磁性材料及设备的制作方法
磁性材料及设备的制作方法
【专利摘要】实施方式的磁性材料的特征在于，其具备：含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的至少1种元素的磁性金属粒子；与磁性金属粒子相接触且含有选自由Al2O3、SiO2及TiO2构成的第2组中的至少1种氧化物的柱状氧化物粒子；以及磁性金属粒子和柱状氧化物粒子的周围的、电阻比磁性金属粒子高的基质相，当将磁性金属粒子的粒径设为R、将柱状氧化物粒子的长径设为L、将柱状氧化物粒子的短径设为l时，5nm≤l≤L、0.002≤L/R≤0.4。
【专利说明】磁性材料及设备
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请基于2013年9月20日提出的日本专利申请No. 2013-194771号主张优先 权，在此援引其全部内容W作参考。
【技术领域】
[0003] 在此所述的实施方式主要涉及磁性材料及设备。
【背景技术】
[0004] 为了将功率半导体搭载在各种机器中，功率电感器的开发、即在MHz带下的高导 磁率和低磁损耗的磁性材料的开发是不可缺少的。进而，需要可对应大电流的高饱和磁化。 当饱和磁化高时，即便施加高磁场，也难W引起磁饱和，可抑制有效电感值的降低。由此，设 备的直流畳加特性提局，系统的效率提局。
[000引另外，电波吸收体中，利用高的磁损耗，吸收由电子机器产生的噪音，降低电子机 器的误操作等不良情况。电子机器在各种频带中进行使用，在规定的频带内需要高的磁损 耗。一般来说，磁性材料在铁磁谐振频率附近显示高的磁损耗。在MHz频带下，低磁损耗的 磁性材料的铁磁谐振频率大致变为GHz频带。因此，MHz带功率电感器用磁性材料也可应 用于例如在GHz带中使用的电波吸收体。
[0006] 如此，如果能够开发在MHz频带下的高导磁率、低磁损耗的磁性材料，那么也可使 用在MHz带W上的高频波段的功率电感器、天线装置、电波吸收体等设备中。
【发明内容】
[0007] 本发明如下。
[0008] 1、一种磁性材料，其特征在于，其具备：
[0009] 含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的至少1种元素的磁性金属粒子；
[0010] 与所述磁性金属粒子相接触且含有选自由Al2〇3、Si〇2及Ti〇2构成的第2组中的 至少1种氧化物的柱状氧化物粒子；W及
[0011] 所述磁性金属粒子和所述柱状氧化物粒子的周围的、电阻比所述磁性金属粒子高 的基质相，
[0012] 当将所述磁性金属粒子的粒径设为R、将所述柱状氧化物粒子的长径设为L、将所 述柱状氧化物粒子的短径设为1时，
[001引 5nm《l《L
[0014] 0. 002《L/R《0. 4。
[00巧]2、上述1所述的磁性材料，其特征在于，100皿《R《20 y m。
[001引 3、上述1所述的磁性材料，其特征在于，2《1V1《50。
[0017] 4、上述1所述的磁性材料，其特征在于，所述柱状氧化物粒子的截面积相对于所 述磁性金属粒子的截面积的比例为0. 1%W上且20% W下。
[0018] 5、一种磁性材料，其特征在于，其具备：
[001引磁性金属粒子；
[0020] 柱状氧化物粒子；W及
[0021] 所述磁性金属粒子和所述柱状氧化物粒子的周围的、电阻高于所述磁性金属粒子 的基质相，
[0022] 所述磁性金属粒子具备：含有选自由化、Co及Ni构成的第1组中的至少1种元素 的磁性金属部、和将所述磁性金属部的一部分覆盖且含有选自所述磁性金属部所含有的所 述第1组中的至少1种所述元素的氧化膜，
[0023] 所述柱状氧化物粒子与所述磁性金属部相接触且含有选自由Al2〇3、Si化及Ti化构 成的第2组中的至少1种氧化物，
[0024] 当将所述磁性金属粒子的粒径设为R、将所述柱状氧化物粒子的长径设为L、将所 述柱状氧化物粒子的短径设为1时，
[00巧]5nm《1《L
[0026] 0. 002《L/R《0. 4。
[0027] 6、上述5所述的磁性材料，其特征在于，100皿《R《20 y m。
[002引 7、上述5所述的磁性材料，其特征在于，2《L/1《50。
[0029] 8、上述5所述的磁性材料，其特征在于，所述柱状氧化物粒子的截面积相对于所 述磁性金属粒子的截面积的比例为0. 1%W上且20% W下。
[0030] 9、一种设备，其使用了上述1所述的磁性材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为第1实施方式的磁性材料的示意图。
[0032] 图2A?C为第1实施方式的柱状氧化物粒子的示意图。
[0033] 图3为第2实施方式的磁性材料的示意图。
[0034] 图4A?B为第3实施方式的设备的概念图。
[00巧]图5A?B为第3实施方式的设备的概念图。
[0036] 图6为第3实施方式的设备的概念图。
【具体实施方式】
[0037] 实施方式的磁性材料的特征在于，其具备；含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组 中的至少1种元素的磁性金属粒子；与磁性金属粒子相接触且含有选自由Al2〇3、Si化及 Ti化构成的第2组中的至少1种氧化物的柱状氧化物粒子；W及磁性金属粒子和柱状氧化 物粒子的周围的、电阻比磁性金属粒子高的基质相，当将磁性金属粒子的粒径设为R、将柱 状氧化物粒子的长径设为L、将柱状氧化物粒子的短径设为1时，5nm《1《L、0. 002《L/ R《0. 4。
[0038] W下，使用【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0039] 发明人们发现；在磁性材料中，当使柱状氧化物粒子附着在磁性金属粒子的表面 时，用少量的氧化物粒子即可有效地抑制由磁性金属粒子的凝集所导致的粒子内润电流损 耗的增加，其结果，可W容易地制造出兼顾磁性金属粒子的高填充和磁性材料的高电阻、在 高频波段内具有高饱和磁化、高导磁率和低磁损耗的优良特性的磁性材料。本发明是基于 发明人们发现的上述见识而完成的。
[0040] (第1实施方式）
[0041] 本实施方式的磁性材料具备：含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的至少1 种元素的磁性金属粒子；与磁性金属粒子相接触且含有选自由Al2〇3、Si化及Ti化构成的第 2组中的至少1种氧化物的柱状氧化物粒子；W及磁性金属粒子和柱状氧化物粒子的周围 的、电阻比磁性金属粒子高的基质相，当将磁性金属粒子的粒径设为R、将柱状氧化物粒子 的长径设为L、将柱状氧化物粒子的短径设为1时，5nm《1《L、0. 002《L/R《0. 4。
[0042] 本实施方式的磁性材料通过具备上述构成，特别在IMHz W上的MHz频带会实现高 饱和磁化、高导磁率、低磁损耗。
[0043] 图1为本实施方式的磁性材料的截面示意图。本实施方式的磁性材料由磁性金属 粒子10、柱状氧化物粒子12和基质相14构成。
[0044] 磁性金属粒子10含有选自Fe、Co、Ni中的至少1个元素。磁性金属粒子10也可 W是化、Co、Ni单质的金属。磁性金属粒子10还可W是化基合金、Co基合金、化Co基合 金、化Ni基合金等合金。化基合金例如可举出化Ni合金、化Mn合金、化化合金。Co基合 金例如可举出CoNi合金、CoMn合金、Co化合金。化Co基合金例如可举出FeCoNiJeCoMn、 化Co化合金。另外，有在磁性金属粒子10上形成覆盖磁性金属粒子10的氧化膜18的情 况。
[0045] 磁性金属粒子10可W是球状粒子、也可W是扁平粒子。当使磁性金属粒子10为 扁平粒子、进而使磁性金属粒子10取向时，相比较于球状粒子，可W增大导磁率。
[0046] 将磁性金属粒子10的粒径设为R。粒径R例如使用扫描型电子显微镜（Scanning Electron Microscope ;SEM)进行观察。使沈M的倍率为2千倍W上且1万倍W下，W 1个 图像中含有50个磁性金属粒子10的最低倍率来观察磁性材料的截面图像。在1个图像中 观察到的全部磁性金属粒子10的1次粒子中，从粒径大者开始选择5个粒子，描绘包围该 粒子的最小的圆，将该圆的直径作为该磁性金属粒子10的粒径。将该粒径的平均值设为Ri。 如此，在5个不同视野内观察磁性材料的截面图像，测定Ri、R2、R3、R4、Rs。进而，将Ri?Rs 的平均值定义为R。
