专利名称：一种软磁镍铜锌铁氧体材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于软磁铁氧体材料领域，具体涉及ー种软磁镍铜锌铁氧体材料及其制备方法。
背景技术：
随着信息产业、通讯电子、汽车电子、测试仪表、家用电器等行业的迅猛发展，电子设备正向小型化、集成化、高频化等方向发展；低损耗镍铜锌软磁铁氧体材料需求量日益增大。国内外各软磁材料生产厂家开发出了磁导率从10到2500的一系列镍铜锌软磁铁氧体材料，应用频率从几KHz拓展到上千MHz。下表为国内、外主要镍铜锌软磁铁氧体材料厂家磁导率μ i在300左右的材料牌 号及主要材料的性能指标。国内夕卜μ i ^ 300镍锌铁氧体材料性能ー揽表
— Γ材料性能指标
八=!材料牌[L s/ · , λ-6I οI αμΓ (χΙΟ'「τ
公司 P, αηδ/μιχ οBs' 丨。じ、 Tc R
IMHz5 MHzniT20-60°C 0C Ω
TDK LllH 300±25% <30
<60[3ΜΗζ] 470[4kA/m] 20 to 30 >250 >108TDK L14H 300士25% <160
<90[2ΜΗζ] 480[4kA/m] 25 to 40 >250 >108TDK SY20 290士25% <31[lMHz] <600[5MHz] >320(2KA/m) 15 30 >150 >108TDK GT8 300±25% <350[1.5MHz]260[1.6kA/m] 0 to 2>150 >108
东磁 DN30B 300±25% <100(0.1MHz) <90(2MHz) 470(4KA/m) 15 to 40 >250 >108
I从上表公布的材料特性中可以看出上述材料在高频(IMHz 10MHz)下使用时材料的比损耗有较大的差异I、在 f = IMHz 下 TDK 公司的 SY20 材料最小(tan δ / μ i X 1(Γ6 < 31);在 f = 5MHz下TDK公司的SY20材料却比较大(tan δ / μ i X 1(Γ6 < 600)；2、在f = 2MHz下TDK公司的L14H和东磁的DN30B材料都比较小(tan δ / μ iXl(T6< 90)；3、在 f = 3MHz 下 TDK 公司的材料 LllH 最小(tan δ / μ i X 1(Γ6 < 60)；综上所述，上述材料在频率为3MHz IOMHz使用时其比损耗较大。公开号为CN102329129A的中国发明，提供了ー种平板显示用高表面电阻镍铜锌铁氧体材料，与本发明存在实质性不同。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺点和不足，本发明的目的首先是提供一种适合在宽频(50KHz 10MHz)下使用的软磁镍铜锌铁氧体材料，第二个目的是提供所述铁氧体材料的制备方法。为实现本发明的目的，发明人提供下述技术方案一种软磁镍铜锌铁氧体材料，组成包括主成分和副成分，其特征在于，所述的主成分包括氧化铁、氧化镍、氧化锌和氧化铜，主成分以各自的摩尔百分比含量是Fe2O3:46. 5 50. OmolNiO 12. O 17. OmoIZnO 27. O 31. OmoICuO 4. O 8. Omol%；所述副成分包括锰的氧化物和氧化铋，相对于所述的主成分总重量，所述副成分以其标准物MnO和Bi2O3计的重量百分比总量为O. I I. Owt%。发明人经过大量实验研究发现，通过合理控制铁氧体主成分配比，尤其是控制Fe2O3和ZnO的含量，并配以适当的副成分，可以获得ー种在宽频(50KHz IOMHz)下使用的变压器、电感器、滤波器等器件的镍铜锌软磁铁氧体材料，本发明材料还可用于抗EMI器件，本发明的材料特别是在高频(IMHz IOMHz)下具有高的磁导率(μ i 300，f = IMHz)、 高电阻率、低比损耗、低比温度系数等特性。上述主成分范围中，若Fe2O3含量小于46. 5m0l%，则得不到所希望的高饱和磁通密度；若Fe2O3含量大于5011101%,则材料的电阻率急剧下降、比损耗増大。若ZnO含量小于27mol %,则磁导率有所下降；若ZnO含量大于31mol %,则材料的居里温度降低。作为优选，根据本发明所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料，其中，相对于所述的主成分总重量，所述的副成分锰的氧化物和氧化铋，以各自标准物计的重量百分比含量是MnO 0 O. 50wt %、Bi2O3 :0· I O. 5wt %。上述副成分MnO主要是在铁氧体烧结结反应时取代Fe2+，减少Fe2+ —— Fe3+间的“蛙跃”现象，从而提高材料的电阻率。当它的含量低于下限值时，Fe2+ —— Fe3+间的电子对无法有效的控制，使得材料的电阻率下降，而当它的含量高于上述上限值时，因MnO在空气中极易氧化，导致材料的性能恶化。上述副成分Bi2O3，则起到降低烧结温度、促进晶粒均匀生长，以降低材料损耗的作用，当它的含量低于下限值时，烧结温度升高，晶粒易异常长大；而当它的含量高于上述上限值时，则容易引起晶粒异常生长，使材料的性能恶化。