CN102442820A - 铁氧体材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铁氧体材料。本发明提供在高温区域中饱和磁通密度高且芯损耗低，此外芯强度高的铁氧体材料。该铁氧体材料为由烧结体构成的铁氧体材料，该烧结体具有包含氧化铁、氧化锌和氧化锰的主成分和包含氧化硅、氧化钙、氧化铌、氧化锆和氧化钼的副成分，其中上述主成分100摩尔％中各氧化物的含量如下：氧化铁：换算成Fe2O3为63～68摩尔％、氧化锌：换算成ZnO为12～20摩尔％、氧化锰：剩余部分，上述烧结体中各副成分的含量如下：氧化硅：换算成SiO2为50～200重量ppm、氧化钙：换算成CaCO3为500～2000重量ppm、氧化铌：换算成Nb2O5为100～500重量ppm、氧化锆：换算成ZrO2为100～500重量ppm、氧化钼：换算成MoO3为100～400重量ppm。

Description

铁氧体材料
技术领域
本发明涉及在高温区域中饱和磁通密度高且芯损耗低，此外芯强度高的铁氧体材料。
背景技术
近年，各种电子仪器的小型化和高功率化正在发展。随之，各种部件的高集成化和高速处理化得到发展，要求供给电力的电源线的大电流化。对于变压器、扼流线圈等部件也要求大电力下的驱动，进一步地由于车辆等使用环境的高温化、驱动时的放热所导致的温度升高，要求100℃附近的稳定驱动。
此外，随着铁氧体芯的小型化、薄型化，也要求高强度化。
为了适应大电流驱动，对于铁氧体磁心，要求高温、例如100℃以上的高饱和磁通密度。为了满足此要求，例如日本专利第428199号中，通过增加MnZn铁氧体中的Fe2O3量，得到饱和磁通密度为450mT以上、芯损耗最小值为1200kW/m3的铁氧体材料。日本特开2004-217452、日本特开2005-029416、日本特开2005-029417中提出了与日本专利第428199号同样的高饱和磁通密度铁氧体材料。但是，利用这些铁氧体材料时，未实现随着芯的小型化、薄型化而成为重要问题的芯强度的提高。
发明内容
本发明鉴于上述现状，其目的在于，提供在高温区域中饱和磁通密度高且芯损耗低，此外芯强度高的铁氧体材料。
本发明人为了达到上述目的而进行了精心研究，结果发现，通过选择构成铁氧体材料的烧结体的成分及其量，可以达到上述目的，从而完成本发明。
即，本实施方式的铁氧体材料，是由烧结体构成的铁氧体材料，该烧结体具有包含氧化铁、氧化锌和氧化锰的主成分，和包含氧化硅、氧化钙、氧化铌、氧化锆和氧化钼的副成分，其中，
上述主成分100摩尔％中各氧化物的含量如下：
氧化铁：换算成Fe2O3为63～68摩尔％、
氧化锌：换算成ZnO为12～20摩尔％、
氧化锰：剩余部分
上述烧结体中各副成分的含量如下：
氧化硅：换算成SiO2为50～200重量ppm、
氧化钙：换算成CaCO3为500～2000重量ppm、
氧化铌：换算成Nb2O5为100～500重量ppm、
氧化锆：换算成ZrO2为100～500重量ppm、
氧化钼：换算成MoO3为100～500重量ppm。
上述铁氧体材料优选上述烧结体的平均结晶粒径为12～22μm，且上述烧结体的结晶粒度分布的标准偏差为13以下。
根据本发明，可以提供在高温区域中饱和磁通密度高且芯损耗低，此外芯强度高的铁氧体材料。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明。
铁氧体材料
本实施方式涉及的铁氧体材料由具有主成分和副成分的烧结体构成。
上述主成分含有氧化铁、氧化锌和氧化锰。
上述副成分含有氧化硅、氧化钙、氧化铌、氧化锆和氧化钼。
上述主成分100摩尔％中氧化铁的含量换算成Fe2O3为63～68摩尔％。通过使氧化铁含量在该范围内，存在饱和磁通密度升高且芯损耗降低的趋势。而且，氧化铁的含量优选为64～68摩尔％，更优选为64.5～67.5摩尔％。
上述主成分100摩尔％中氧化锌的含量换算成ZnO为12～20摩尔％。通过使氧化锌含量在该范围内，存在饱和磁通密度升高且芯损耗降低的趋势。而且，氧化锌的含量优选为12.5～19.5摩尔％，更优选为13～19摩尔％。
上述主成分100摩尔％中氧化锰的含量为氧化铁和氧化锌的剩余部分。通过在主成分中含有氧化锰，存在饱和磁通密度升高且芯损耗降低的趋势。而且，氧化锰的含量换算成MnO优选为12～22.5摩尔％，更优选为13～22摩尔％。
