CN101256865A - NiZn系铁氧体材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

NiZn系铁氧体材料及制备方法，本发明属于铁氧体材料制备技术领域。其主成分按摩尔百分比，以氧化物计算：48.5～52.5mol％Fe₂O₃，25～33mol％ZnO，0.5～8.0mol％CuO，余量为NiO；掺杂剂按重量百分比，以氧化物计算：0.001～0.15wt％CaO、0.01～0.12wt％MoO₃、0.01～0.08wt％Bi₂O₃、0.01～0.20wt％Nb₂O₅、0.01～0.20wt％SnO₂、0.01～0.16wt％V₂O₅。本发明的有益效果是，一、提高功率密度，实现小型化；二、提高电子系统的可靠性。

Description

NiZn系铁氧体材料及制备方法

技术领域

本技术属于铁氧体材料制备技术领域。

背景技术

软磁铁氧体材料是电子信息产业的重要支撑性材料，尤其是随着电子设备向高频化、小型化、集成化方向发展的趋势，软磁铁氧体材料的应用领域不断扩大，成为了一类基础性不可替代的电子功能材料。软磁铁氧体材料主要分为两大类-MnZn系和NiZn系。MnZn系材料主要用于MHz以下的频段，而NiZn系则主要用于MHz以上的射频微波频段。近年来，随着信息高速公路、宽带传输技术、便携式PDA、平面显示技术等行业的发展，对应用于MHz以上频段的NiZn材料的需求不断上升，市场需求十分旺盛。

近年来，国外发达国家的著名公司和研发机构十分重视高性能NiZn系铁氧体材料的研发，如日本TDK、FDK、Hitachi、Sony、韩国Young Hwa，欧洲Ferroxcube、Epcos、Thomson、美国GE等，不断针对电子信息产业的发展需要，推出新的材料；国内如浙江东磁，天通电子，广东东阳光，南京金宁等公司也在跟踪研究适应这种需求变化的NiZn系铁氧体材料，但当前国内NiZn系铁氧体材料存在的主要问题有以下两方面：1)材料磁导率达到1500以上则饱和磁感应强度Bs约为250mT(25℃)，居里温度Tc约为100℃，满足不了大电流和高密度安装(散热条件受限)的应用场合需求；2)如将饱和磁感应强度Bs提高到380mT(25℃)，居里温度Tc约为170℃，则材料磁导率降低至800以下，满足不了电子设备小型化(尤其是平面显示系统)的要求。基于此，国外开发了一种磁导率1200(25℃)左右、室温饱和磁通密度Bs 360mT、居里温度Tc 160℃的NiZn系铁氧体材料，如韩国Young Hwa2004年开发的YN202材料，其性能特征如下：μ_i1300±20％，Bs 360mT，Br 170mT，Hc 18A/m，Tc 160℃，tanδ/μ_i25×10^-6，ρ10⁶Ω·m，d 5.0g/cm³，这是当前高密度安装电子设备[尤其是平面显示(LED、LCD、PDP等)]中十分重要的材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种NiZn系铁氧体材料及制备方法，其材料具有高饱和磁感应强度和高居里温度的特性。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，NiZn系铁氧体材料，其组分包括：

48.5～52.5mol％Fe₂O₃，25～33mol％ZnO，0.5～8.0mol％CuO，余量为NiO；

掺杂剂按重量百分比，以氧化物计算：0.001～0.15wt％CaO、0.01～0.12wt％MoO₃、0.01～0.08wt％Bi₂O₃、0.01～0.20wt％Nb₂O₅、0.01～0.20wt％SnO₂、0.01～0.16wt％V₂O₅。

本发明的NiZn系铁氧体材料制备方法，包括以下步骤：

1、配方

采用48.5～52.5mol％Fe₂O₃，25～33mol％ZnO，0.5～8.0mol％CuO，余量为NiO；

2、一次球磨

将以上料粉在球磨机内球磨1～6小时，使料粉混合均匀；

3、预烧

将步骤2所得球磨料在800～1100℃炉内预烧1～5小时；

4、掺杂

将步骤3所得料粉按重量比加入以下添加剂：0.001～0.15wt％CaO、0.01～0.12wt％MoO₃、0.01～0.08wt％Bi₂O₃、0.01～0.20wt％Nb₂O₅、0.01～0.20wt％SnO₂、0.01～0.16wt％V₂O₅；