[0047] 柱状氧化物粒子12含有Al2〇3、Si〇2或Ti〇2。柱状氧化物粒子12接触于磁性金属 粒子10的表面，与磁性金属粒子10 -体化。另外，优选在柱状氧化物粒子12中不含有构 成磁性金属粒子10的选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的元素。
[0048] 柱状氧化物粒子12的形状可W是方柱也可W是圆柱。图2A?C表示柱状氧化 物粒子12的示意图之一例。图2A为圆柱、图2B为四方柱、图2C为六方柱，但形状并非限 定于该些。将柱状氧化物粒子12的最长径设为长径L、将与长径L平行地投影的侧面上的 最短径设为短径1。长径L、短径1例如使用透射型电子显微镜（Transmission Electron Microscope ;TEM)进行观察。使沈M或TEM的倍率为2万倍W上且20万倍W下，W 1个图 像中含有10个与磁性金属粒子10接触的柱状氧化物粒子12的最低倍率来观察磁性材料 的截面图像。在1个图像中观察到的全部的柱状氧化物粒子12的1次粒子中，从边的长度 长者开始选择3个粒子，将该长的边的平均值设为Li，从边的长度短者开始选择3个粒子， 将该短的边的平均值设为li。如此，在5个不同视野内观察磁性材料的截面图像，测定Li、 L2、Ls、L4、Ls、li、12、Is、14、le。将Li?Ls的平均值定义为长径L、将li?Is的平均值定义 为短径1。
[0049] 本实施方式的磁性材料通过使柱状氧化物粒子12附着在磁性金属粒子10的表面 上，用少量的氧化物粒子即可有效地抑制由磁性金属粒子10的凝集所导致的粒子内润电 流损耗的增加，其结果，可W实现兼顾磁性金属粒子10的高填充和磁性材料的高电阻、在 高频波段内具有高饱和磁化、高导磁率和低磁损耗的优良特性的磁性材料。
[0050] 为了在MHz带或GHz带的高频波段下实现高导磁率，相比较于曲Z带用磁性材料 中使用的约50 ym W上的磁性金属粒子10,减小磁性金属粒子10的粒径、增高铁磁谐振频 率是有效的。但是，当减小磁性金属粒子10的粒径时，磁性金属粒子10的凝集易于进行， 在磁性金属粒子10内显现的润电流增加、润电流损耗增大。
[0051] 因此，如图1所示，当使柱状氧化物粒子12附着在磁性金属粒子10的表面上时， 可W阻碍磁性金属粒子10之间的接触、抑制磁性金属粒子10的凝集。例如，考虑使用与柱 状氧化物粒子12的短径相同粒径的球状氧化物粒子来代替柱状氧化物粒子12的情况。当 使图1的柱状氧化物粒子12和相同数目的球状氧化物粒子附着在磁性金属粒子10的表面 上时，氧化物粒子覆盖磁性金属粒子10的表面的面积减小。因此，磁性金属粒子10之间易 于接触、进行凝集。接着，例如考虑使用与柱状氧化物粒子12的长径相同粒径的球状氧化 物粒子来代替柱状氧化物粒子12的情况。当使图1的柱状氧化物粒子12和相同数目的球 状氧化物粒子附着在磁性金属粒子10的表面上时，氧化物粒子的层的厚度增厚、难W提高 磁性金属粒子10的填充率、难W获得高饱和磁化和高导磁率的特性。
[0052] 如此，通过使用柱状氧化物粒子12,用少量的氧化物粒子即可抑制磁性金属粒子 10之间的接触、即抑制凝集。可兼顾磁性金属粒子10的高填充和磁性材料的高电阻，获得 高饱和磁化、高导磁率的特性。当使用柱状氧化物粒子12时，用很少个数的氧化物粒子即 可获得凝集抑制效果，氧化物粒子在磁性金属粒子10的表面上的均匀分散变得容易。另 夕F，由于磁性金属粒子10与1个氧化物粒子的接触面积大，因此在制造过程中有氧化物粒 子难W剥离的效果。
[0053] 基质相14配置在磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12的周围，其电阻比磁性 金属粒子10的电阻高。该是因为会抑制由流过整个材料的润电流所导致的润电流损耗。 作为基质相14中使用的材料，例如可举出空气、玻璃、有机物树脂、氧化物、氮化物、碳化物 等。作为有机物树脂，可举出环氧树脂、醜亚胺树脂、己帰基树脂、有机娃树脂等。作为环氧 树脂，例如可举出双酷A型环氧树脂、联苯型环氧树脂等树脂。醜亚胺树脂例如可举出聚醜 胺醜亚胺树脂、聚醜胺酸型聚醜亚胺树脂等树脂。己帰基树脂例如可举出聚己帰醇树脂、聚 己帰醇缩下酵树脂等树脂。有机娃树脂例如可举出甲基有机娃树脂、醇酸改性有机娃树脂 等树脂。基质相14的材料的电阻值例如优选为ImQ ? cm W上。
[0054] 基质相14的电阻高于磁性金属粒子10的电阻可通过由端子间的电流及电压值求 出电阻的四端子法或二端子法电阻测定来进行判定。例如有下述方法；一边使用扫描型电 子显微镜对磁性金属粒子10和基质相14混合而成的试样的电子像进行观察，一边使端子 (探针）与磁性金属粒子10和基质相14分别相接触，从而测定电阻。另外，通过该方法，可 W对基质相14的材料的电阻值进行评价。
[00巧]柱状氧化物粒子12的短径1与长径L的关系式为5nm《1《L。当短径1小于 5nm时，难W制造氧化物粒子，因此不优选。由于柱状氧化物粒子12的长径L与短径1如上 定义，因此为1《L。
[0056] 磁性金属粒子10的粒径R与柱状氧化物粒子12的长径L的关系式为0. 002《L/ R《0. 4。此时，用少量的氧化物粒子即可有效地抑制由磁性金属粒子10的凝集所导致的 粒子内润电流损耗的增加，且磁性金属粒子10的表面与1个柱状氧化物粒子12相接触的 面积增大，可W牢固地将两者一体化。由于氧化物粒子为少量，因此磁性材料具有高饱和磁 化、高导磁率的特性。另外，由于柱状氧化物粒子12牢固地附着在磁性金属粒子10上，因 此在磁性材料的制造过程中，柱状氧化物粒子12难W从磁性金属粒子10剥离、可W减小制 品的特性偏差。当L/R小于0. 002时，为了充分地抑制磁性金属粒子10的凝集需要多的氧 化物粒子数，难W使氧化物粒子均质地分散在磁性金属粒子10的表面上，因此不优选。当 L/R大于0. 4时，在磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12相接触的界面的周围产生不需要 的空间，有饱和磁化或导磁率降低的可能性，或者在制造过程中有柱状氧化物粒子12从磁 性金属粒子10上剥离的可能性。
[0057] 磁性金属粒子10的平均粒径优选为lOOnm W上且20 y m W下。一般来说，润电流 损耗与频率的平方成比例，在高频波段内，润电流损耗增大。当磁性金属粒子10的粒径大 于20 y m时，粒子内发生的润电流损耗在约IMHz W上时变得显著，因此不优选。另外，由于 铁磁谐振频率降低、在MHz频带显现因铁磁谐振所导致的损耗，因此不优选。当磁性金属粒 子10的粒径小于lOOnm时，虽然MHz频带的润电流损耗小，但顽磁力大、磁滞损耗增大，因 此不优选。如此，为了在MHz带实现低磁损耗的磁性材料，有磁性金属粒子10的适合的粒 径的范围。但是，当磁性金属粒子10的粒径为20 y m W下时，磁性金属粒子10的凝集易于 进行，润电流损耗増加。如本实施方式那样，通过使柱状氧化物粒子12附着在磁性金属粒 子10的表面上，即便是20 y m W下的小粒径的磁性金属粒子10,也可抑制凝集，可在MHz带 W上的高频波段内获得优良的特性。从抑制凝集且在MHz带W上的高频波段内获得优良特 性的观点出发，更优选的磁性金属粒子10的粒径范围为1 y m《R《10 y m。
[005引柱状氧化物粒子12的长径L与短径1之比（长宽比）优选为2《IVI《50。当 长宽比小于2时，有难W获得上述氧化物粒子为柱状形状所产生的效果的可能性。当长宽 比大于50时，在磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12相接触的界面的周围产生不需要的 空间，有饱和磁化或导磁率降低的可能性，或者在制造过程中有柱状氧化物粒子12从磁性 金属粒子10上剥离的可能性。
[0059] 柱状氧化物粒子12的截面积相对于磁性金属粒子10的截面积的比例优选为 0. 1%W上且20%W下。当柱状氧化物粒子12的截面积相对于磁性金属粒子10的截面积 的比例小于0. 1%时，有不能充分地抑制磁性金属粒子10的凝集的可能性。当柱状氧化物 粒子12的截面积相对于磁性金属粒子10的截面积的比例大于20%时，有磁性金属粒子10 的填充率降低、饱和磁化及导磁率降低的可能性。
