一种微波铁氧体材料及其制备方法、叠层片式器件与流程

本发明属于电子陶瓷的技术领域，特别是涉及一种微波铁氧体材料及其制备方法、叠层片式器件。

背景技术：

随着5g通讯技术的发展，终端应用的使用频率增大，对应要求元器件满足在2～3ghz的频段下工作。作为叠层片式元件，通常采用nizncu铁氧体材料进行制备，其添加bi2o3作为助烧剂实现低温烧结，但由于nizncu铁氧体材料为立方晶系结构，本身的磁晶各向异性常数较低，使得材料的自谐频率也偏低，一般而言，nizncu铁氧体材料的自谐频率不超过1ghz，这使得传统的nizncu铁氧体材料无法作为2～3ghz应用频段下的磁性材料。

平面六角铁氧体材料由于结构决定了本身较高的磁晶各向异性常数，其自然共振频率较高，目前，钡系六角铁氧体材料研究较多，该体系材料的烧结温度较高，一般在1200℃以上，而叠层电感元件由于内电极ag的熔点低，烧结温度通常在900℃左右，因此，如何降低钡系六角铁氧体材料的烧结温度以使其能与ag共烧并使得材料的性能满足叠层片式器件的应用要求，是本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提出一种微波铁氧体材料及其制备方法、叠层片式器件，其可以低温烧结并具有优异的性能。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种微波铁氧体材料，包括主成分和助烧剂；所述主成分为六角晶系钡铁氧体，其包括如下重量百分比的各组分：fe2o3：60～72％，baco3：20～30％，co3o4：1～7％，zno：1～5％和cuo：1～3％；相对于所述主成分的总质量，所述助烧剂包括如下重量百分比的各组分：bi2o3：1.0～4.0％、lif：1.0～3.0％和caf2：0.1～2.0％。

优选地，所述主成分包括如下重量百分比的各组分：fe2o3：60～65％，baco3：25～30％，co3o4：2～5％，zno：2～5％和cuo：1～3％。

优选地，相对于所述主成分的总质量，所述助烧剂包括如下重量百分比的各组分：bi2o3：2.0～3.0％、lif：1.0～2.0％和caf2：0.5～1.5％。

优选地，还添加有nb2o5，相对于所述主成分的总质量，所述nb2o5的重量百分比为：0.2～0.5％。

一种微波铁氧体材料的制备方法，包括如下步骤：s1、混合：将如下重量百分比的各组分进行混合：fe2o3：60～72％，baco3：20～30％，co3o4：1～7％，zno：1～5％和cuo：1～3％；将混合后的粉料研磨至0.5～1μm之间，并进行干燥；s2、预烧：将经步骤s1处理后的粉料在1000～1100℃进行预烧，并保温一段时间；s3、球磨：在经步骤s2预烧后的粉料的总质量基础上，添加重量百分比为1.0～5.0％的bi2o3、1.0～4.0％的lif和0.1～2.0％的caf2，研磨至0.5～1μm之间，并进行干燥；s4、造粒：添加经所述步骤s3干燥后的粉体重量10-20wt％的粘结剂进行造粒，得到铁氧体造粒粉；s5、成型：将所述铁氧体造粒粉压制成铁氧体生坯；s6、烧结：将所述铁氧体生坯进行烧结，烧结温度在850～900℃之间，并保温一段时间，得到铁氧体坯体。

优选地，在步骤s3中，还添加nb2o5，其占步骤s2预烧后的粉料的总质量的0.2～0.5％。

优选地，所述步骤s2中的保温时间为1～2小时。

优选地，所述步骤s6中的保温时间为2～4小时。

一种叠层片式器件，由所述的微波铁氧体材料制备而成。

本发明的有益效果包括：本发明提供的微波铁氧体材料通过各成分的共同协同，可在850～900℃下烧结，获得的烧结密度在5.0～5.2g/cm³之间、晶粒大小在1～3μm之间、磁导率在3～15之间、自谐频率高于2ghz、材料电阻率在10¹⁰ω·cm以上。适用于叠层片式器件的制作，能满足叠层片式器件的工艺适应性，特别适用于2～3ghz应用频段的叠层片式磁性元件。

附图说明

图1是本发明的实施例1的磁导率-频率特性曲线；

图2是本发明的实施例1的扫面电镜显微(sem)照片。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

本发明提供的一种微波铁氧体材料包括主成分和助烧剂，其中，主成分为六角晶系钡铁氧体，其包括如下重量百分比的各组分：fe2o3：60～72％，baco3：20～30％，co3o4：1～7％，zno：1～5％和cuo：1～3％；相对于主成分的总质量，助烧剂包括如下重量百分比的各组分：bi2o3：1.0～4.0％、lif：1.0～3.0％和caf2：0.1～2.0％。

其中，主成分六角晶系钡铁氧体中的fe2o3的含量为60～72wt％，若fe2o3含量过高时，易产生fe²⁺离子，导致材料电阻率下降，同时也影响材料的烧结，优选地，fe2o3的含量为60～65wt％；co3o4的掺杂易产生单轴各向异性，其含量为1～7wt％，当添加量过多会导致磁性能偏低，而添加量过少会造成自谐振频率的下降，优选地，co3o4的含量为2～5wt％；zno的掺杂起到调节材料磁导率的作用，其含量为1～5wt％，优选为2～5wt％；cuo的掺杂在主成分上起到助烧降温的作用，其含量为1～3wt％，当含量过高会影响烧结后材料电阻率，进而影响产品电镀。

