抗干扰镁锌铁氧体及制造方法
技术领域
本发明涉及一种镁锌(MgZn)抗干扰磁芯铁氧体及制造方法,在它5MHz~25MHz具有高于100的初始磁导率,电阻率系数可以高达到107~108(欧姆·厘米)以上,并有优异的磁谱曲线特性,主要用于抗干扰磁芯铁氧体材料。
背景技术
传统的锰锌(MnZn)系铁氧体用作抗干扰磁芯铁氧体(抗EMI)材料时,MnZn铁氧体的电阻率p一般在101~103(欧姆·厘米)之间,由于电阻率较低,MnZn铁氧体在高频使用时涡流损耗大,磁导率迅速下降到1,使得MnZn铁氧体在高频使用时基本无作用,只能用在低频频段。实际上MnZn铁氧体可用于抗EMI器件的范围很小,目前使用的基本上是NiZn铁氧体材料。
目前世界范围内实用的基本都是镍锌系铁氧体抗干扰磁芯材料,在这类铁氧体中其主要成分是NiO、Fe2O3、ZnO。所用的原料NiO(含量为5~10mol%,按NiO计)价格昂贵,一般8万元/吨以上。
目前使用的抗EMI铁氧体材料涉及到如下问题:
1、抗EMI铁氧体所用材料性能主要是材料的磁谱曲线的性能。对于具体的应用来讲,由于电子与电气设备中的电磁干扰谱较宽,一般从几十KHz到GHz的量级,常用的范围是9KHz~30MHz。
2、抗EMI铁氧体用作抗EMI磁芯等使用时,材料的初始磁导率并不要求太高,重要的是磁导率随着频率的变化关系,即磁谱曲线特征。要求磁谱曲线随着频率的增加不要降低的太快,要保持在器件所需要的范围之上。
3、对于MnZn铁氧体材料来讲,由于其电阻率较低,一般在ρ=10~1000(欧姆·厘米),使用频率在0.1MHz以下。作为抗EMI材料来使用时,其应用范围太小,无法满足大量的到30MHz的需要。
4、对于NiZn铁氧体材料来讲,由于其电阻率高,一般在ρ=104~105(欧姆·厘米),使用频率可达20MHz以上。作为抗EMI材料来使用时,有些配方的NiZn铁氧体材料其应用范围可以达到30MHz的需要。但是,它的一个致命弱点是成本高,所用的原料中有)价格昂贵的NiO(3~6mol%),一般8万元/吨以上。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的不足,而提供一种廉价的抗干扰磁芯铁氧体及制造方法,这种MgZn系铁氧体在性能上可以在抗EMI方面代替镍锌材料,而其使用效果和产品质量能达到所需产品对材料性能的要求。在成本上,镁锌铁氧体材料所用的MgO原材料的价格在0.25万元/吨以下,仅为NiO百分之三点五,使材料具有很好的市场前景。
本发明涉及的MgZn系抗EMI铁氧体,具有300~3000的初始磁导率、高的电阻率系数,电阻率系数可以达到107~108(欧姆·厘米)以上,使用频率达到30MHz以上,完全达到目前电子与电气设备抗EMI传导测试标准的要求。
本发明所述的铁氧体材料主要包括有由氧化镁、氧化锌、氧化铁三种主要成分,其中还可加入有氧化硅、氧化钙、氧化镍中的一种或多种副成分,在主要成分中分别含有8~27mol%(按MgO计算)的氧化镁,7~27mol%(按ZnO计算)的氧化锌,30~36.7mol%(按Fe2O3计算)的氧化铁;而在副成分中的组成范围包括:0~4mol%(按MnCO3计算)的碳酸锰、0~4mol%(按NiO计算)的氧化镍、0~4mol%(按CuCO3计算)的碳酸铜。
上述的铁氧体材料中,还以特定的范围添加一种或多种下述添加成分:CaCO3、CoO、Al2O3、TiO2、SiO2、B2O3;、P2O5、As2O5、Pb3O4,各成分的量均不高于2.0mol%,且其它如P、S、Cl杂质被限制在1000ppm以下。
上述的铁氧体材料中,还可以特定的范围添加一种或多种下述添加成分:
Nb2O5:0.2mol%以下;Ta2O5:0.2mol%以下;V2O5:0.2mol%以下;ZrO2:0.2mol%以下;Bi2O3:0.2mol%以下;MoO3:0.2mol%以下。