[0060] 柱状氧化物粒子12的截面积相对于磁性金属粒子10的截面积的比例如通过进行 利用TEM等的粒子截面观察来算出。在截面TEM图像内，W含有10个与柱状氧化物粒子12 相接触且与其他磁性金属粒子10不凝集的磁性金属粒子10的最低倍率，对磁性材料的截 面图像进行观察。从该图像中选择直径最大的磁性金属粒子10,放大该直径最大的磁性金 属粒子10,形成有1个进入的视野。然后，对该磁性金属粒子10从1个视野中确定该磁性 金属粒子10与柱状氧化物粒子12的边界，利用图像处理可求得截面积的比例。该里，柱状 氧化物粒子12的截面积是指与该磁性金属粒子10的表面直接接触的1次粒子的截面积。 还有，当有柱状氧化物粒子12不接触直径最大的磁性金属粒子10等的情况时，适当选择直 径第2大的磁性金属粒子10、直径第3大的磁性金属粒子10来算出。
[0061] 在制造本实施方式的磁性材料时，为了使柱状氧化物粒子12附着于磁性金属粒 子10的表面、即使它们接触，优选利用磨机将磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12混合 后进行热处理。通过使用磨机进行混合，磁性金属粒子10和柱状氧化物粒子12可W均匀 地混合。通过在混合后进一步进行热处理，在磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12的界 面处，磁性金属粒子10中的Fe、Co或Ni原子与柱状氧化物粒子12中的A1、Si或Ti原子 相互间发生热扩散，磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12牢固地一体化。磨机的种类例 如可举出旋转球磨机、振动球磨机、揽拌球磨机等。利用磨机的加工可W是使用溶剂的湿式 研磨，也可W是未使用溶剂的干式研磨。磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12的混合后 的热处理优选在还原气氛中进行。通过在还原气氛中进行热处理，可W抑制由磁性金属粒 子10的氧化所导致的饱和磁化的降低，同时可W实现将磁性金属粒子10与柱状氧化物粒 子12牢固地一体化。当在还原气氛下进行热处理时，首先在磁性金属粒子10的表面存在 的自然氧化膜被还原为磁性金属。然后在经还原的磁性金属粒子10的表面与柱状氧化物 粒子12的界面处，Fe、Co或Ni原子与A1、Si或Ti原子相互间发生热扩散，柱状氧化物粒 子12附着在磁性金属粒子10的表面上。然后，在热处理后取出到大气中时，在磁性金属粒 子10的表面的未与柱状氧化物粒子12接触的部分上再次生成自然氧化膜。或者，在热处 理后，通过将还原气氛置换成氧气等氧化气氛，也可W在磁性金属粒子10的表面的未与柱 状氧化物粒子12接触的部分上形成氧化膜18。该里，作为还原气氛，例如可优选使用氨气 或氨与氮的混合气体、氨与IS的混合气体（例如优选氨气浓度为5%的混合气体）。
[0062] 本实施方式中使用的元素的组成分析例如可通过TEM-EDX巧nergy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer,能量色散X射线英光光谱仪）等方法进行。
[006引（第2实施方式）
[0064] 本实施方式的磁性材料的特征在于，其具备：磁性金属粒子；柱状氧化物粒子W 及磁性金属粒子和柱状氧化物粒子的周围的、电阻高于磁性金属粒子基质相，所述磁性金 属粒子具备；含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中至少1种元素的磁性金属部、和将磁 性金属部的一部分覆盖且含有选自磁性金属部所含有的第1组中的至少1种元素的氧化 膜，所述柱状氧化物粒子与磁性金属部相接触且含有选自由Al2〇3、Si化及Ti化构成的第2 组中的至少1种氧化物，当将磁性金属粒子的粒径设为R、将柱状氧化物粒子的长径设为L、 将柱状氧化物粒子的短径设为1时，5皿《1《L、0. 002《L/R《0. 4。另外，在本实施方 式的记载中，当与第1实施方式的记载发生重复时，有时省略其记载。
[0065] 图3为本实施方式的磁性材料的截面示意图。本实施方式的磁性材料由磁性金属 部16、覆盖磁性金属部16的一部分的氧化膜18、具备磁性金属部16和氧化膜18的磁性金 属粒子10、柱状氧化物粒子12和基质相14构成。另外，优选在柱状氧化物粒子12中不含 有构成磁性金属粒子10的选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的元素。
[0066] 在磁性金属粒子10的表面上，有形成自然地在其表面形成的自然氧化膜等氧化 膜18的情况。当柱状氧化物粒子12介由该氧化膜18与磁性金属粒子10相接触时，柱状 氧化物粒子12与磁性金属粒子10不会充分地一体化。
[0067] 本实施方式中，柱状氧化物粒子12并非是与氧化膜18接触、而是与磁性金属部16 直接接触。由此，可W实现磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12的牢固的一体化。因此， 在使柱状氧化物粒子12附着在磁性金属粒子10的表面上、即使它们接触时，优选在还原气 氛中进行热处理。当在还原气氛下进行热处理时，首先在磁性金属粒子10的表面存在的自 然氧化膜被还原为磁性金属，磁性金属部16出现在磁性金属粒子10的表面上。然后，在磁 性金属部16与柱状氧化物粒子12的界面处，Fe、Co或Ni原子与A1、Si或Ti原子相互间 地发生热扩散，柱状氧化物粒子12附着在磁性金属部16上。然后，在热处理后取出到大气 中时，在磁性金属粒子10的表面的未与柱状氧化物粒子12接触的部分上再次生成自然氧 化膜。或者，在热处理后，通过将还原气氛置换成氧气等氧化气氛，也可W在磁性金属粒子 10的表面的未与柱状氧化物粒子12接触的部分上形成氧化膜18。该里，作为还原气氛，例 如可优选使用氨气或氨与氮的混合气体、氨与氮的混合气体（例如优选氨气浓度为5%的 混合气体）。
[006引（第3实施方式）
[0069] 本实施方式的设备是具备上述实施方式中说明的磁性材料的设备。因此，省略与 上述实施方式重复的内容的记载。
[0070] 本实施方式的设备例如为电感器、扼流圈、滤波器、变压器等高频磁性部件、天线 基板或部件、电波吸收体等。
[0071] 最易发挥上述实施方式的磁性材料的特征的用途是电感器。特别是，当应用于在 IMHz W上的MHz频带内施加高电流的功率电感器时，易于发挥磁性材料所具备的高饱和磁 化、高导磁率和低磁损耗的效果。
[0072] 图4A?B、图5A?B、图6为本实施方式的电感器的概念图之一例。
[0073] 作为最基本的结构，可举出图4A的在环状磁性材料上实施线圈绕线的形态、图4B 的在棒状磁性材料上实施线圈绕线的形态等。为了将磁性金属粒子10和基质相14 一体 化成环状或棒状，优选在0.化奸/cm2 W上的压力下实施压制成型。当压力小于0.化奸/cm2 时，有成型体内部的空隙增多、磁性金属粒子10的体积率降低、饱和磁化、导磁率减小的可 能性。压制成型可举出单螺杆压制成型法、热压成型法、CIP(冷等静压）法、HIP(热等静 压）法、SPS (放电等离子体烧结法）法等手法。
[0074] 进而，还可制成图5A所示的线圈绕线与磁性材料成为一体的片式电感器或图5B 所示的平面型电感器等。片式电感器还可W如图5A那样制成层叠型。
[00巧]图6表示变压器结构的电感器。
[0076] 图4A?图6仅仅是记载了代表性的结构，实际上优选根据用途和所要求的电感器 特性来改变结构和尺寸。
[0077] 根据本实施方式的设备，可实现特别是在IMHz W上的MHz频带内具有高导磁率、 低磁损耗的优良特性的设备。
[007引 实施例
[0079] W下说明本发明的实施例。
[0080] (实施例1)
[0081] W重量比为100 ;2. 5将粒径R = 5 y m的化粒子和长径L = 40nm、短径1 = lOnm 的圆柱状的柱状Al2化粒子放入到不镑钢容器和使用了不镑钢球的旋转球磨机中，在Ar气 氛下W 60rpm混合了 2小时。进而，在氨气氛下在50(TC热处理30分钟，获得了表面附着 有柱状A12化粒子的化粒子。利用倍率为10万倍的透射型电子显微镜（TEM)进行观察，结 果为L/R = 0. 008、1V1 = 4。另外，使用W倍率为2万5千倍进行观察的TEM像，算出柱状 氧化物粒子12的面积相对于磁性金属粒子10的面积的比例，结果为0. 2%。W重量比为 100 ;2. 5混合热处理后的粒子和己帰基树脂，通过压制成型制作了环状的评价用材料。
[0082] 对于该评价用材料，使用振动试样磁力计（VSM)，测定相对于施加磁场的磁化的大 小，结果饱和磁化为1.45T。