作为优选，根据本发明所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料，其中，所述的副成分进ー步包括Co203、V2O5, ZrO2, SiO2, TiO2, Nb2O5中的ー种或几种，相对于所述的主成分总重量，这些副成分以其标准物计的重量百分比含量是=Co2O3 :0. 3 I. Owt %、V2O5 :0. 05 O. 50wt %、ZrO2 :0. 01 O. 2wt %、SiO2 :0. 05 O. 50wt %、TiO2 :0. 01 O. 2wt %、Nb2O5 O. 005 O. Iwt%。上述副成分主要是在铁氧体晶界形成高电阻层，细化晶粒，促进晶粒均匀生长，以降低材料损耗。当它们的含量低于下限值时，起不到降低村料损耗的作用；而当它们的含量高于上述上限值时，则容易引起晶粒异常生长，使材料的性能恶化。本发明还提供了上述的一种软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，依次包括下述步骤(I)将主成分及各副成分混合、振磨，然后在空气窑中进行预烧，保温，得到经过初步反应的预烧粉料，(2)在预烧粉料中混入去泡剂进行砂磨，出料搅拌并加入粘结剂，经喷雾干燥得到平均粒径在80 μ m 300 μ m的颗粒料，(3)在颗粒料中加入硬脂酸锌后压制成铁氧体坯件，将坯件放在1050 1150°C的空气窑中烧结，保温时间为100 150分钟，得到所述的软磁镍铜锌铁氧体材料。使得磁心在该环境下烧结时晶结均匀完整、反应完全，磁心的电磁性能和物理性能达到最佳。作为优选，根据本发明所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，其中，所述的步骤⑴中预烧温度为900 1000°C，保温时间为120 180分钟。其目的是为了降低材料的收缩率，減少磁心开裂、变形；通过挥发排出原材料中残留的SO42'Cl—等有害物质等。作为优选，根据本发明所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，其中，所述的步骤(I)中副成分锰的氧化物以Mn3O4的形式加入。作为优选，根据本发明所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，其中，所述的步骤(2)中去泡剂为正锌醇，用量为预烧粉料的O. I O. 5wt% ;粘结剂为聚こ烯醇，用量为预烧粉料的O. 7 I. 2wt%。O. I O. 5wt%的正锌醇起到分散颗粒，减少颗粒团聚以 及消除在砂磨时产生泡沫等作用；0. 7% I. 2wt%的聚こ烯醇则使料浆在干燥时产生一定大小和強度的颗粒，以保证成型时粉料具有良好的流动性。作为优选，根据本发明所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，其中，所述的步骤⑶中硬脂酸锌的用量为颗粒料的O. 05 O. lwt%，它能起到润滑剂的作用，减少坯件与模具间的摩擦力，延长模具的使用寿命。本发明通过限制材料主成分、副成分组成及含量，优化添加氧化物及控制预烧エ艺和烧结エ艺，实现了所提供的软磁镍铜锌铁氧体材料具有下列特性磁导率μ i :300±25% (f = IMHz)；比温度系数α μΓ(Χ10_6) : 15 25 (20 60°C )；饱和磁感应强度Bs (mT)彡 320mT (H = 2000A/m)；居里温度Tc (°C ) 150 ；电阻R(Q):彡 IO9;比损耗tan δ / μ i (X ICT6) < 31 (f = I MHz)< 300 (f = 5MHz)本发明中，如无特别说明，出现的专业术语或名词，其含义是本领域通常所指的含义。与现有技术相比，本发明的有益效果是I、本发明的材料在宽频(50KHz IOMHz)，特别是高频(IMHz IOMHz)下具有高的磁导率(μ i ^ 300, f = IMHz)、低比损耗、高电阻率、高居里温度、低比温度系数等特性。2、本发明主副原材料选取合理，均采用常规的原材料进行制作；3、本发明制备エ艺简单，采用通用的软磁铁氧体材料生产エ艺设备。
具体实施例方式下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。在本发明中，若非特指，所有的成份百分比均为重量単位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。实施例I以表I所示的主成分含量称取Fe203、Ni0、Zn0和CuO原材料，相对于所述的主成分总重量，副成分以各自标准物计的重量百分比含量是MnO 0. 2wt%, Bi2O3 :0. 2wt%, Co2O3 O. 3wt%,V205 0. 05wt%,Zr02 : 0 . 05wt%,Si02 :0. IwtTiO2 :0. 0IwtNb2O5 :0. 02wt%,副成分锰的氧化物MnO以Mn3O4的形式加入，将主成分原料及各副成分原料混合、振磨，然后在950°C的空气窑中预烧120分钟，得到经过初步反应的预烧粉料。