专利名称：一种高强度高Bs镍锌铁氧体及其制备方法
技术领域：
本发明属于软磁铁氧体技术领域，具体涉及一种功率电感用的高强度高Bs镍锌铁氧体及其制备方法。
背景技术：
工业化生产的软磁铁氧体主要包括锰锌、镍锌铁氧体材料两大系列，主要应用于计算机、通讯、电源及消费类电子产品等领域，是电子工业的基础功能材料。与锰锌铁氧体相比，镍锌铁氧体具有高电阻率、高使用频率等特点，适用于制成各种表面贴装用的元件。随着电子移动终端变得越来越来小，越来越薄，所使用的镍锌铁氧体功率电感也需更小，更薄，这就要求镍锌铁氧体具有很好的机械强度。另外随着转换频率越来越高，功能越来越多，对小而薄型功率电感的额定电流的要求也越来越高，一般说来材料的Bs越高 (饱和磁感应强度)，直流偏置特性就越好，这就要求镍锌铁氧体具有较高的Bs (饱和磁感应强度)。这样功率电感小型化对于镍锌铁氧体材料提出了机械强度和Bs的双重要求。在国内已有一些关于镍锌铁氧体材料的制造方法的专利，具体如下
(I)公开号为CN1100231，
公开日为1995. 03. 15，发明名称为“NiZn铁氧体材料的变压器或电感器烧结磁芯”的中国专利公开了一种NiZn铁氧体材料的变压器磁芯。当所述的变压器磁芯用在一个变压器中时显示出较低的总损耗。如果烧结铁氧体材料的大多数晶粒为单畴结构，就能达到所述的低损耗。如果平均晶粒尺寸小于2. 8微米就会出现这种情况。 烧结材料的平均晶粒尺寸的优选范围是I. 3至2. 6微米。优选的δ值小于4nm。(2)公开号为CN1388794，
公开日为2003. 01. 01，发明名称为“铁氧体材料”的中国专利公开了一种铁氧体材料，它是作为主成分含有规定量的氧化铁、氧化铜、氧化锌以及氧化镍的NiCuZn系的铁氧体材料，作为辅助成分，含有规定量的氧化铋、氧化硅、氧化镁、氧化钴，以此构成铁氧体材料，因此能够提供温度特性极其良好(相对于温度变化的磁导率的变化率小)、品质因数Q高、高强度的NiCuZn系铁氧体材料。(3)公开号为CN101575206，
公开日为2009. 11. 11，发明名称为“高频大功率镍锌基软磁铁氧体材料及其制造方法”的中国专利公开了一种高频大功率镍锌基软磁铁氧体材料及其制造方法。由主成分、离子替代成分与化合物组合掺杂成分组成，其主成分为Fe203、 ZnO，余为NiO ;离子替代成分为Co304、MnCO3> CuO中含有Co3O4的一种或多种；化合物组合掺杂为V205、Bi203、Ta2O5, ZrO2, CuO, Nb2O5, Co3O4中的2 3种。该发明通过配方优化组合设计，以及采用高频大功率镍锌基软磁铁氧体材料制造方法，获得高电磁性能、高强度和高频低损耗的NiZn基铁氧体材料。该发明的材料用于f 30MHz的大功率设备，用作变压器、感应器、滤波器和调谐器等磁芯。(4)公开号为CN101891456A，
公开日为2010. 11. 24，发明名称为“一种高抗折强度镍锌软磁铁氧体材料及其制造方法”的中国专利公开了一种高抗折强度镍锌软磁铁氧体材料。按摩尔份计的主配方氧化铁Fe2O3 35 50mol%、氧化锌ZnO 8 15mol%、氧化亚镍 NiO 30 40mol%、氧化铜CuO 5 llmol%。该发明提供了一种具有较高的抗折强度的镍锌软磁铁氧体材料。
发明内容
针对功率电感的小型化对于镍锌铁氧体材料的机械强度和Bs的双重要求，本发明的目的是提供一种功率电感用的高强度高Bs镍锌铁氧体。为了达到上述目的，本发明采取以下的技术方案
一种高强度高Bs镍锌铁氧体,其包括主成分和副成分,主成分为氧化铁、氧化镍、氧化锌和氧化铜，所述主成分以各自标准物计的含量如下
Fe2O3 49 52. 5mol%、Ni0 20 29. 5mol%、ZnO 18 28 mo 1%, CuO 2. 5 5 mol% ；