[0083] 将铜线在该评价用材料上缠绕40圈，使用岩通计测制B-H分析仪SY-8232,测定在 IMHz下的相对磁导率和磁损耗（磁芯损耗）。当测定磁损耗时，必须对应材料的导磁率来决 定磁通密度条件。当将磁通密度记为B、将导磁率记为y、将电感记为L、将电流记为I、将 体积记为V时，B 2= uLlVV的式子成立。本实施例中，L、I、V是恒定的，按照y = 10时、 B = 9. 38mT的方式决定各材料的磁通密度条件（例如如果y = 5,则B = 6. 63mT)。如上 述那样制作的评价用材料的相对磁导率为19. 7、磁损耗为0. 22W/CC。将W上的结果示于表 1中。
[0084] (实施例。
[00财除了使用长径L = lOnm、短径1 = 5nm的圆柱状的柱状A12化粒子之外，与实施例 1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[008引（实施例如
[0087] 除了使用长径L = 2 y m、短径1 = 100皿的圆柱状的柱状Al2〇3粒子之外，与实施 例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[008引（实施例4)
[0089] 除了使用粒径R = 20 y m的化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的 制作、测定。将其结果示于表1中。
[0090] (实施例W
[0091] 除了使用粒径R = lOOnm的化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的 制作、测定。将其结果示于表1中。
[009引（比较例1)
[0093] 除了使用粒径R = 20 y m的化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的 制作、测定。将其结果示于表1中。
[0094] (比较例。
[009引除了使用长径L = 2. 2 ym、短径1 = 200皿的圆柱状的柱状Ala化粒子之外，与实 施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[009引（实施例6)
[0097] 除了使用粒径R = 50皿的化粒子和长径L = 20皿、短径1 = 10皿的圆柱状的 柱状A1,化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表 1中。
[009引（实施例7)
[0099] 除了使用粒径R = 25 y m的化粒子和长径L = 2 y m、短径1 = 100皿的圆柱状的 柱状Al,化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表 1中。
[0100] (实施例8)
[0101] 除了使用长径L = 500皿、短径1 = 10皿的圆柱状的柱状Al2〇3粒子之外，与实施 例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[0102] (实施例9)
[0103] 除了使用长径L = 40nm、短径1 = 25nm的圆柱状的柱状A12化粒子之外，与实施 例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[0104] (实施例 10)
[010引除了使用长径L = 600皿、短径1 = 10皿的圆柱状的柱状Al203粒子之外，与实施 例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[0106] (实施例 11)
[0107] 除了使用粒径R= 100皿的化粒子、并W重量比为100:25混合化粒子和柱状 A1,化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。 [0 10引（实施例12)
[0109] 除了 W重量比为100 ;〇. 2混合化粒子和柱状Al2〇3粒子之外，与实施例1同样地 进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[0110] (实施例 13)
[01U] 除了使用粒径R= 100皿的化粒子、并W重量比为100:30混合化粒子和柱状 A1,化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。 [011引（实施例14)
[0113] 除了使用Co粒子代替化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、 测定。将其结果示于表1中。
[0114] (实施例 15)
[0115] 除了使用Ni粒子代替化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、 测定。将其结果示于表1中。
[011引（实施例16)
[0117] 除了使用Si化代替A12化之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。 将其结果示于表1中。
[011引（实施例17)
[0119] 除了使用Ti化代替A12化之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。 将其结果示于表1中。
[0120] (实施例峨
[0121] 除了使用环氧树脂代替己帰基树脂之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的 制作、测定。将其结果示于表1中。
[0122] 表 1
[0123]
【权利要求】
1. 一种磁性材料，其特征在于，其具备： 含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的至少1种元素的磁性金属粒子； 与所述磁性金属粒子相接触且含有选自由Al2〇3、Si〇2及Ti〇2构成的第2组中的至少1 种氧化物的柱状氧化物粒子；W及 所述磁性金属粒子和所述柱状氧化物粒子的周围的、电阻比所述磁性金属粒子高的基 质相， 当将所述磁性金属粒子的粒径设为R、将所述柱状氧化物粒子的长径设为L、将所述柱 状氧化物粒子的短径设为1时， 5nm《1《L 0. 002《L/R《0. 4。
2. 根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，100皿《R《20 y m。
3. 根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，2《IVI《50。
4. 根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，所述柱状氧化物粒子的截面积相对 于所述磁性金属粒子的截面积的比例为0. 1 % W上且20% W下。
5. -种磁性材料，其特征在于，其具备： 磁性金属粒子； 柱状氧化物粒子；W及 所述磁性金属粒子和所述柱状氧化物粒子的周围的、电阻高于所述磁性金属粒子的基 质相， 所述磁性金属粒子具备：含有选自由化、Co及Ni构成的第1组中的至少1种元素的磁 性金属部、和将所述磁性金属部的一部分覆盖且含有选自所述磁性金属部所含有的所述第 1组中的至少1种所述元素的氧化膜， 所述柱状氧化物粒子与所述磁性金属部相接触且含有选自由Al2〇3、Si化及Ti化构成 的第2组中的至少1种氧化物， 当将所述磁性金属粒子的粒径设为R、将所述柱状氧化物粒子的长径设为L、将所述柱 状氧化物粒子的短径设为1时， 5nm < 1 < L 0. 002 <L/R<0. 4〇
6. 根据权利要求5所述的磁性材料，其特征在于，100皿《R《20 y m。
7. 根据权利要求5所述的磁性材料，其特征在于，2《IVI《50。
8. 根据权利要求5所述的磁性材料，其特征在于，所述柱状氧化物粒子的截面积相对 于所述磁性金属粒子的截面积的比例为0. 1%W上且20% W下。
9. 一种设备，其使用了权利要求1所述的磁性材料。
【文档编号】H01F1/24GK104465005SQ201410465396
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2013年9月20日