5、二次球磨

将步骤4中得到的料粉在行星式球磨机中球磨4～12小时；

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所得坯件置于烧结炉内烧结，在1100～1300℃保温2～6小时。

本发明的NiZn系铁氧体材料的制备技术，其技术指标与韩国永和YN202相同(如前所列)。这种材料我国目前尚不能生产。本发明提出的NiZn系铁氧体材料可为高密度安装的电子设备，尤其是平面显示领域(LED、LCD、PDP等)、数字通讯终端、个人数字助理(PDA)、宽带网络系统、信息高速公路等产业解决如下两个方面的关键技术问题：其一，高饱和磁感应强度可提高电子系统的电流承载量，提高功率密度，实现小型化；其二，高居里温度为平面化高密度安装创造条件，尤其是散热空间有限的场合，提高电子系统的可靠性。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1：高Bs高Tc NiZn系铁氧体材料制备方法工艺流程图。

图2：高Bs高Tc NiZn系铁氧体材料的SEM照片。

具体实施方式

针对目前国内对高Bs高Tc NiZn系铁氧体材料的技术空白和需求，本发明提供了高Bs高Tc NiZn系铁氧体材料的制备技术。首先，通过优选高纯度的Fe₂O₃、ZnO、CuO以及NiO为原材料，制定最优的配方范围；其次，深入地分析了NiZn系铁氧体材料中存在的超交换作用，研究了添加剂CaO、MoO₃、Bi₂O₃、Nb₂O₅、V₂O₅、SnO₂等添加剂对NiZn系材料超交换作用的作用机制，制定最优的添加剂配方；接着，选用超硬钢球球磨粉料至1μm以下，制备了高活性粉体；最后，在上述配方、添加剂及粉体制备工艺优化的前提下，结合特定的烧结制度，在低温下制备了高Bs高Tc NiZn系铁氧体材料。

本发明的NiZn系铁氧体材料主成分按摩尔百分比，以氧化物计算：48.5～52.5mol％Fe₂O₃，25～33mol％ZnO，0.5～8.0mol％CuO，余量为NiO；

掺杂剂按重量百分比，以氧化物计算：0.001～0.15wt％CaO、0.01～0.12wt％MoO₃、0.01～0.08wt％Bi₂O₃、0.01～0.20wt％Nb₂O₅、0.01～0.20wt％SnO₂、0.01～0.16wt％V₂O₅；

作为一个实施例，组分为：

主成分按摩尔百分比，以氧化物计算：49.0mol％Fe₂O₃，27.5mol％ZnO，6.5mol％CuO，17.0mol％NiO；

掺杂剂按重量百分比，以氧化物计算：0.008wt％CaO、0.08wt％MoO₃、0.06wt％Bi₂O₃、0.03wt％Nb₂O₅、0.05wt％SnO₂、0.06wt％V₂O₅；

参见图1，本发明的NiZn系铁氧体材料制备方法，包括以下步骤：

1)配方

采用48.5～52.5mol％Fe₂O₃，25～33mol％ZnO，0.5～8.0mol％CuO，余量为NiO；

2)一次球磨

将以上料粉在球磨机内球磨1～6小时，使料粉混合均匀；

3)预烧

将步骤2所得球磨料在800～1100℃炉内预烧1～5小时；

4)掺杂

将步骤3所得料粉按重量比加入以下添加剂：0.001～0.15wt％CaO、0.01～0.12wt％MoO₃、0.01～0.08wt％Bi₂O₃、0.01～0.20wt％Nb₂O₅、0.01～0.20wt％SnO₂、0.01～0.16wt％V₂O₅；

5)二次球磨

将步骤4中得到的料粉在行星式球磨机中球磨4～12小时；

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所得坯件置于烧结炉内烧结，在1100～1300℃保温2～6小时。

具体的制备方法实施例为：

1)配方

采用49.0mol％Fe₂O₃，27.5mol％ZnO，6.5mol％CuO，17.0mol％NiO；

2)一次球磨

将以上料粉在球磨机内球磨2小时，使料粉混合均匀；

3)预烧

将步骤2所得球磨料在1000℃炉内预烧2小时；

4)掺杂

将步骤3所得料粉按重量比加入以下添加剂：0.008wt％CaO、0.08wt％MoO₃、0.06wt％Bi₂O₃、0.03wt％Nb₂O₅、0.05wt％SnO₂、0.06wt％V₂O₅；

