CN102432279B

CN102432279B - 一种高强度耐热冲击镍锌铁氧体及其制备方法

Info

Publication number: CN102432279B
Application number: CN 201110314150
Authority: CN
Inventors: 聂敏; 徐方舟; 覃金; 孙蒋平; 申志刚
Original assignee: TDG Holding Co Ltd
Current assignee: TDG Holding Co Ltd
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2031-10-17
Also published as: CN102432279A

Abstract

本发明涉及一种功率电感适用的高强度耐热冲击镍锌铁氧体及其制备方法。该镍锌铁氧体主成分以氧化物计算为：Fe₂O₃45~52mol%、NiO20~29mol%、ZnO20~30mol%、CuO3~6.5mol%，辅助成分为：CaCO₃0.2~0.5wt%，Co₂O₃0.01~0.09wt%，V₂O₅0.05~0.19wt%，SiO₂0.8~1.5wt%。采用氧化物法制备，在一定条件下烧结。烧结后制品的结晶晶粒尺寸为10～20μm，晶界鲜明，制品具有高强度和耐热冲击温度较高的特点，适应功率电感的小型化对材料的高强度和耐热冲击的双重要求。

Description

一种高强度耐热冲击镍锌铁氧体及其制备方法

技术领域

本发明属于软磁铁氧体技术领域，具体涉及一种功率电感用的高强度耐热冲击镍锌铁氧体及其制备方法。

背景技术

软磁铁氧体主要包括锰锌、镍锌铁氧体材料两大系列，主要应用于计算机、通讯、电源及消费类电子产品等领域，是电子工业的基础功能材料。与锰锌铁氧体相比，镍锌铁氧体具有高电阻率、高使用频率等特点，适用于制成各种表面贴装用的元件。适于表面安装的功率电感器开发和大量生产，为传输较大功率的电源同路和DC-DC电源模块的小型化和薄型化提供了光明前景。表面贴装元件要求产品必须满足适于表面安装和焊接、强度好等条件。随着表面贴装制品的小型化，这就对镍锌铁氧体材料的机械强度和耐热冲击性能提出了更高的要求。

在国内已有一些关于镍锌铁氧体材料的制造方法的专利，具体如下：

（1）公开号为CN101106000，公开日为2008.01.16，发明名称为“镍锌铁氧体低温高密度制造方法及其制成品”的中国专利公开了一种镍锌铁氧体低温高密度制造方法及采用该方法制成的高磁导率镍锌铁氧体。该方法采用的原料主成份是换算为47.5～49.5mol%的 Fe₂O₃，3.6～6.5mol%的CuO，30～35mol%的ZnO，其余是NiO，还有0.01～0.4wt%的Ti₂O₅，0.01～0.5wt%的Bi₂O₃，0.01～0.5wt%的 V₂O₅，0.01～0.5wt%的MoO₃，0.01～0.5wt%的Cr₂O₃，0.01～0.5wt%的Nb₂O₅中的至少一种副成分。该发明提供了一种降低烧结温度，实现高密度，高磁导率，高居里温度和饱和磁感应强度的方法。

（2）公开号为CN101386530，公开日为2009.03.18，发明名称为“一种镍锌软磁铁氧体材料及其制备方法”的中国专利公开了一种镍锌软磁铁氧体材料及其制备方法。按摩尔份计，氧化铁Fe₂O₃ 45～50mol%、氧化锌ZnO 20～26mol%、氧化亚镍NiO 12～ 17mol%、氧化铜CuO 5～10mol%、氧化镁MgO 3～10mol%。该发明提供了一种具有高Q、高频特性、高T_C、Bm、低成本的镍锌铁氧体新材料的制造方法。

（3）公开号为CN101891456A，公开日为2010.11.24，发明名称为“一种高抗折强度镍锌软磁铁氧体材料及其制造方法”的中国专利公开了一种高抗折强度镍锌软磁铁氧体材料。按摩尔份计的主配方：氧化铁Fe₂O₃ 35～50mol%、氧化锌ZnO 8～15mol%、氧化亚镍NiO 30～40mol%、氧化铜CuO 5～11mol%。该发明提供了一种具有较高的抗折强度的镍锌软磁铁氧体材料。