【发明者】江口朋子, 末永诚一, 原田耕一, 末纲伦浩, 高桥利英 申请人:株式会社东芝
【专利摘要】实施方式的磁性材料的特征在于，其具备：含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的至少1种元素的磁性金属粒子；与磁性金属粒子相接触且含有选自由Al2O3、SiO2及TiO2构成的第2组中的至少1种氧化物的柱状氧化物粒子；以及磁性金属粒子和柱状氧化物粒子的周围的、电阻比磁性金属粒子高的基质相，当将磁性金属粒子的粒径设为R、将柱状氧化物粒子的长径设为L、将柱状氧化物粒子的短径设为l时，5nm≤l≤L、0.002≤L/R≤0.4。
【专利说明】磁性材料及设备
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请基于2013年9月20日提出的日本专利申请No. 2013-194771号主张优先 权，在此援引其全部内容W作参考。
【技术领域】
[0003] 在此所述的实施方式主要涉及磁性材料及设备。
【背景技术】
[0004] 为了将功率半导体搭载在各种机器中，功率电感器的开发、即在MHz带下的高导 磁率和低磁损耗的磁性材料的开发是不可缺少的。进而，需要可对应大电流的高饱和磁化。 当饱和磁化高时，即便施加高磁场，也难W引起磁饱和，可抑制有效电感值的降低。由此，设 备的直流畳加特性提局，系统的效率提局。
[000引另外，电波吸收体中，利用高的磁损耗，吸收由电子机器产生的噪音，降低电子机 器的误操作等不良情况。电子机器在各种频带中进行使用，在规定的频带内需要高的磁损 耗。一般来说，磁性材料在铁磁谐振频率附近显示高的磁损耗。在MHz频带下，低磁损耗的 磁性材料的铁磁谐振频率大致变为GHz频带。因此，MHz带功率电感器用磁性材料也可应 用于例如在GHz带中使用的电波吸收体。
[0006] 如此，如果能够开发在MHz频带下的高导磁率、低磁损耗的磁性材料，那么也可使 用在MHz带W上的高频波段的功率电感器、天线装置、电波吸收体等设备中。
【发明内容】
[0007] 本发明如下。
[0008] 1、一种磁性材料，其特征在于，其具备：
[0009] 含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的至少1种元素的磁性金属粒子；
[0010] 与所述磁性金属粒子相接触且含有选自由Al2〇3、Si〇2及Ti〇2构成的第2组中的 至少1种氧化物的柱状氧化物粒子；W及
[0011] 所述磁性金属粒子和所述柱状氧化物粒子的周围的、电阻比所述磁性金属粒子高 的基质相，
[0012] 当将所述磁性金属粒子的粒径设为R、将所述柱状氧化物粒子的长径设为L、将所 述柱状氧化物粒子的短径设为1时，
[001引 5nm《l《L
[0014] 0. 002《L/R《0. 4。
[00巧]2、上述1所述的磁性材料，其特征在于，100皿《R《20 y m。
[001引 3、上述1所述的磁性材料，其特征在于，2《1V1《50。
[0017] 4、上述1所述的磁性材料，其特征在于，所述柱状氧化物粒子的截面积相对于所 述磁性金属粒子的截面积的比例为0. 1%W上且20% W下。
[0018] 5、一种磁性材料，其特征在于，其具备：
[001引磁性金属粒子；
[0020] 柱状氧化物粒子；W及
[0021] 所述磁性金属粒子和所述柱状氧化物粒子的周围的、电阻高于所述磁性金属粒子 的基质相，
[0022] 所述磁性金属粒子具备：含有选自由化、Co及Ni构成的第1组中的至少1种元素 的磁性金属部、和将所述磁性金属部的一部分覆盖且含有选自所述磁性金属部所含有的所 述第1组中的至少1种所述元素的氧化膜，
[0023] 所述柱状氧化物粒子与所述磁性金属部相接触且含有选自由Al2〇3、Si化及Ti化构 成的第2组中的至少1种氧化物，
[0024] 当将所述磁性金属粒子的粒径设为R、将所述柱状氧化物粒子的长径设为L、将所 述柱状氧化物粒子的短径设为1时，
[00巧]5nm《1《L
[0026] 0. 002《L/R《0. 4。
[0027] 6、上述5所述的磁性材料，其特征在于，100皿《R《20 y m。
[002引 7、上述5所述的磁性材料，其特征在于，2《L/1《50。
[0029] 8、上述5所述的磁性材料，其特征在于，所述柱状氧化物粒子的截面积相对于所 述磁性金属粒子的截面积的比例为0. 1%W上且20% W下。
[0030] 9、一种设备，其使用了上述1所述的磁性材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为第1实施方式的磁性材料的示意图。
[0032] 图2A?C为第1实施方式的柱状氧化物粒子的示意图。
[0033] 图3为第2实施方式的磁性材料的示意图。
[0034] 图4A?B为第3实施方式的设备的概念图。
[00巧]图5A?B为第3实施方式的设备的概念图。
[0036] 图6为第3实施方式的设备的概念图。
【具体实施方式】
[0037] 实施方式的磁性材料的特征在于，其具备；含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组 中的至少1种元素的磁性金属粒子；与磁性金属粒子相接触且含有选自由Al2〇3、Si化及 Ti化构成的第2组中的至少1种氧化物的柱状氧化物粒子；W及磁性金属粒子和柱状氧化 物粒子的周围的、电阻比磁性金属粒子高的基质相，当将磁性金属粒子的粒径设为R、将柱 状氧化物粒子的长径设为L、将柱状氧化物粒子的短径设为1时，5nm《1《L、0. 002《L/ R《0. 4。
[0038] W下，使用【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0039] 发明人们发现；在磁性材料中，当使柱状氧化物粒子附着在磁性金属粒子的表面 时，用少量的氧化物粒子即可有效地抑制由磁性金属粒子的凝集所导致的粒子内润电流损 耗的增加，其结果，可W容易地制造出兼顾磁性金属粒子的高填充和磁性材料的高电阻、在 高频波段内具有高饱和磁化、高导磁率和低磁损耗的优良特性的磁性材料。本发明是基于 发明人们发现的上述见识而完成的。
[0040] (第1实施方式）
[0041] 本实施方式的磁性材料具备：含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的至少1 种元素的磁性金属粒子；与磁性金属粒子相接触且含有选自由Al2〇3、Si化及Ti化构成的第 2组中的至少1种氧化物的柱状氧化物粒子；W及磁性金属粒子和柱状氧化物粒子的周围 的、电阻比磁性金属粒子高的基质相，当将磁性金属粒子的粒径设为R、将柱状氧化物粒子 的长径设为L、将柱状氧化物粒子的短径设为1时，5nm《1《L、0. 002《L/R《0. 4。
[0042] 本实施方式的磁性材料通过具备上述构成，特别在IMHz W上的MHz频带会实现高 饱和磁化、高导磁率、低磁损耗。
[0043] 图1为本实施方式的磁性材料的截面示意图。本实施方式的磁性材料由磁性金属 粒子10、柱状氧化物粒子12和基质相14构成。
[0044] 磁性金属粒子10含有选自Fe、Co、Ni中的至少1个元素。磁性金属粒子10也可 W是化、Co、Ni单质的金属。磁性金属粒子10还可W是化基合金、Co基合金、化Co基合 金、化Ni基合金等合金。化基合金例如可举出化Ni合金、化Mn合金、化化合金。Co基合 金例如可举出CoNi合金、CoMn合金、Co化合金。化Co基合金例如可举出FeCoNiJeCoMn、 化Co化合金。另外，有在磁性金属粒子10上形成覆盖磁性金属粒子10的氧化膜18的情 况。
[0045] 磁性金属粒子10可W是球状粒子、也可W是扁平粒子。当使磁性金属粒子10为 扁平粒子、进而使磁性金属粒子10取向时，相比较于球状粒子，可W增大导磁率。
[0046] 将磁性金属粒子10的粒径设为R。粒径R例如使用扫描型电子显微镜（Scanning Electron Microscope ;SEM)进行观察。使沈M的倍率为2千倍W上且1万倍W下，W 1个 图像中含有50个磁性金属粒子10的最低倍率来观察磁性材料的截面图像。在1个图像中 观察到的全部磁性金属粒子10的1次粒子中，从粒径大者开始选择5个粒子，描绘包围该 粒子的最小的圆，将该圆的直径作为该磁性金属粒子10的粒径。将该粒径的平均值设为Ri。 如此，在5个不同视野内观察磁性材料的截面图像，测定Ri、R2、R3、R4、Rs。进而，将Ri?Rs 的平均值定义为R。