在优选的实施方式中，所述主成分包括如下重量百分比的各组分：fe2o3：60～65％，baco3：25～30％，co3o4：2～5％，zno：2～5％和cuo：1～3％。

为了实现低温烧结及获得良好的性能，在主成分的基础上，添加了复合的助烧剂：bi2o3、lif和caf2进行复合；其中，bi2o3、lif及caf2复合掺杂起到助烧降温的作用，由于钡铁氧体本身的烧结温度高达1200℃，采用单一的bi2o3作为助烧剂的效果不佳，而实验证明采用bi2o3、lif及caf2复合添加能起到更好的助烧效果，助烧剂的总添加量不宜过高，否则会导致材料电阻率的下降，同时也可能造成叠层元件内电极ag的烧损。经过反复试验，得到当bi2o3的含量在1.0～4.0wt％、lif的含量在1.0～3.0wt％、caf2的含量在0.1～2.0wt％时，三者协同作为助烧剂可实现低温烧结及满足叠层片式元件的工艺适应性。

在优选的实施方式中，相对于所述主成分的总质量，助烧剂包括如下重量百分比的各组分：bi2o32.0～3.0wt％、lif1.0～2.0wt％和caf20.5～1.5wt％。

在优选的实施方式中，在主成分的总质量基础上，还添加含量为0.2～0.5％的nb2o5，起到进一步细化晶粒及提高电阻率的作用。

本发明还提供一种微波铁氧体材料的制备方法，包括如下步骤：

s1、混合：将如下重量百分比的各组分进行混合：fe2o3：60～72％，baco3：20～30％，co3o4：1～7％，zno：1～5％和cuo：1～3％；将混合后的粉料研磨至0.5～1μm之间，并进行干燥；

s2、预烧：将经步骤s1处理后的粉料在1000～1100℃进行预烧，并保温一段时间，优选保温时间为1-2小时；

s3、球磨：在经步骤s2预烧后的粉料的总质量基础上，添加重量百分比为1.0～5.0％的bi2o3、1.0～4.0％的lif和0.1～2.0％的caf2，研磨至0.5～1μm之间，并进行干燥；

s4、造粒：添加经所述步骤s3烘干后的粉体重量10-20wt％的粘结剂进行造粒，得到铁氧体造粒粉；

s5、成型：将所述铁氧体造粒粉压制成铁氧体生坯；

s6、烧结：将所述铁氧体生坯进行烧结，烧结温度在850～900℃之间，并保温一段时间，优选保温时间为2～4小时，得到铁氧体坯体。

其中，优选地，步骤s4中的粘结剂可以是pva胶水。

优选实施方式中，在步骤s3中，还添加nb2o5，其占步骤s2预烧后的粉料的总质量的0.2～0.5％。

本发明还提供一种叠层片式器件，其由所述的微波铁氧体材料制备而成。

以下通过更具体的实施例和比较例对比的方式对本发明进行详细说明，各个实施例和对比例中的材料的各成分的含量如下表1所示，其中助烧剂及nb2o5的重量百分比是相对于主成分的总质量计算得到的。

表1：实施例及对比例的成分配比

以上各个实施例与对比例中的微波铁氧体材料可以采用固相反应法制备，具体包括以下步骤：

s1、混合：按表1中主成分原料的重量百分比进行配料，并置于球磨机中进行湿式混合，将混合后的粉料研磨至0.5～1μm之间，并进行烘干；

s2、预烧：将混合的粉料在1000℃进行预烧，保温时间为2小时；

s3、球磨：在经预烧后的粉料的总质量基础上，按表1中助烧剂及nb2o5的添加比例分别进行称量添加，并置于球磨机进行球磨，研磨至0.5～1μm之间，并进行烘干；

s4、造粒：添加经步骤s3烘干后的粉体重量15wt％的pva胶水进行造粒，得到各铁氧体造粒粉；

s5、成型：将各所述铁氧体造粒粉压制成各铁氧体生坯；

s6、烧结：将各铁氧体生坯进行烧结，烧结温度为900℃，保温4小时，得到铁氧体坯体。

通过上述各铁氧体材料制得的铁氧体坯体包括磁环t18*10(外径×内径×高度＝18×10×5mm)以及圆柱样品ф5*25(直径×高度＝5×25mm)。通过agilent4991阻抗分析仪用空腔法测试磁环t18×10在1mhz～3ghz下的电感频谱，得到自谐频率srf，根据电感量计算5mhz下的起始磁导率μ'；采用agilent4339b高阻计测试圆柱样品ф5*25两端的绝缘电阻值r，计算电阻率ρ；采用排水法测试磁环的密度；采用sem扫描电镜观察微观结构，测量并计算平均晶粒尺寸。以上测得的数据如下表2所示。

表2为实施例与对比例的各项性能指标。

备注：带“*”的表示超出规格值。

从表2中可以看出，本发明的实施例与对比例相比较，由本发明的主成分、助烧剂及nb2o5作为原料制成的微波铁氧体材料，可在900℃下烧结，并同时满足烧结密度5.0～5.2g/cm³、晶粒大小1～3μm、磁导率3～15、自谐频率高于2ghz以及电阻率在10¹⁰ω·cm以上，材料电阻率在10¹⁰ω·cm以上可有效避免制作叠层小尺寸产品时出现爬镀现象。以实施例1为代表，图1示出了实施例1制得的材料的磁导率-频率曲线，可见其具有较高的自谐振频率，图2示出了实施例1制得的烧结样品的扫面电镜显微(sem)照片，其表征样品的微观形貌，可见其晶粒生长致密而均匀，平均晶粒尺寸为1.8μm。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。