5)二次球磨

将步骤4中得到的料粉在行星式球磨机中球磨10小时；

6)成型

将步骤5所得料粉按重量比加入10wt％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所得坯件置于烧结炉内烧结，在1150℃保温3小时。

将步骤6所得坯件置于烧结炉内烧结，在1150℃保温3小时。

经过以上工艺制备出的高Bs高Tc NiZn系铁氧体材料，参见图2，晶粒均匀致密，粒径约为8～15μm。材料的起始磁导率μ_i、比损耗系数tanδ/μ_i和居里温度Tc用HP4275LCR分析仪测试，饱和磁感应强度Bs、剩余磁感应强度Br和矫顽力Hc用Magnet-Physik B-H测试系统测试，电阻率用LCR2810测试，密度用阿基米德原理测试，其性能指标如下：

起始磁导率μ_i：1300±20％

饱和磁感应强度B_s：360mT(25℃)

居里温度T_c：160℃

剩余磁感应强度B_r：170mT(25℃)

矫顽力H_c：18A·m^-1

比损耗系数tanδ/μ_i：25×10^-6

密度d：5.0g·cm^-3

电阻率ρ：10⁶Ω·m。

Claims (4)

1、NiZn系铁氧体材料，其特征在于，其主成分按摩尔百分比，以氧化物计算：48.5～52.5mol％Fe₂O₃，25～33mol％ZnO，0.5～8.0mol％CuO，余量为NiO；

掺杂剂按重量百分比，以氧化物计算：0.001～0.15wt％CaO、0.01～0.12wt％MoO₃、0.01～0.08wt％Bi₂O₃、0.01～0.20wt％Nb₂O₅、0.01～0.20wt％SnO₂、0.01～0.16wt％V₂O₅。

2、如权利要求1所述的NiZn系铁氧体材料，其特征在于，主成分按摩尔百分比，以氧化物计算：49.0mol％Fe₂O₃，27.5mol％ZnO，6.5mol％CuO，17.0mol％NiO；

掺杂剂按重量百分比，以氧化物计算：0.008wt％CaO、0.08wt％MoO₃、0.06wt％Bi₂O₃、0.03wt％Nb₂O₅、0.05wt％SnO₂、0.06wt％V₂O₅。

3、NiZn系铁氧体材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)配方

采用48.5～52.5mol％Fe₂O₃，25～33mol％ZnO，0.5～8.0mol％CuO，余量为NiO；

2)一次球磨

将以上料粉在球磨机内球磨1～6小时，使料粉混合均匀；

3)预烧

将步骤2所得球磨料在800～1100℃炉内预烧1～5小时；

4)掺杂

将步骤3所得料粉按重量比加入以下添加剂：0.001～0.15wt％CaO、0.01～0.12wt％MoO₃、0.01～0.08wt％Bi₂O₃、0.01～0.20wt％Nb₂O₅、0.01～0.20wt％Sn0₂、0.01～0.16wt％V₂O₅；

5)二次球磨

将步骤4中得到的料粉在行星式球磨机中球磨4～12小时；

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所得坯件置于烧结炉内烧结，在1100～1300℃保温2～6小时。

4、如权利要求3所述的NiZn系铁氧体材料制备方法，其特征在于，各步骤具体为：

1)配方

采用49.0mol％Fe₂O₃，27.5mol％ZnO，6.5mol％CuO，17.0mol％NiO；

2)一次球磨

将以上料粉在球磨机内球磨2小时，使料粉混合均匀；

3)预烧

将步骤2所得球磨料在1000℃炉内预烧2小时；

4)掺杂

将步骤3所得料粉按重量比加入以下添加剂：0.008wt％CaO、0.08wt％MoO₃、0.06wt％Bi₂O₃、0.03wt％Nb₂0₅、0.05wt％SnO₂、0.06wt％V₂O₅；

5)二次球磨

将步骤4中得到的料粉在行星式球磨机中球磨10小时；

6)成型

将步骤5所得料粉按重量比加入10wt％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所得坯件置于烧结炉内烧结，在1150℃保温3小时。

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