[0047] 柱状氧化物粒子12含有Al2〇3、Si〇2或Ti〇2。柱状氧化物粒子12接触于磁性金属 粒子10的表面，与磁性金属粒子10 -体化。另外，优选在柱状氧化物粒子12中不含有构 成磁性金属粒子10的选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的元素。
[0048] 柱状氧化物粒子12的形状可W是方柱也可W是圆柱。图2A?C表示柱状氧化 物粒子12的示意图之一例。图2A为圆柱、图2B为四方柱、图2C为六方柱，但形状并非限 定于该些。将柱状氧化物粒子12的最长径设为长径L、将与长径L平行地投影的侧面上的 最短径设为短径1。长径L、短径1例如使用透射型电子显微镜（Transmission Electron Microscope ;TEM)进行观察。使沈M或TEM的倍率为2万倍W上且20万倍W下，W 1个图 像中含有10个与磁性金属粒子10接触的柱状氧化物粒子12的最低倍率来观察磁性材料 的截面图像。在1个图像中观察到的全部的柱状氧化物粒子12的1次粒子中，从边的长度 长者开始选择3个粒子，将该长的边的平均值设为Li，从边的长度短者开始选择3个粒子， 将该短的边的平均值设为li。如此，在5个不同视野内观察磁性材料的截面图像，测定Li、 L2、Ls、L4、Ls、li、12、Is、14、le。将Li?Ls的平均值定义为长径L、将li?Is的平均值定义 为短径1。
[0049] 本实施方式的磁性材料通过使柱状氧化物粒子12附着在磁性金属粒子10的表面 上，用少量的氧化物粒子即可有效地抑制由磁性金属粒子10的凝集所导致的粒子内润电 流损耗的增加，其结果，可W实现兼顾磁性金属粒子10的高填充和磁性材料的高电阻、在 高频波段内具有高饱和磁化、高导磁率和低磁损耗的优良特性的磁性材料。
[0050] 为了在MHz带或GHz带的高频波段下实现高导磁率，相比较于曲Z带用磁性材料 中使用的约50 ym W上的磁性金属粒子10,减小磁性金属粒子10的粒径、增高铁磁谐振频 率是有效的。但是，当减小磁性金属粒子10的粒径时，磁性金属粒子10的凝集易于进行， 在磁性金属粒子10内显现的润电流增加、润电流损耗增大。
[0051] 因此，如图1所示，当使柱状氧化物粒子12附着在磁性金属粒子10的表面上时， 可W阻碍磁性金属粒子10之间的接触、抑制磁性金属粒子10的凝集。例如，考虑使用与柱 状氧化物粒子12的短径相同粒径的球状氧化物粒子来代替柱状氧化物粒子12的情况。当 使图1的柱状氧化物粒子12和相同数目的球状氧化物粒子附着在磁性金属粒子10的表面 上时，氧化物粒子覆盖磁性金属粒子10的表面的面积减小。因此，磁性金属粒子10之间易 于接触、进行凝集。接着，例如考虑使用与柱状氧化物粒子12的长径相同粒径的球状氧化 物粒子来代替柱状氧化物粒子12的情况。当使图1的柱状氧化物粒子12和相同数目的球 状氧化物粒子附着在磁性金属粒子10的表面上时，氧化物粒子的层的厚度增厚、难W提高 磁性金属粒子10的填充率、难W获得高饱和磁化和高导磁率的特性。
[0052] 如此，通过使用柱状氧化物粒子12,用少量的氧化物粒子即可抑制磁性金属粒子 10之间的接触、即抑制凝集。可兼顾磁性金属粒子10的高填充和磁性材料的高电阻，获得 高饱和磁化、高导磁率的特性。当使用柱状氧化物粒子12时，用很少个数的氧化物粒子即 可获得凝集抑制效果，氧化物粒子在磁性金属粒子10的表面上的均匀分散变得容易。另 夕F，由于磁性金属粒子10与1个氧化物粒子的接触面积大，因此在制造过程中有氧化物粒 子难W剥离的效果。
[0053] 基质相14配置在磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12的周围，其电阻比磁性 金属粒子10的电阻高。该是因为会抑制由流过整个材料的润电流所导致的润电流损耗。 作为基质相14中使用的材料，例如可举出空气、玻璃、有机物树脂、氧化物、氮化物、碳化物 等。作为有机物树脂，可举出环氧树脂、醜亚胺树脂、己帰基树脂、有机娃树脂等。作为环氧 树脂，例如可举出双酷A型环氧树脂、联苯型环氧树脂等树脂。醜亚胺树脂例如可举出聚醜 胺醜亚胺树脂、聚醜胺酸型聚醜亚胺树脂等树脂。己帰基树脂例如可举出聚己帰醇树脂、聚 己帰醇缩下酵树脂等树脂。有机娃树脂例如可举出甲基有机娃树脂、醇酸改性有机娃树脂 等树脂。基质相14的材料的电阻值例如优选为ImQ ? cm W上。
[0054] 基质相14的电阻高于磁性金属粒子10的电阻可通过由端子间的电流及电压值求 出电阻的四端子法或二端子法电阻测定来进行判定。例如有下述方法；一边使用扫描型电 子显微镜对磁性金属粒子10和基质相14混合而成的试样的电子像进行观察，一边使端子 (探针）与磁性金属粒子10和基质相14分别相接触，从而测定电阻。另外，通过该方法，可 W对基质相14的材料的电阻值进行评价。
[00巧]柱状氧化物粒子12的短径1与长径L的关系式为5nm《1《L。当短径1小于 5nm时，难W制造氧化物粒子，因此不优选。由于柱状氧化物粒子12的长径L与短径1如上 定义，因此为1《L。
[0056] 磁性金属粒子10的粒径R与柱状氧化物粒子12的长径L的关系式为0. 002《L/ R《0. 4。此时，用少量的氧化物粒子即可有效地抑制由磁性金属粒子10的凝集所导致的 粒子内润电流损耗的增加，且磁性金属粒子10的表面与1个柱状氧化物粒子12相接触的 面积增大，可W牢固地将两者一体化。由于氧化物粒子为少量，因此磁性材料具有高饱和磁 化、高导磁率的特性。另外，由于柱状氧化物粒子12牢固地附着在磁性金属粒子10上，因 此在磁性材料的制造过程中，柱状氧化物粒子12难W从磁性金属粒子10剥离、可W减小制 品的特性偏差。当L/R小于0. 002时，为了充分地抑制磁性金属粒子10的凝集需要多的氧 化物粒子数，难W使氧化物粒子均质地分散在磁性金属粒子10的表面上，因此不优选。当 L/R大于0. 4时，在磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12相接触的界面的周围产生不需要 的空间，有饱和磁化或导磁率降低的可能性，或者在制造过程中有柱状氧化物粒子12从磁 性金属粒子10上剥离的可能性。
[0057] 磁性金属粒子10的平均粒径优选为lOOnm W上且20 y m W下。一般来说，润电流 损耗与频率的平方成比例，在高频波段内，润电流损耗增大。当磁性金属粒子10的粒径大 于20 y m时，粒子内发生的润电流损耗在约IMHz W上时变得显著，因此不优选。另外，由于 铁磁谐振频率降低、在MHz频带显现因铁磁谐振所导致的损耗，因此不优选。当磁性金属粒 子10的粒径小于lOOnm时，虽然MHz频带的润电流损耗小，但顽磁力大、磁滞损耗增大，因 此不优选。如此，为了在MHz带实现低磁损耗的磁性材料，有磁性金属粒子10的适合的粒 径的范围。但是，当磁性金属粒子10的粒径为20 y m W下时，磁性金属粒子10的凝集易于 进行，润电流损耗増加。如本实施方式那样，通过使柱状氧化物粒子12附着在磁性金属粒 子10的表面上，即便是20 y m W下的小粒径的磁性金属粒子10,也可抑制凝集，可在MHz带 W上的高频波段内获得优良的特性。从抑制凝集且在MHz带W上的高频波段内获得优良特 性的观点出发，更优选的磁性金属粒子10的粒径范围为1 y m《R《10 y m。
[005引柱状氧化物粒子12的长径L与短径1之比（长宽比）优选为2《IVI《50。当 长宽比小于2时，有难W获得上述氧化物粒子为柱状形状所产生的效果的可能性。当长宽 比大于50时，在磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12相接触的界面的周围产生不需要的 空间，有饱和磁化或导磁率降低的可能性，或者在制造过程中有柱状氧化物粒子12从磁性 金属粒子10上剥离的可能性。
[0059] 柱状氧化物粒子12的截面积相对于磁性金属粒子10的截面积的比例优选为 0. 1%W上且20%W下。当柱状氧化物粒子12的截面积相对于磁性金属粒子10的截面积 的比例小于0. 1%时，有不能充分地抑制磁性金属粒子10的凝集的可能性。当柱状氧化物 粒子12的截面积相对于磁性金属粒子10的截面积的比例大于20%时，有磁性金属粒子10 的填充率降低、饱和磁化及导磁率降低的可能性。
