低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁氧体材料及制备方法
【专利摘要】低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁氧体材料及制备方法，属于铁氧体材料制备【技术领域】，本发明的材料包括下述组分：主成分：Fe2O3：52.0～54.0mol％，ZnO：19.0～24.0mol％，NiO：0.01～0.05mol％，余量为MnO；还包括下述添加剂中的至少两种：0.01～0.08wt％CaCO3、0.01～0.10wt％MoO3、0.01～0.08wt％纳米TiO2、0.01～0.04wt％Bi2O3、0.005～0.02wt％SiO2、0.01～0.12wt％V2O5、0.005～0.04wt％Nb2O5和0.005～0.04wt％B2O3。本发明尺寸均匀，晶界明显，气孔少。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于铁氧体材料制备【技术领域】，特别涉及一种低温度系数、高阻抗、频率特 性优异的高磁导率MnZn铁氧体材料及其制备方法。 低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁氧体材料及制备方法
【背景技术】
[0002] 随着信息技术的飞速发展，电子整机系统向着小型化、轻量化方向发展，这就要求 应用于其中的MnZn铁氧体材料具有高磁导率和高饱和磁感应强度，同时，为了避免环境中 各种电磁干扰的困扰，要求各种设备具有很强的抗电磁干扰（EMI)能力，这就要求应用于 这些器件的材料具有高的阻抗特征以具备很好的抗EMI性能；与此同时，由于周围环境的 复杂变化，各类器件也必须满足环境温度特性要求，这就要求应用于器件中的MnZn铁氧体 材料具备较低温度系数，即磁导率（电感）随温度变化不敏感；此外，电子设备的开关及计 算、处理速度越来越快，势必导致应用于其中的高导MnZn铁氧体磁芯在高频下磁导率（电 感）呈逐渐衰减的趋势，严重影响设备及器件的可靠性，为此，具有优异频率特性的高导 MnZn铁氧体材料成为制约器件稳定工作的关键骨干材料。
[0003] 近年来，国内外著名的磁性材料生产公司和研发机构都很重视高磁导率MnZn铁 氧体材料的研发，例如EPC0S公司的T46(磁导率μ i :10kHZ，12000,200kHz，8000 ;居里温度 Tc : > 130°C ;25 ?55°C相对温度系数 a F :-〇· 6 X Hr6)、FERR0XCUBE 公司的 3E6 (磁导率 μ i : 10kHz，12000, 200kHz，9500 ;居里温度 T。：彡 130°C )、HITACHI 公司的 MQ10T(磁导率 μ i : 10kHz，10000,200kHz，9000 ;居里温度 T。：彡 120°C ;20 ?60°C相对温度系数 a F :1Χ ΙΟ-6)、 KASCHKE 公司的 K10000 (磁导率 μ i :10kHz，10000,200kHz，8500 ;居里温度 T。：彡 125°C ; 25?70°C相对温度系数aF:lXl〇_6)、韩国Samwha公司的SM-100(磁导率y i:10kHz， 10000, 200kHz，10000 ;居里温度 Tc :彡 120°C ;20 ?60°C相对温度系数 a F : 1 X 1〇_6)、TDK 公 司的 H5C4(磁导率 μ i :10kHz，12000,200kHz，10000 ;居里温度 T。：彡 120°C;20 ?60°C相对 温度系数 aF :1X1(T6)、FDK 公司的 2H15(磁导率 μ i :10kHz，15000,200kHz，6000 ;居里温度 D 100°C ;20?70°C相对温度系数aF:lXl〇_6)、东磁公司的R15K(磁导率:10kHz， 13000,2001^，11000 ;居里温度1'。：>1051：;20?801：相对温度系数％:1\10- 6)、广东 风华高新技术有限公司的HS123(磁导率μ i :10kHz，12000, 200kHz，10000 ;居里温度Tc : > 120°C)。从上述高磁导率MnZn铁氧体材料可知，国内外各大生产商都非常关注这方面的 研制和开发工作，材料都具有高磁导率的基本特性，仅考虑高磁导率一个参数或两个参数， 是比较容易实现的。如TDK公司公布的H5C5在10kHz时磁导率μ i可以达到30000,但频 率升高后Pi则快速下降，且居里温度不足ll〇°C;专利（CN200810060242.4)公布了高磁导 率软磁铁氧体材料及其制造方法，其10kHz和100kHz磁导率分别达到18000和14000,居 里温度也> 125°C，能够非常好的满足高磁导率和高居里温度的要求，但其结果中没有给出 材料的阻抗特性、磁导率温度特性及磁导率频率特性；专利（CN200710071536. 2)公布了一 种高磁导率MnZn铁氧体及其制备方法，其10kHz时磁导率为10000,100kHz?2MHz范围内 的阻抗为1. 〇?30k Ω，但未提供磁导率频率特性及其温度特性；专利（CN201010224543. 3) 公布了宽温高磁导率锰锌软磁铁氧体材料与其制得的磁芯及其制备方法，但其结果中没有 给出材料的阻抗特性及磁导率频率特性；专利（CN201110230616.4)公布了一种宽频高导 锰锌铁氧体磁芯的制造方法，其频率在100kHz以下磁导率都能达到13000,且未提供必要 的阻抗特性、磁导率温度特性、磁导率频率特性结果。