上述烧结体中上述氧化硅的含量换算成SiO2为50～200重量ppm。通过使氧化硅含量在该范围内，存在饱和磁通密度升高且芯损耗降低的趋势。而且，氧化硅的含量优选为55～190重量ppm，更优选为60～180重量ppm。
上述烧结体中氧化钙的含量换算成CaCO3为500～2000重量ppm。通过使氧化钙含量在该范围内，存在饱和磁通密度升高且芯损耗降低的趋势。而且，氧化钙的含量优选为550～1900重量ppm，更优选为600～1800重量ppm。
上述烧结体中氧化铌的含量换算成Nb2O5为100～500重量ppm。通过使氧化铌含量在该范围内，存在饱和磁通密度升高且芯损耗降低的趋势。而且，氧化铌的含量优选为100～450重量ppm，更优选为100～400重量ppm。
上述烧结体中氧化锆的含量换算成ZrO2为100～500重量份ppm。通过使氧化锆含量在该范围内，平均结晶粒径减小，同时平均结晶粒径的标准偏差也减小，由此存在芯强度升高的趋势。而且，氧化锆的含量优选为100～450重量ppm，更优选为100～400重量ppm。
上述烧结体中氧化钼的含量换算成MoO3为100～500重量份ppm。通过使氧化钼含量在该范围内，平均结晶粒径减小，同时平均结晶粒径的标准偏差也减小，由此存在芯强度升高的趋势。进一步地，通过使氧化钼的含量在该范围内，存在芯损耗降低的趋势。
此外，上述烧结体中氧化锆的含量和氧化钼的含量之和优选为200～750重量ppm，更优选为250～700重量ppm。通过使氧化锆的含量和氧化钼的含量之和在该范围内，存在烧结体结晶粒径变得均匀的趋势。
进一步地，上述烧结体中氧化锆的含量与上述烧结体中氧化钼的含量的重量比用α表示时，α优选为0.4～4.0，更优选为0.43～4.0。通过使α在该范围内，存在烧结体结晶粒径变得均匀的趋势。
构成本实施方式的铁氧铁材料的烧结体中，除了上述主成分和副成分之外，还可以含有不可避免的杂质元素的氧化物。
构成本实施方式的铁氧体材料的烧结体的平均结晶粒径优选为12～22μm，更优选为13～22μm，进一步优选为15～22μm。此外，上述烧结体的结晶粒度分布的标准偏差优选为13以下，更优选为12以下，进一步优选为11以下。通过使平均结晶粒径和结晶粒度分布在该范围内，存在芯强度提高的趋势。
而且，本发明中，构成铁氧体的粒子的平均结晶粒径例如可以通过以下说明的方法测定。首先，通过图像分析求出构成铁氧体的各粒子的截面积。然后求出具有与各粒子的截面积相同的截面积的圆的直径长度。然后将该直径的值乘以π/2而算出的值作为各粒子的结晶粒径，计算其平均值，由此算出平均结晶粒径。即，该方法中，通过将粒子的形状假定为球来算出平均结晶粒径。
制造方法
接着对本实施方式涉及的铁氧体材料的制造方法之一例进行说明。
作为主成分的原料，使用氧化物或通过加热变成氧化物的化合物的粉末。具体地说，可以使用Fe2O3粉末、Mn3O4粉末和ZnO粉末等。各原料粉末的平均粒径可以在0.1～3.0μm的范围内适当选择。
将主成分的原料粉末湿式混合后，进行煅烧。煅烧的温度可以为800～1000℃的范围内的规定温度，此外氛围气体可以为N2～空气之间。煅烧的稳定时间可以在0.5～5.0小时的范围内适当选择。
煅烧后，将煅烧体例如粉碎至平均粒径为0.5～2.0μm左右。而且，本实施方式中，不限于上述主成分的原料，还可以以含有2种以上金属的复合氧化物的粉末作为主成分的原料。
例如通过对含有氯化铁、氯化锰的水溶液进行氧化焙烧，得到含有Fe、Mn的复合氧化物的粉末。可以将该粉末和ZnO粉末混合作为主成分原料。这种情况下，不需要进行煅烧。
同样地，作为副成分的原料，也可以使用氧化物或通过加热变成氧化物的化合物的粉末。具体地说，可以使用SiO2、CaCO3、Nb2O5、ZrO2、MoO3等。将这些副成分的原料粉末与煅烧之后进行了粉碎的主成分的粉末混合。但是，也可以在与主成分的原料粉末混合之后，与主成分一起进行煅烧。
对于由主成分和副成分构成的混合粉末，为了顺利进行后续的成型步骤而造粒制成颗粒。造粒例如可以使用喷雾干燥器来进行。向混合粉末中添加少量的适当粘合材料例如聚乙烯醇(PVA)，将其用喷雾干燥器喷雾、干燥。所得颗粒的粒径优选为80～200μm左右。
得到的颗粒，例如利用具有规定形状的模具的压力机成型为所需形状，将该成型体用于烧结步骤。
烧结步骤中，有必要对烧结温度和烧结氛围气体进行控制。
烧结温度可以从1250～1450℃的范围适当选择，但是为了充分得到本实施方式的铁氧体材料的效果，优选在1300～1400℃的范围内进行烧结。