上述铁氧体中,其烧结体的平均粒径为1~25μm。
上述铁氧体,其中饱和磁同密度Bs(25℃)为300mT或更大;饱和磁同密度Hc(25℃)为80m/A或更小;初始磁化率(25℃)为200或更大;居里点为120℃或更大;电阻率系数可以达到107~108(欧姆·厘米),或者更高。
一种抗干扰磁芯铁氧体的制造方法,它是将氧化镁、氧化锌、氧化铁三种主要成分进行配料,按比例混合,对混合均匀的混合物在1000~1200℃下煅烧30-90分钟。然后按比例加入副组份材料及添加物,粉碎混合后,加入粘合剂混合并采用喷雾造粒方法得到平均颗粒直径为180微米的颗粒,将造粒得到的颗粒压制成型,得到所需要的磁芯试样;逐步升温到1250~1350℃,并在所设定的温度下保温烧结2~5小时,降温后得到所烧制的样品。
本发明所述的混合物的最佳煅烧温度为1320℃,煅烧时间为2.5小时。
本发明将造粒得到的颗粒压制成型,得到抗EMI磁芯试样或抗EMI连接线试样或抗EMI磁性层试样。
本发明采用铁氧体烧结工艺制备材料或者元件,通过主要成分的控制来控制材料的矫顽力、饱和磁化、磁导率及其磁谱特性等,控制在烧结过程中对晶粒形貌和结构有影响的附属成分如SiO2、CaO等在规定的范围内,并通过控制烧结来实现平均晶粒在设定的范围。
本发明与现有技术相比,具有制备工艺简单、所制得的(MgZn)抗干扰磁芯铁氧体初始磁导率、电阻率系数高,有优异的磁谱曲线特性,且价格低廉,适用范围广,使用效果好等特点。
具体实施方式
实施例1
先对以MgO、ZnO、Fe2O3为主要成分进行配料,取27mol%(按MgO计算)的氧化镁,13mol%(按ZnO计算)的氧化锌,30mol%(按Fe2O3计算)的氧化铁进行混合,对混合均匀的混合物在1000℃下煅烧90分钟。然后再加入添加物:50ppm(按SiO2计算)的氧化硅,50ppm(按CaO计算)为氧化钙。粉碎混合后,加入粘合剂混合并用喷雾造粒方法得到平均颗粒直接为180微米的颗粒,将造粒得到的颗粒压制成型,得到所需要的抗EMI磁芯试样,再逐步升温到1350℃,并在1350℃下保温烧结2小时,降温后得到所烧制的样品。样品的磁导率测量结果为(采用外径×内径×高=14×7.8×10mm3的环状样品、采用Agilent4291测试):
表1实施例1的磁导率测试结果
F(MHz) |
5 |
10 |
25 |
50 |
100 |
μ′ |
221 |
134 |
83 |
52 |
26 |
μ″ |
91 |
101 |
74 |
63 |
50 |
μ |
239 |
168 |
111 |
82 |
56 |
实施例2
同样先对以MgO、ZnO、Fe2O3为主要成分进行配料,取18mol%(按MgO计算)的氧化镁,16.7mol%(按ZnO计算)的氧化锌,32.7mol%(按Fe2O3计算)的氧化铁进行混合,对混合均匀的混合物在1050℃下煅烧60分钟。然后再加入副成分,其中副成分有1mol%(按NiO计算)的氧化镍、2.7mol%(按CuCO3计算)的碳酸铜、2.7mol%(按MnCO3计算)的碳酸锰。其中添加物有1mol%(按SiO2计算)的氧化硅,0.6mol%(按CaO计算)的氧化钙,0.3mol%(按Al2O3计算)的氧化铝。粉碎混合后,加入粘合剂混合并采用喷雾造粒方法得到平均颗粒直接为180微米的颗粒,将造粒得到的颗粒压制成型,得到参数测试所需要的环形试样;逐步升温到1320℃,并在1320℃下保温烧结3小时,降温后得到所烧制的样品。样品的磁导率测量结果为(采用外径×内径×高=16.3×12×8mm3的环状样品、采用Agilent4291测试):
表2实施例2的磁导率测试结果
F(MHz) |
5 |
10 |
25 |
50 |
100 |
μ′ |
269 |
155 |
92 |
58 |
28 |
μ″ |
192 |
153 |
100 |
79 |