[0004] 综上所述，研发一种兼具高磁导率、高阻抗、低温度系数以及频率特性优异的MnZn 铁氧体材料势必成为未来研发机构及公司竞相追逐的热点，其具有重要的工程应用背景和 市场价值。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种低温度系数、高阻抗、频率特性优异的高磁导率MnZn铁 氧体材料及其制备方法。
[0006] 本发明所解决的技术问题是，提供一种MnZn铁氧体材料及制备方法，其材料具有 高磁导率（Pi :13000)、高居里温度（T。：彡125°C)、低温度系数（％:<0.5父10_6/°〇、高 阻抗（Z :1. 8kQ ?2. 5kQ)及优异的频率稳定性（μ i :10kHz，13000,200kHz，12000)。
[0007] 本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁 氧体材料，包括下述组分：
[0008] 主成分：Fe203 :52· 0 ?54. Omol %，ZnO : 19. 0 ?24. Omol %，NiO :0· 01 ? 0· 05mol%，余量为 MnO ;
[0009] 还包括下述添加剂中的至少两种：0. 01?0. 08wt % CaC03、0. 01?0. 10wt % Μ〇03、0· 01 ?0· 08wt% 纳米 Ti02、0. 01 ?0· 04wt% Bi203、0. 005 ?0· 02wt% Si02、0. 01 ? 0· 12wt% V205、0. 005 ?0· 04wt% Nb205 和 0· 005 ?0· 04wt% B203。
[0010] 本发明还提供低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁氧体材料的制备方法，包括以下 步骤：
[0011] 1.配方：
[0012] 选取 52. 0 ?54. Omol% Fe203、19. 0 ?24. Omol% Ζη0、0· 01 ?0· 05mol% NiO,其 余为Mn0(Mn304作为原材料）
[0013] 2. -次球磨
[0014] 将以上料粉在球磨机内混合均匀，时间1?3小时；
[0015] 3.预烧
[0016] 将步骤2所得球磨料烘干，并在850?950°C炉内预烧1?4小时；
[0017] 4.掺杂
[0018] 将步骤3所得料粉按重量比加入以下掺杂剂的两种或多种组合：0. 01?0. 08wt% CaC03、0. 01 ?0· 10wt% Μ〇03、0· 01 ?0· 08wt%纳米 Ti02、0. 01 ?0· 04wt% Bi203、0. 005 ? 0· 02wt% Si02、0. 01 ?0· 12wt% V205、0. 005 ?0· 04wt% Nb205 和 0· 005 ?0· 04wt% B203。
[0019] 5.二次球磨
[0020] 将加入杂质的预烧料放入球磨机中，加入料重1. 6倍的去离子水，球磨1?4小 时，使预烧料的平均粒度在1. 〇±〇. 1 μ m ;
[0021] 6.成型
[0022] 将步骤5所得料粉按重量比加入8?12wt%有机粘合剂，混匀，造粒后，在压机上 将粒状粉料压制成坯件；
[0023] 7.烧结
[0024] 将步骤6所得坯件置于气氛烧结炉内烧结，在1000?1370°C温度段，体积比02/N 2 =1/999,在1370?1420°C温度段，02/N2 = 4/96,保温5?8小时；在降温段进行平衡气 氛烧结。
[0025] 8.测试：
[0026] 将步骤7所得样品进行电磁性能测试。
[0027] 用同惠 TH2828精密LCR测试仪测试样品的电感L，适当调整绕线两端电压值Us使 其满足：US = 4. 44NfAeB，样品的起始磁导率根据下式计算：
[0028]
【权利要求】
1. 低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁氧体材料，其特征在于，包括下述组分： 主成分：Fe203 :52· 0 ?54. Omol%，ZnO :19· 0 ?24. Omol%，NiO :0· 01 ?0· 05mol%， 余量为MnO ; 还包括下述添加剂中的至少两种：〇· 01?〇· 〇8wt % CaC03、0. 01?0· 10wt % M〇03、 0· 01 ?0· 08wt % 纳米 Ti02、0. 01 ?0· 04wt % Bi203、0. 005 ?0· 02wt % Si02、0. 01 ? 0· 12wt% V205、0. 005 ?0· 04wt% Nb205 和 0· 005 ?0· 04wt% B203。