按预烧粉料的重量计，向预烧粉料中加入O. 2wt%的正锌醇进行砂磨，出料搅拌并加入O. 8wt%的粘接剂聚こ烯醇，经喷雾干燥得到平均粒径在200 μ m的颗粒料。按颗粒料的重量计，在颗粒料中加入O. 05wt%的硬脂酸锌后压制成铁氧体坯件，将坯件放在1080°C的空气窑中烧结，保温时间为120分钟，得到所述的软磁镍铜锌铁氧体材料。通过X荧光分析仪，检测铁氧体磁粉的最终组成与设计组成一致。采用HP4291B仪表在U = O. 5V，N = 20Ts, T = 25°C下检测磁粉的磁导率μ i、比损耗tan δ/μ i、比温度系数α μ r、居里温度Tc ;采用SY8258仪在H = 2KA/m，T = 25°C下测试饱和磁感应强度Bs ;采用MS 8220仪在U = 500V, T = 25°C下测试表面电阻R。结果见表I。表I
权利要求
1.一种软磁镍铜锌铁氧体材料，组成包括主成分和副成分，其特征在于，所述的主成分包括氧化铁、氧化镍、氧化锌和氧化铜，主成分以各自的摩尔百分比含量是=Fe2O3 46. 5 50. Omo 1%, NiO :12· O 17. Omo 1%, ZnO 27. O 31. Omo 1%, CuO 4. O 8. Omo 1% ;所述副成分包括锰的氧化物和氧化铋，相对于所述的主成分总重量，所述副成分以其标准物MnO和Bi2O3计的重量百分比总量为O. I I. Owt%。
2.如权利要求I所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料,其特征在于,相对于所述的主成分总重量，所述的副成分锰的氧化物和氧化铋，以各自标准物计的重量百分比含量是MnO O O. 50wt%、Bi2O3 0. I O. 5wt%。
3.如权利要求I所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料，其特征在于，所述的副成分进ー步包括Co203、V2O5, ZrO2, SiO2, TiO2, Nb2O5中的ー种或几种，相对于所述的主成分总重量，这些副成分以其标准物计的重量百分比含量是=Co2O3 :0. 3 I. Owt%、V2O5 0. 05 O. 50wt%、ZrO2 0. 01 O. 2wt%、Si02 :0· 05 O. 50wt%、Ti02 :0· 01 O. 2wt%>Nb2O5 :0· 005 O. lwt%。
4.权利要求1-3之一所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法依次包括下述步骤 (1)将主成分及各副成分混合、振磨，然后在空气窑中进行预烧，保温，得到经过初歩反应的预烧粉料， (2)在预烧粉料中混入去泡剂进行砂磨，出料搅拌并加入粘接剂，经喷雾干燥得到平均粒径在80 μ m 300 μ m的颗粒料， (3)在颗粒料中加入硬脂酸锌后压制成铁氧体坯件，将坯件放在1050 1150°C的空气窑中烧结，保温时间为100 150分钟，得到所述的软磁镍铜锌铁氧体材料。
5.根据权利要求4所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(I)中预烧温度为900 1000°C，保温时间为120 180分钟。
6.根据权利要求4所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，其特征在干，所述的步骤(I)中副成分锰的氧化物以Mn3O4的形式加入。
7.根据权利要求4所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中去泡剂为正锌醇，用量为预烧粉料的O. I O. 5wt% ;粘结剂为聚こ烯醇，用量为预烧粉料的O. 7 I. 2wt%。
8.根据权利要求4所述的ー种软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，其特征在干，所述的步骤(3)中硬脂酸锌的用量为颗粒料的O. 05 O. lwt%。
全文摘要
本发明属于软磁领域，具体提供了一种软磁镍铜锌铁氧体材料，组成包括主成分和副成分，其中，所述的主成分包括氧化铁、氧化镍、氧化锌和氧化铜，主成分以各自的摩尔百分比含量是Fe2O346.5～50.0mol%、NiO12.0～17.0mol%、ZnO27.0～31.0mol%、CuO4.0～8.0mol%；所述副成分包括锰的氧化物和氧化铋，相对于所述的主成分总重量，所述副成分以其标准物MnO和Bi2O3计的重量百分比总量为0.1～1.0wt%。本发明材料在宽频50KHz～10MHz下，特别是在高频1MHz～10MHz下具有高的磁导率(μi≈300，f=1MHz)、高电阻率、低比损耗、低比温度系数等特性。
文档编号C04B35/26GK102690109SQ20121007224
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者凤晶生, 陈军林, 陈新彬 申请人:横店集团东磁股份有限公司