58 |
μ |
330 |
218 |
136 |
98 |
64 |
实施例3
样先对以MgO、ZnO、Fe2O3为主要成分进行配料,取8.3mol%(按MgO计算)的氧化镁,13.3mol%(按ZnO计算)的氧化锌,36.7mol%(按Fe2O3计算)的氧化铁进行混合。然后再加入副成分,其中副成分有0.77mol%(按NiO计算)的氧化镍、0.9mol%(按CuCO3计算)的碳酸铜、3.3mol%(按MnCO3计算)的碳酸锰,进行混合。对混合均匀的混合物在1100℃下煅烧60分钟。粉碎混合后,加入粘合剂混合并采用喷雾造粒方法得到平均颗粒直接为180微米的颗粒,将造粒得到的颗粒压制成型,得到参数测试所需要的环形试样;逐步升温到1320℃,并在1320℃下保温烧结2.5小时,降温后得到所烧制的样品。样品的磁导率测量结果为(采用外径×内径×高=8.4×5×5mm3的环状样品、采用Agilent4291测试):
表3实施例3的磁导率测试结果
F(MHz) |
5 |
10 |
25 |
50 |
100 |
μ′ |
328 |
192 |
106 |
63 |
30 |
μ″ |
151 |
166 |
115 |
89 |
64 |
μ |
361 |
254 |
156 |
109 |
71 |
实施例4
先对以MgO、ZnO、Fe2O3为主要成分进行配料,取19.3mol%(按MgO计算)的氧化镁,7.0mol%(按ZnO计算)的氧化锌,33.3mol%(按Fe2O3计算)的氧化铁进行混合。然后再加入副成分,其中副成分有1mol%(按CuCO3计算)的碳酸铜、2.7mol%(按MnCO3计算)的碳酸锰;再加入1.7mol%(按MnCO 3计算)的SiO2,CaO1.7mol%(按MnCO3计算)的,再进行混合。对混合均匀的混合物在1150℃下煅烧60分钟。粉碎混合后,加入粘合剂混合并采用喷雾造粒方法得到平均颗粒直接为180微米的颗粒,将造粒得到的颗粒压制成型,得到参数测试所需要的环形试样;逐步升温到1300℃,并在1300℃下保温烧结3.5小时,降温后得到所烧制的样品。样品的磁导率测量结果为(采用外径×内径×高=20×10×10mm3的环状样品、采用Agilent4291测试):
表4实施例4的磁导率测试结果
F(MHz) |
5 |
10 |
25 |
50 |
100 |
μ′ |
278 |
159 |
87 |
51 |
23 |
μ″ |
129 |
140 |
96 |
75 |
54 |
μ |
306 |
212 |
130 |
91 |
59 |
实施例5
同样先对以MgO、ZnO、Fe2O3为主要成分进行配料,取7.3mol%(按MgO计算)的氧化镁,27mol%(按ZnO计算)的氧化锌,32.8mol%(按Fe2O3计算)的氧化铁进行混合,对混合均匀的混合物在1200℃下煅烧30分钟。然后再加入副成分,其中副成分有4mol%(按NiO计算)的氧化镍、4mol%(按CuCO3计算)的碳酸铜、4mol%(按MnCO3计算)的碳酸锰。其中添加物有0.3mol%(按P3O4计算)的氧化铅,1mol%(按CaO计算)的氧化钙。粉碎混合后,加入粘合剂混合并采用喷雾造粒方法得到平均颗粒直接为180微米的颗粒,将造粒得到的颗粒压制成型,得到参数测试所需要的环形试样;逐步升温到1250℃,并在1250℃下保温烧结5小时,降温后得到所烧制的样品。样品的磁导率测量结果为(采用外径×内径×高=18×10×10mm3的环状样品、采用Agilent4291测试):
表5实施例5的磁导率测试结果
F(MHz) |
5 |
10 |
25 |
50 |
100 |
μ′ |
281 |
155 |
88 |
53 |
24 |
μ″ |
145 |
142 |
96 |
75 |
54 |
μ |
316 |
210 |
130 |
92 |
59 |