所述副成分包括碳酸钙、氧化钴、氧化锆、碳酸锂、五氧化二钒和二氧化硅，相对所述主成分总量，所述副成分以各自标准物计的含量如下
CaCO3 O. 03 O. 15wt%、Co2O3 O. O I O. 05wt%、ZrO2 O. 03 O. 13wt%、Li2CO3 O. 03 O. 10wt%、V2O5 O. 03 O. 15wt%、SiO2 O. θΓθ. 10wt%。作为一种优选，相对所述主成分总量，所述副成分以各自标准物计的含量如下CaC03 O. 04wt%> Co2O3 O. 02wt%> ZrO2 O. 08wt%> Li2CO3 0. 05wt%> V2O5 0. 05wt%> SiO2 0. 04wt%o一种所述的高强度高Bs镍锌铁氧体的制备方法，依次包括混合、预烧、粉碎、造粒、压制和烧结步骤，其中
(O混合按主成分配比配料后进行干法混合，混合时间为10(Γ120分钟；所述主成分以各自标准物计的含量为Fe2O3 49 52. 5mol%、NiO 20 29. 5mol%、ZnO 18 28 mol%、CuO
2.5 5 mol% ；
(2)预烧将混合好的材料在推板窑中进行预烧，预烧温度控制在960±20°C，预烧时间为360 500分钟；
(3)粉碎在上步预烧得到的主成分预烧料中加入副成分后进行湿法粉碎，粉碎时间为 120^180分钟，粉碎后料浆粒径控制在O. 9^1. 5 μ m ;所述副成分以各自标准物计的含量为 CaCO3 O. 03 O. 15wt%、Co203 O. θΓθ. 05wt%, ZrO2 O. 03 0. 13wt%、Li2CO3 O. 03 0. 10wt%、V205 O. 03 0. 15wt%、SiO2 O. θΓθ. 10wt% ；
(4)造粒在上步的料浆加入相当于料浆重量的I.5%的PVA，采用喷雾造粒，得到颗粒
料；
(5)压制将上步的颗粒料采用粉末成型机压制得到坯件，坯件的压制密度控制在
3.2±0· 15g/cm3 ；
(6)烧结在电阻炉中进行烧结，烧结温度控制在1180°C 1250°C，保温24(Γ360分钟， 烧结气氛为空气，烧结结束后随炉冷却至室温。作为一种优选，在粉碎步骤⑶中，所述副成分相对所述主成分总量，以各自标准物计的含量为CaCO3 0. 04wt%、Co2O3 0. 02wt%、ZrO2 0. 08wt%、Li2CO3 0. 05wt%、V2O5 0. 05wt%、SiO2 0. 04wt%。本发明采用合理的主配方，通过调整Fe2O3的含量来调整材料的饱和磁感应强度； 通过调整NiO的含量来调整材料的使用频率；通过调整ZnO的含量来调整材料的磁导率。 在副成分中加入Co2O3改善材料的频率特性与磁导率特性；在副成分中加入CaCO3与SiO2组合增加晶界的厚度，降低高频段相对损耗因子；在副成分中加入Li2CO3,降低高频段相对损耗因子；在副成分中加入V2O5降低烧结温度；在副成分中加入ZrO2，再通过生产工艺进一步调整材料晶体结构和晶界分布，从而得到良好的机械强度和较高的Bs。本发明制备方法所制得的制品的结晶晶粒尺寸为3 5 μ m，晶界鲜明。该材料适用于DC-DC电源模块用功率电感的小型化和薄型化。材料的性能指标如下
(1)起始磁导率μi :400±25%，
(2)饱和磁感应强度Bs:480±5%，
(3)居里温度TcTc:≥220°C,
(4)机械强度S:≥21OMPaο
图I为磁条机械强度测试示意图。其中I-磁条，2-压头,3-圆棒支座。图2为磁环直流偏置特性对比图。图3为材料断面SEM照片。其中(a)为对比例2的断面SEM照片；(b)实施例2 的断面SEM照片。