2. 如权利要求1所述的低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁氧体材料，其特征在于，组 分为： 主成分：Fe203 :52. 5mol %，ZnO :21. 80mol %，NiO :0· Olmol %，MnO :25. 69mol % ; 添加剂：〇· 〇3wt% CaC03、0. 08wt%Mo03、0. 02wt%纳米 Ti02、0. 02wt%Bi203、0. 005wt% Si02。
3. 如权利要求1所述的低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁氧体材料，其特征在于，组 分为： 主成分：Fe203 :52. 5mol %，ZnO :22mol %，NiO :0· 02mol %，MnO :25. 48mol % ; 添加剂：〇· 〇3wt% CaC03、0. 08wt%Mo03、0. 03wt%纳米 Ti02、0. 02wt%Bi203、0. 005wt% Si02。
4. 如权利要求1所述的低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁氧体材料，其特征在于，组 分为： 主成分：Fe203 :52. 7mol %，ZnO :22. 3mol %，NiO :0· 03mol %，MnO :24. 97mol % ; 添加剂：〇· 〇3wt% CaC03、0. 08wt%Mo03、0. 02wt%纳米 Ti02、0. 03wt%Bi203、0. 005wt% Si02。
5. 如权利要求1所述的低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁氧体材料，其特征在于，组 分为： 主成分：Fe203 :52. 7mol %，ZnO :22. 5mol %，NiO :0· 04mol %，MnO :24. 76mol % ; 添加剂：〇· 〇3wt% CaC03、0. 08wt%Mo03、0. 03wt%纳米 Ti02、0. 03wt%Bi203、0. 005wt% Si02。
6. 如权利要求1所述的低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁氧体材料的制备方法，其特 征在于，包括下述步骤：
1. 配方： 选取 52. 0 ?54. Omol % Fe203、19. 0 ?24. Omol % Ζη0、0· 01 ?0· 05mol % NiO,其余为 MnO,其中以Mn304作为MnO的原材料；
2. -次球磨 将以上料粉在球磨机内混合均匀，时间1?3小时；
3. 了页烧 将步骤2所得球磨料烘干，并在850?950°C炉内预烧1?4小时；
4. 惨杂 将步骤3所得料粉按重量比加入以下掺杂剂的两种或两种以上：0. 01?0. 08wt % CaC03、0. 01 ?0· 10wt% Μ〇03、0· 01 ?0· 08wt%纳米 Ti02、0. 01 ?0· 04wt% Bi203、0. 005 ? 0· 02wt% Si02、0. 01 ?0· 12wt% V205、0. 005 ?0· 04wt% Nb205 和 0· 005 ?0· 04wt% B203 ;
5. 二次球磨 将加入杂质的预烧料放入球磨机中，加入料重1. 6倍的去离子水，球磨1?4小时，使 预烧料的平均粒度在1. 〇±〇. 1 μ m ;
6. 成型 将步骤5所得料粉按重量比加入8?12wt%有机粘合剂，混匀，造粒后，在压机上将粒 状粉料压制成坯件；
7. 烧结 将步骤6所得坯件置于气氛烧结炉内烧结，在1000?1370°C温度段，体积比02/N2 = 1/999,在1370?1420°C温度段，02/N2 = 4/96,保温5?8小时；在降温段进行平衡气氛 烧结。
7.如权利要求6所述的低温度系数高阻抗高磁导率锰锌铁氧体材料的制备方法，其特 征在于，所述步骤1中，各组分为： Fe203 :52. 7mol%，ZnO :22. 5mol%，NiO :0· 04mol%，MnO :24. 76mol% ;所述步骤 4 中， 添加剂为： 0· 03wt% CaC03、0. 08wt% Μ〇03、0· 03wt%纳米 Ti02、0. 02wt% Bi203、0. 005wt% Si02。
【文档编号】C04B35/26GK104098326SQ201410323430
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】余忠, 李永劬, 孙科, 严建强, 兰中文, 郭凤鸣, 蒋晓娜, 王华成, 王微达 申请人:电子科技大学, 海宁联丰磁业股份有限公司