[0060] 柱状氧化物粒子12的截面积相对于磁性金属粒子10的截面积的比例如通过进行 利用TEM等的粒子截面观察来算出。在截面TEM图像内，W含有10个与柱状氧化物粒子12 相接触且与其他磁性金属粒子10不凝集的磁性金属粒子10的最低倍率，对磁性材料的截 面图像进行观察。从该图像中选择直径最大的磁性金属粒子10,放大该直径最大的磁性金 属粒子10,形成有1个进入的视野。然后，对该磁性金属粒子10从1个视野中确定该磁性 金属粒子10与柱状氧化物粒子12的边界，利用图像处理可求得截面积的比例。该里，柱状 氧化物粒子12的截面积是指与该磁性金属粒子10的表面直接接触的1次粒子的截面积。 还有，当有柱状氧化物粒子12不接触直径最大的磁性金属粒子10等的情况时，适当选择直 径第2大的磁性金属粒子10、直径第3大的磁性金属粒子10来算出。
[0061] 在制造本实施方式的磁性材料时，为了使柱状氧化物粒子12附着于磁性金属粒 子10的表面、即使它们接触，优选利用磨机将磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12混合 后进行热处理。通过使用磨机进行混合，磁性金属粒子10和柱状氧化物粒子12可W均匀 地混合。通过在混合后进一步进行热处理，在磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12的界 面处，磁性金属粒子10中的Fe、Co或Ni原子与柱状氧化物粒子12中的A1、Si或Ti原子 相互间发生热扩散，磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12牢固地一体化。磨机的种类例 如可举出旋转球磨机、振动球磨机、揽拌球磨机等。利用磨机的加工可W是使用溶剂的湿式 研磨，也可W是未使用溶剂的干式研磨。磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12的混合后 的热处理优选在还原气氛中进行。通过在还原气氛中进行热处理，可W抑制由磁性金属粒 子10的氧化所导致的饱和磁化的降低，同时可W实现将磁性金属粒子10与柱状氧化物粒 子12牢固地一体化。当在还原气氛下进行热处理时，首先在磁性金属粒子10的表面存在 的自然氧化膜被还原为磁性金属。然后在经还原的磁性金属粒子10的表面与柱状氧化物 粒子12的界面处，Fe、Co或Ni原子与A1、Si或Ti原子相互间发生热扩散，柱状氧化物粒 子12附着在磁性金属粒子10的表面上。然后，在热处理后取出到大气中时，在磁性金属粒 子10的表面的未与柱状氧化物粒子12接触的部分上再次生成自然氧化膜。或者，在热处 理后，通过将还原气氛置换成氧气等氧化气氛，也可W在磁性金属粒子10的表面的未与柱 状氧化物粒子12接触的部分上形成氧化膜18。该里，作为还原气氛，例如可优选使用氨气 或氨与氮的混合气体、氨与IS的混合气体（例如优选氨气浓度为5%的混合气体）。
[0062] 本实施方式中使用的元素的组成分析例如可通过TEM-EDX巧nergy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer,能量色散X射线英光光谱仪）等方法进行。
[006引（第2实施方式）
[0064] 本实施方式的磁性材料的特征在于，其具备：磁性金属粒子；柱状氧化物粒子W 及磁性金属粒子和柱状氧化物粒子的周围的、电阻高于磁性金属粒子基质相，所述磁性金 属粒子具备；含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中至少1种元素的磁性金属部、和将磁 性金属部的一部分覆盖且含有选自磁性金属部所含有的第1组中的至少1种元素的氧化 膜，所述柱状氧化物粒子与磁性金属部相接触且含有选自由Al2〇3、Si化及Ti化构成的第2 组中的至少1种氧化物，当将磁性金属粒子的粒径设为R、将柱状氧化物粒子的长径设为L、 将柱状氧化物粒子的短径设为1时，5皿《1《L、0. 002《L/R《0. 4。另外，在本实施方 式的记载中，当与第1实施方式的记载发生重复时，有时省略其记载。
[0065] 图3为本实施方式的磁性材料的截面示意图。本实施方式的磁性材料由磁性金属 部16、覆盖磁性金属部16的一部分的氧化膜18、具备磁性金属部16和氧化膜18的磁性金 属粒子10、柱状氧化物粒子12和基质相14构成。另外，优选在柱状氧化物粒子12中不含 有构成磁性金属粒子10的选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的元素。
[0066] 在磁性金属粒子10的表面上，有形成自然地在其表面形成的自然氧化膜等氧化 膜18的情况。当柱状氧化物粒子12介由该氧化膜18与磁性金属粒子10相接触时，柱状 氧化物粒子12与磁性金属粒子10不会充分地一体化。
[0067] 本实施方式中，柱状氧化物粒子12并非是与氧化膜18接触、而是与磁性金属部16 直接接触。由此，可W实现磁性金属粒子10与柱状氧化物粒子12的牢固的一体化。因此， 在使柱状氧化物粒子12附着在磁性金属粒子10的表面上、即使它们接触时，优选在还原气 氛中进行热处理。当在还原气氛下进行热处理时，首先在磁性金属粒子10的表面存在的自 然氧化膜被还原为磁性金属，磁性金属部16出现在磁性金属粒子10的表面上。然后，在磁 性金属部16与柱状氧化物粒子12的界面处，Fe、Co或Ni原子与A1、Si或Ti原子相互间 地发生热扩散，柱状氧化物粒子12附着在磁性金属部16上。然后，在热处理后取出到大气 中时，在磁性金属粒子10的表面的未与柱状氧化物粒子12接触的部分上再次生成自然氧 化膜。或者，在热处理后，通过将还原气氛置换成氧气等氧化气氛，也可W在磁性金属粒子 10的表面的未与柱状氧化物粒子12接触的部分上形成氧化膜18。该里，作为还原气氛，例 如可优选使用氨气或氨与氮的混合气体、氨与氮的混合气体（例如优选氨气浓度为5%的 混合气体）。
[006引（第3实施方式）
[0069] 本实施方式的设备是具备上述实施方式中说明的磁性材料的设备。因此，省略与 上述实施方式重复的内容的记载。
[0070] 本实施方式的设备例如为电感器、扼流圈、滤波器、变压器等高频磁性部件、天线 基板或部件、电波吸收体等。
[0071] 最易发挥上述实施方式的磁性材料的特征的用途是电感器。特别是，当应用于在 IMHz W上的MHz频带内施加高电流的功率电感器时，易于发挥磁性材料所具备的高饱和磁 化、高导磁率和低磁损耗的效果。
[0072] 图4A?B、图5A?B、图6为本实施方式的电感器的概念图之一例。
[0073] 作为最基本的结构，可举出图4A的在环状磁性材料上实施线圈绕线的形态、图4B 的在棒状磁性材料上实施线圈绕线的形态等。为了将磁性金属粒子10和基质相14 一体 化成环状或棒状，优选在0.化奸/cm2 W上的压力下实施压制成型。当压力小于0.化奸/cm2 时，有成型体内部的空隙增多、磁性金属粒子10的体积率降低、饱和磁化、导磁率减小的可 能性。压制成型可举出单螺杆压制成型法、热压成型法、CIP(冷等静压）法、HIP(热等静 压）法、SPS (放电等离子体烧结法）法等手法。
[0074] 进而，还可制成图5A所示的线圈绕线与磁性材料成为一体的片式电感器或图5B 所示的平面型电感器等。片式电感器还可W如图5A那样制成层叠型。
[00巧]图6表示变压器结构的电感器。
[0076] 图4A?图6仅仅是记载了代表性的结构，实际上优选根据用途和所要求的电感器 特性来改变结构和尺寸。
[0077] 根据本实施方式的设备，可实现特别是在IMHz W上的MHz频带内具有高导磁率、 低磁损耗的优良特性的设备。
[007引 实施例
[0079] W下说明本发明的实施例。
[0080] (实施例1)
[0081] W重量比为100 ;2. 5将粒径R = 5 y m的化粒子和长径L = 40nm、短径1 = lOnm 的圆柱状的柱状Al2化粒子放入到不镑钢容器和使用了不镑钢球的旋转球磨机中，在Ar气 氛下W 60rpm混合了 2小时。进而，在氨气氛下在50(TC热处理30分钟，获得了表面附着 有柱状A12化粒子的化粒子。利用倍率为10万倍的透射型电子显微镜（TEM)进行观察，结 果为L/R = 0. 008、1V1 = 4。另外，使用W倍率为2万5千倍进行观察的TEM像，算出柱状 氧化物粒子12的面积相对于磁性金属粒子10的面积的比例，结果为0. 2%。W重量比为 100 ;2. 5混合热处理后的粒子和己帰基树脂，通过压制成型制作了环状的评价用材料。
[0082] 对于该评价用材料，使用振动试样磁力计（VSM)，测定相对于施加磁场的磁化的大 小，结果饱和磁化为1.45T。