具体实施例方式以下按照具体实施例说明本发明，但本发明不限定于这些实施例。本发明的高强度高Bs镍锌铁氧体采用传统氧化物法制造，具体步骤依次如下
(1)混合按表I(实施例和对比例)所述的主成分配比配料后进行干法混合，混合时间为100 120分钟；
(2)预烧将混合好的材料在推板窑中进行预烧，预烧温度控制在960±20°C，预烧时间为360 500分钟；
(3)粉碎在上步预烧得到的主成分预烧料中加入副成分后进行湿法粉碎，粉碎时间为 120^180分钟，粉碎后料浆粒径控制在O. 9 I. 5 μ m ;
(4)造粒在上步的料浆加入相当于料浆重量的I.5%的PVA，采用喷雾造粒，得到颗粒
料；
(5)压制将上步的颗粒料采用粉末成型机压制得到坯件，坯件的压制密度控制在
3.2±0· 15g/cm3 ；
(6)烧结在电阻炉中进行烧结，烧结温度控制在1180°C 1250°C，保温24(Γ360分钟， 烧结气氛为空气，烧结结束后随炉冷却至室温。通过以上工序制得所述镍锌铁氧体制品(磁条样品R-4. 0X7. 1X40,磁环样品 Τ12. 7X7. 9X6. 5)。将烧结后的磁环和磁条分别进行测试和评价。在匝数N=20Ts条件下，用HP-4284A 型LCR测试仪测试磁环样品的起始磁导率μ i ;配合PHH-101高温试验箱，测试磁环的居里温度Tc ;配合PHH-101高温试验箱，用SY-8258型B-H分析仪测试样品的饱和磁感应强度 Bs ;强度按照图I所示方法测试磁条的机械强度S。表I实施例和对比例的成分配比iz l%mai^·wt%%n戴R-AiliOΜ 齡CtCro1SOsLitCC1%￥hSOs%^ΨΙ I.謂25 W22 mim___om#ClS0 042mm25 IOXWum1392am_5fl 5004% . I 34^m25.10i mi0134￠85o-mBBS<1050.0扈% I辱mm-as ωom嫌 -mom Ift00辱襄-曼,,德:雜_M3WJ_OW帽Θ.Ο*讓 !轉2議4mOW0 1#帽o.wt _对》I 2mm35 W2tm￠060$*3 @ IS0_ 成._ iism)2tm mitf1515 Μ 对it.·! 4mmJiS鑛2im0i0 1$ 4$m25ma Wj0i￠10#fJ5015
表2实施例和对比例的磁性能
项目^ iBs (25°C)TcS评价单位-mT0CMpa-指标400 ±25%480 ±5%彡220^ 210-实施例I415483彡220245OK实施例2395485彡220250OK实施例3373479彡220243OK实施例4375475彡220223OK实施例5378473彡220220OK对比例I*295*450彡220220NG对比例2380*445彡220*175NG对比例3305*430彡220*190NG对比例4325*432彡220*185NG对比例5335*438彡220*195NG
注意(I)超过规格上限的附加“※”，超过规格下限的附加“*”；(2)在Tc 一栏中， 彡220表示Tc至少大于220度。表2列出了实施例和对比例的性能及评价，从表2中可以看出，本发明的实施例和对比例相比较，本发明有效地提高了材料的机械强度和Bs，并能保持相应的起始磁导率，并具有较高的居里温度。从图2中可以看出，具有较高Bs的实施例的直流偏置特性明显优于对比例。对比实施例和对比例的微观结构(见图3 )，对比例材料结晶较粗大，结晶不均匀，晶粒尺寸为10 30 μ m ;实施例的结晶较均勻，晶界鲜明，晶粒尺寸为3 5 μ m。晶粒细化和结晶的均匀化是实施例的机械强度和Bs相对于对比例大幅度提升的主要原因。本发明的材料应该能够满足小型功率电感对镍锌材料的高机械强度和高Bs的双重性能要求。本发明所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明，相关技术领域的专家或