发明内容

针对功率电感的小型化对于镍锌铁氧体材料的机械强度和耐热冲击性能的双重要求，本发明的目的是提供一种高强度耐热冲击镍锌铁氧体。

为了达到上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种高强度耐热冲击镍锌铁氧体，具有高强度和耐热冲击的双重特点，用于功率电感，能满足功率电感小型化对于材料的强度和耐热冲击的双重需求，其包括主成分和副成分，所述主成分为：氧化铁、氧化镍、氧化锌、氧化铜，以各自标准物计的含量为：Fe₂O₃：45~52mol%，NiO：20~29mol%，ZnO：20~30 mol%，CuO：3~6.5 mol%；所述副成分包括碳酸钙、氧化钴、五氧化二钒和二氧化硅，相对所述主成分总量，所述副成分以其各自标准物计的含量为：CaCO₃：0.2~0.5wt%，Co₂O₃：0.01~0.09wt%，V₂O₅：0.05~0.19wt%，SiO₂：0.8~1.5wt%。

作为一种优选，所述副成分相对所述主成分总量，以其各自标准物计的含量如下：CaCO₃：0.3wt%，Co₂O₃：0.05wt%，V₂O₅：0.15wt%，SiO₂：1.0wt%。

所述的高强度耐热冲击镍锌铁氧体的制备方法，依次包括混合、预烧、粉碎、造粒、压制和烧结步骤，其中：

（1）混合：按主成分配比配料后进行干法混合，混合时间为60~90分钟；所述主成分以其各自标准物计的含量如下：Fe₂O₃：45~52mol%，NiO：20~29mol%，ZnO：20~30 mol%，CuO：3~6.5 mol%；

（2）预烧：将混合好的材料在推板窑中进行预烧，预烧温度控制在950±20℃，预烧时间为360~500分钟；

（3）粉碎：在上步预烧得到的主成分预烧料中加入副成分后进行湿法粉碎，粉碎时间为60~120分钟，粉碎后料浆粒径控制在1.6~2.0μm；所述副成分相对所述主成分总量以其各自标准物计的含量如下：CaCO₃：0.2~0.5wt%，Co₂O₃：0.01~0.09wt%，V₂O₅：0.05~0.19wt%，SiO₂：0.8~1.5wt%；

（4）造粒：在上步的料浆加入相当于料浆重量的1.8%的PVA，采用喷雾造粒，得到颗粒料；

（5）压制：将上步的颗粒料采用粉末成型机压制得到坯件，坯件的压制密度控制在3.2±0.15g/cm³；

（6）烧结：在电阻炉中进行烧结，烧结温度控制在1150℃~1200℃，保温120~240分钟，烧结气氛为空气，烧结结束后随炉冷却至室温；所得制品的结晶晶粒尺寸为10～20μm，晶界鲜明。

作为一种优选，所述粉碎步骤中在主成分预烧料中加入的副成分，相对所述主成分总量，以其各自标准物计的含量如下：CaCO₃：0.3wt%，Co₂O₃：0.05wt%，V₂O₅：0.15wt%，SiO₂：1.0wt%。

本发明采用合理的主配方，通过调整Fe₂O₃的含量来调整材料的饱和磁感应强度；通过调整NiO的含量来调整材料的使用频率；通过调整ZnO的含量来调整材料的磁导率。在副成分中加入Co₂O₃改善材料的频率特性与磁导率特性；在副成分中加入CaCO₃ 与SiO₂组合增加晶界的厚度，降低高频段相对损耗因子；在副成分中加入V₂O₅降低烧结温度；再通过生产工艺进一步调整材料晶体结构和晶界分布，从而使之具有良好的强度和耐热冲击性能。该材料适用于表面安装的功率电感器开发和大量生产，有利于传输较大功率的电源同路和DC-DC电源模块的小型化和薄型化。材料的性能指标如下：

