说明】
[0027] 图1为一实施方式的镍铜锌铁氧体的烧结制度的预测方法的流程图；
[0028] 图2为实施例1的测试样品的相对烧结密度与温度的关系曲线图；
[0029] 图3为实施例1的测试样品的烧结致密化预测曲线图；
[0030] 图4为实施例1的测试样品在升温过程中的相对烧结密度、温度和时间的三维关 系图。
【具体实施方式】
[0031] 下面主要结合附图及具体实施例对镍铜锌铁氧体的烧结制度的预测方法作进一 步详细的说明。
[0032] 如图1所示，一实施方式的镍铜锌铁氧体的烧结制度的预测方法，包括如下步骤：
[0033] 步骤SllO :将Fe203、CuO、ZnO及NiO加水混合，得到浆料。
[0034] 优选的，将Fe203、CuO、ZnO及NiO加水混合的步骤中，Fe 203、CuO、ZnO和NiO摩尔 百分比分别为47%~49%、5%~12%、18%~25%及18%~25%。上述配方中的铁含量 车父少，有利于提尚最终铁氧体的品质因数。
[0035] 其中，将Fe203、CuO、ZnO及NiO加水混合的方法为球磨混合。
[0036] 进一步的，球磨混合的方法为高能球磨法。高能球磨法是利用球磨的转动或振动， 使硬球对原材料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把粉末粉碎为纳米级微粒的方法。
[0037] 具体的，球磨的时间为4小时~8小时。步骤SllO中加入的水为