6技术人员可以对所描述的具体实施例做不同程度的修改，补充或者用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
权利要求
1.一种高强度高Bs镍锌铁氧体，具有高强度和高直流偏置的双重特点，用于功率电感，能满足功率电感小型化对于材料的强度和直流偏置的双重需求，其包括主成分和副成分，主成分为氧化铁、氧化镍、氧化锌和氧化铜，所述主成分以各自标准物计的含量如下Fe2O3 49 52. 5mol%、Ni0 20 29. 5mol%、ZnO 18 28 mo 1%, CuO 2. 5 5 mol% ；所述副成分包括碳酸钙、氧化钴、氧化锆、碳酸锂、五氧化二钒和二氧化硅，相对所述主成分总量，所述副成分以各自标准物计的含量如下CaCO3 O. 03 O. 15wt%、Co2O3 O. O I O. 05wt%、ZrO2 O. 03 O. 13wt%、Li2CO3 O. 03 O. 10wt%、V2O5 O. 03 O. 15wt%、SiO2 O. θΓθ. 10wt%。
2.如权利要求I所述高强度高Bs镍锌铁氧体，其特征在于相对所述主成分总量, 所述副成分以各自标准物计的含量如下CaCO3 O. 04wt%、Co2O3 O. 02wt%、ZrO2 O. 08wt%、 Li2CO3 O. 05wt%、V205 0. 05wt%、SiO2 0. 04wt%。
3.—种如权利要求f 2所述高强度高Bs镍锌铁氧体的制备方法，其特征在于，依次包括混合、预烧、粉碎、造粒、压制和烧结步骤，其中(O混合按主成分配比配料后进行干法混合，混合时间为10(Γ120分钟；(2)预烧将混合好的材料在推板窑中进行预烧，预烧温度控制在960±20°C，预烧时间为360 500分钟；(3)粉碎在上步预烧得到的主成分预烧料中加入副成分后进行湿法粉碎，粉碎时间为 120^180分钟，粉碎后料浆粒径控制在O. 9 I. 5 μ m ;(4)造粒在上步的料浆加入相当于料浆重量的I.5%的PVA，采用喷雾造粒，得到颗粒料；(5)压制将上步的颗粒料采用粉末成型机压制得到坯件，坯件的压制密度控制在3.2±0· 15g/cm3 ；(6)烧结在电阻炉中进行烧结，烧结温度控制在1180°C 1250°C，保温24(Γ360分钟， 烧结气氛为空气，烧结结束后随炉冷却至室温。
4.如权利要求Γ3所述高强度高Bs镍锌铁氧体磁性材料的制备方法，其特征在于，烧结后制品的结晶晶粒尺寸为3 5 μ m,晶界鲜明。
全文摘要
本发明涉及一种功率电感适用的高强度高Bs镍锌铁氧体及其制备方法。该镍锌铁氧体主成分为氧化铁、氧化镍、氧化锌和氧化铜，以各自标准物计的含量为Fe2O349~52.5mol%、NiO20~29.5mol%、ZnO18~28mol%、CuO2.5~5mol%；副成分包括碳酸钙、氧化钴、氧化锆、碳酸锂、五氧化二钒和二氧化硅，副成分相对主成分总量，以各自标准物计的含量为CaCO30.03~0.15wt%，Co2O30.01~0.05wt%，ZrO20.03~0.13wt%，Li2CO30.03~0.10wt%，V2O50.03~0.15wt%，SiO20.01~0.10wt%。采用氧化物法制备，在一定条件下烧结。烧结后制品的结晶晶粒尺寸为3～5μm，晶界鲜明，制品具有高强度和高直流偏置的特点，适应功率电感的小型化对材料的高强度和高直流偏置的双重要求。
文档编号C04B35/26GK102603279SQ201210056750
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者孙蒋平, 徐方舟, 申志刚, 聂敏 申请人:天通控股股份有限公司