[0083] 将铜线在该评价用材料上缠绕40圈，使用岩通计测制B-H分析仪SY-8232,测定在 IMHz下的相对磁导率和磁损耗（磁芯损耗）。当测定磁损耗时，必须对应材料的导磁率来决 定磁通密度条件。当将磁通密度记为B、将导磁率记为y、将电感记为L、将电流记为I、将 体积记为V时，B 2= uLlVV的式子成立。本实施例中，L、I、V是恒定的，按照y = 10时、 B = 9. 38mT的方式决定各材料的磁通密度条件（例如如果y = 5,则B = 6. 63mT)。如上 述那样制作的评价用材料的相对磁导率为19. 7、磁损耗为0. 22W/CC。将W上的结果示于表 1中。
[0084] (实施例。
[00财除了使用长径L = lOnm、短径1 = 5nm的圆柱状的柱状A12化粒子之外，与实施例 1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[008引（实施例如
[0087] 除了使用长径L = 2 y m、短径1 = 100皿的圆柱状的柱状Al2〇3粒子之外，与实施 例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[008引（实施例4)
[0089] 除了使用粒径R = 20 y m的化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的 制作、测定。将其结果示于表1中。
[0090] (实施例W
[0091] 除了使用粒径R = lOOnm的化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的 制作、测定。将其结果示于表1中。
[009引（比较例1)
[0093] 除了使用粒径R = 20 y m的化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的 制作、测定。将其结果示于表1中。
[0094] (比较例。
[009引除了使用长径L = 2. 2 ym、短径1 = 200皿的圆柱状的柱状Ala化粒子之外，与实 施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[009引（实施例6)
[0097] 除了使用粒径R = 50皿的化粒子和长径L = 20皿、短径1 = 10皿的圆柱状的 柱状A1,化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表 1中。
[009引（实施例7)
[0099] 除了使用粒径R = 25 y m的化粒子和长径L = 2 y m、短径1 = 100皿的圆柱状的 柱状Al,化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表 1中。
[0100] (实施例8)
[0101] 除了使用长径L = 500皿、短径1 = 10皿的圆柱状的柱状Al2〇3粒子之外，与实施 例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[0102] (实施例9)
[0103] 除了使用长径L = 40nm、短径1 = 25nm的圆柱状的柱状A12化粒子之外，与实施 例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[0104] (实施例 10)
[010引除了使用长径L = 600皿、短径1 = 10皿的圆柱状的柱状Al203粒子之外，与实施 例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[0106] (实施例 11)
[0107] 除了使用粒径R= 100皿的化粒子、并W重量比为100:25混合化粒子和柱状 A1,化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。 [0 10引（实施例12)
[0109] 除了 W重量比为100 ;〇. 2混合化粒子和柱状Al2〇3粒子之外，与实施例1同样地 进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。
[0110] (实施例 13)
[01U] 除了使用粒径R= 100皿的化粒子、并W重量比为100:30混合化粒子和柱状 A1,化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。将其结果示于表1中。 [011引（实施例14)
[0113] 除了使用Co粒子代替化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、 测定。将其结果示于表1中。
[0114] (实施例 15)
[0115] 除了使用Ni粒子代替化粒子之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、 测定。将其结果示于表1中。
[011引（实施例16)
[0117] 除了使用Si化代替A12化之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。 将其结果示于表1中。
[011引（实施例17)
[0119] 除了使用Ti化代替A12化之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的制作、测定。 将其结果示于表1中。
[0120] (实施例峨
[0121] 除了使用环氧树脂代替己帰基树脂之外，与实施例1同样地进行了评价用材料的 制作、测定。将其结果示于表1中。
[0122] 表 1
[0123]
【权利要求】
1. 一种磁性材料，其特征在于，其具备： 含有选自由Fe、Co及Ni构成的第1组中的至少1种元素的磁性金属粒子； 与所述磁性金属粒子相接触且含有选自由Al2〇3、Si〇2及Ti〇2构成的第2组中的至少1 种氧化物的柱状氧化物粒子；W及 所述磁性金属粒子和所述柱状氧化物粒子的周围的、电阻比所述磁性金属粒子高的基 质相， 当将所述磁性金属粒子的粒径设为R、将所述柱状氧化物粒子的长径设为L、将所述柱 状氧化物粒子的短径设为1时， 5nm《1《L 0. 002《L/R《0. 4。
2. 根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，100皿《R《20 y m。
3. 根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，2《IVI《50。
4. 根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，所述柱状氧化物粒子的截面积相对 于所述磁性金属粒子的截面积的比例为0. 1 % W上且20% W下。
5. -种磁性材料，其特征在于，其具备： 磁性金属粒子； 柱状氧化物粒子；W及 所述磁性金属粒子和所述柱状氧化物粒子的周围的、电阻高于所述磁性金属粒子的基 质相， 所述磁性金属粒子具备：含有选自由化、Co及Ni构成的第1组中的至少1种元素的磁 性金属部、和将所述磁性金属部的一部分覆盖且含有选自所述磁性金属部所含有的所述第 1组中的至少1种所述元素的氧化膜， 所述柱状氧化物粒子与所述磁性金属部相接触且含有选自由Al2〇3、Si化及Ti化构成 的第2组中的至少1种氧化物， 当将所述磁性金属粒子的粒径设为R、将所述柱状氧化物粒子的长径设为L、将所述柱 状氧化物粒子的短径设为1时， 5nm < 1 < L 0. 002 <L/R<0. 4〇
6. 根据权利要求5所述的磁性材料，其特征在于，100皿《R《20 y m。
7. 根据权利要求5所述的磁性材料，其特征在于，2《IVI《50。
8. 根据权利要求5所述的磁性材料，其特征在于，所述柱状氧化物粒子的截面积相对 于所述磁性金属粒子的截面积的比例为0. 1%W上且20% W下。
9. 一种设备，其使用了权利要求1所述的磁性材料。
【文档编号】H01F1/24GK104465005SQ201410465396
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2013年9月20日
【发明者】江口朋子, 末永诚一, 原田耕一, 末纲伦浩, 高桥利英 申请人:株式会社东芝
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