⑴初始磁导率 μi：200±25%，

⑵饱和磁感应强度 Bs：380±5%，

⑶居里温度 Tc：>200℃，

⑷机械强度 S1：>200MPa，未热冲击常温的机械强度，

⑸机械强度 S2：>200MPa，350℃热冲击3秒后的机械强度。

附图说明

图1磁条耐热冲击测试示意图。其中1-磁条，2-焊锡槽。

图2磁条机械强度测试示意图。其中1-磁条，2-压头，3-圆棒支座。

图3材料微观结构图：断面SEM照片。其中(a)是对比例2的断面SEM照片，(b)是实施例2的断面SEM照片。

具体实施方式

以下按照具体实施例说明本发明，但本发明不限定于这些实施例。

下面的实施例和对比例均采用传统氧化物法制造，具体步骤依次如下：

（1）混合：按表1（实施例和对比例）所述的主成分配比配料后进行干法混合，混合时间为60~90分钟；

（2）预烧：将混合好的材料在推板窑中进行预烧，预烧温度控制在950±20℃，预烧时间为400分钟；

（3）粉碎：在上步预烧得到的主成分预烧料中加入按表1（实施例和对比例）所述的副成分后进行湿法粉碎，粉碎时间为90分钟，粉碎后料浆粒径控制在1.8μm；

（5）压制：将上步的颗粒料采用粉末成型机压制得到坯件（磁条，磁环），坯件的压制密度控制在3.2±0.15g/cm³；

（6）烧结：在电阻炉中进行烧结，烧结温度控制在1180℃，保温180分钟，烧结气氛为空气，烧结结束后随炉冷却至室温。

通过以上工序制得所述镍锌铁氧体制品（磁条样品R-4.0×7.1×40，磁环样品T12.7×7.9×6.5）。

将烧结后的磁环和磁条分别进行测试和评价。在匝数N=20Ts条件下，用HP-4284A型 LCR测试仪测试磁环样品的起始磁导率μ_i；配合PHH-101高温试验箱，测试磁环的居里温度Tc；配合PHH-101高温试验箱，用SY-8258型B-H分析仪测试样品的饱和磁感应强度Bs。未焊锡之前磁条的强度按照图2所示方法测试机械强度（S1），将磁条1搁置于R=2mm的圆棒支座3上，以R=2mm的压头2施加力F；在焊锡温度为350℃时，把磁条1置于焊锡槽2中浸泡3秒，如图1所示，自然冷却后，按照图2所示方法测试焊锡后磁条的机械强度（S2），同样将磁条1搁置于R=2mm的圆棒支座3上，以R=2mm的压头2施加力F。

表1 实施例和对比例的成份配比

Figure 2011103141506100002DEST_PATH_IMAGE001

表2 实施例和对比例的磁性能

项目

μ_i

Bs(25℃)

Tc

S1(焊锡前强度)

S2(焊锡后强度)

评价

单位

-

mT

℃

Mpa

-

指标

200±25%

380±5%

>200

-

实施例1

180

390

238

220

180

OK

实施例2

212

383

235

302

223

OK

实施例3

220

375

233

250

230

OK

实施例4

230

370

231

286

245

OK

实施例5

195

365

225

303

302

OK

对比例1

※275

※410

245

*150

*45

NG

对比例2

※260

※415

245

*147

*35

NG

对比例3

208

※405

238

*180

*73

NG

对比例4

235

※417

245

*141

*50

NG

对比例5

※300

※420

245

*152

*33

NG

注意: 超过规格上限的附加“※”，超过规格下限的附加“*”

表2列出了实施例和对比例的性能及评价，从表2中可以看出，本发明的实施例和对比例相比较，本发明有效地提高了材料的机械强度和耐热冲击能力，并能保持相应的起始磁导率，较高的饱和磁感应强度，并具有较高的居里温度。对比实施例和对比例的微观结构，如图3所示，对比例材料结晶较粗大，晶粒尺寸为50～100μm；实施例的结晶较均匀，晶界鲜明，晶粒尺寸为10～20μm。晶粒细化和晶界增厚应该是实施例的机械强度和耐热冲击能力相对于对比例大幅度提升的重要原因。本发明的材料应该能够满足小型功率电感对镍锌材料的性能要求。

本发明所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明，相关技术领域的专家或技术人员可以对所描述的具体实施例做不同程度的修改，补充或者用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种高强度耐热冲击镍锌铁氧体的制备方法，所述的高强度耐热冲击镍锌铁氧体具有高强度和耐热冲击的双重特点，用于功率电感，能满足功率电感小型化对于材料的强度和耐热冲击的双重需求，包括主成分和副成分，所述主成分为氧化铁、氧化镍、氧化锌和氧化铜，所述副成分为碳酸钙、氧化钴、五氧化二钒和二氧化硅；其特征在于，依次包括混合、预烧、粉碎、造粒、压制和烧结步骤，其中：

（6）烧结：在电阻炉中进行烧结，烧结温度控制在1150℃~1200℃，保温120~240分钟，烧结气氛为空气，烧结结束后随炉冷却至室温；所得制品的结晶晶粒尺寸为10~20μm，晶界鲜明。

2.如权利要求1所述的高强度耐热冲击镍锌铁氧体的制备方法，其特征在于：所述粉碎步骤中在主成分预烧料中加入的副成分，相对所述主成分总量，以其各自标准物计的含量如下：CaCO₃：0.3wt%，Co₂O₃：0.05wt%，V₂O₅：0.15wt%，SiO₂：1.0wt%。