经过上述步骤来制造本实施方式涉及的铁氧体材料。
所制造的铁氧铁材料适合用于变压器、扼流线圈等电子元件中。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不被该实施方式所限定，在不脱离本发明宗旨的范围内当然可以以各种方式实施。
实施例
接着举出更具体地说明本发明的实施方式的实施例，对本发明进行更具体的说明。但是，本发明不限于这些实施例。
制造具有表1和表2所示组成的铁氧体芯。
主成分的原料使用Fe2O3粉末、ZnO粉末和MnO粉末，将它们进行湿式混合后，在900℃煅烧2小时。
接着，将主成分的原料的煅烧物和副成分的原料混合。副成分的原料使用SiO2粉末、CaCO3粉末、Nb2O5粉末、ZrO2粉末、MoO3粉末。向主成分原料的煅烧物中添加副成分的原料，进行粉碎的同时进行混合。进行粉碎直至煅烧物的平均粒径约为1.5μm。向得到的混合物中加入粘合剂，制成颗粒后，进行成型得到环形的成型体。
在氧气分压控制下，在温度1350℃(稳定部5小时、稳定部氧气分压1％)对所得到的成型体进行烧结，由此得到外径30mm、内径19mm、高度6mm的环形的烧结体(铁氧体芯样品)。
对于所得到的铁氧体芯样品，如下对饱和磁通密度、芯损耗、平均结晶粒径、结晶粒度分布的标准偏差、弯曲强度进行测定或计算。结果如表1或表2所示。
饱和磁通密度(Bs)的测定
使用在得到的铁氧体芯样品上绕线而成的样品，在100℃用理研电子社制B-H波形记录仪测定施加1194A/m的磁场时的饱和磁通密度(单位：mT)。而且，绕线如下进行：缠绕线径为0.35mm的铜线30次作为二次绕线，进而在其上缠绕线径为0.6mm的铜线65次作为一次绕线。饱和磁通密度为480mT以上视为良好。
芯损耗(Pcv)的测定
在得到的铁氧体芯样品上缠绕一次绕线和二次绕线各5次，在100kHz、200mT、100℃的条件下进行测定(单位：kW/m3)。测定用IWATSU公司制SY-8217B-H分析仪、NF ELECTRONIC INSTRUMENTS公司制HIGH SPEED POWER AMPLIFIER IE-1125进行。芯损耗小于1100kW/m3视为良好。
平均结晶粒径的测定和结晶粒度分布的标准偏差的算出
得到的铁氧体芯样品中，在2500μm2以上的范围进行以下测定，由此算出平均结晶粒径。
即，首先利用将结晶粒子的像素数转换为面积的方法进行图像分析，求出各结晶粒子的截面积。接着求出具有与各粒子的截面积相同的截面积的圆的直径长度。然后将该直径的值乘以π/2而算出的值作为各粒子的结晶粒径，计算其平均值，由此算出平均结晶粒径。此外，由上述各粒子的结晶粒径求出结晶粒度分布的标准偏差。
弯曲强度
根据JIS-R1601使用精密负荷测定装置进行抗折试验(测定3点弯曲抗折强度)。弯曲强度为100MPa以上视为良好。
Figure BSA00000304463300071
Figure BSA00000304463300081
由样品1～3可以确认，主成分100摩尔％中Fe2O3的含量为63～68摩尔％的情况(样品2、3)与Fe2O3的含量为62.5摩尔％的情况(样品1)相比，饱和磁通密度和弯曲强度提高。
由样品2～4可以确认，主成分100摩尔％中Fe2O3的含量为63～68摩尔％的情况(样品2、3)与Fe2O3的含量为68.3摩尔％的情况(样品4)相比，芯损耗降低，弯曲强度提高。
由样品5～7可以确认，主成分100摩尔％中ZnO的含量为12～20摩尔％的情况(样品6、7)与ZnO的含量为11.5摩尔％的情况(样品5)相比，芯损耗降低，弯曲强度提高。
由样品6～8可以确认，主成分100摩尔％中ZnO的含量为12～20摩尔％的情况(样品6、7)与ZnO的含量为21.0摩尔％的情况(样品8)相比，饱和磁通密度提高，芯损耗降低，弯曲强度提高。
由样品9～11可以确认，SiO2的含量为50～200重量ppm的情况(样品10、11)与SiO2的含量为40重量ppm的情况(样品9)相比，饱和磁通密度提高，弯曲强度提高。
由样品10～12可以确认，SiO2的含量为50～200重量ppm的情况(样品10、11)与SiO2的含量为220重量ppm的情况(样品12)相比，芯损耗降低，弯曲强度提高。
由样品13～15可以确认，CaCO3的含量为500～2000重量ppm的情况(样品14、15)与CaCO3的含量为400重量ppm的情况(样品13)相比，饱和磁通密度提高且芯损耗降低，弯曲强度提高。
由样品14～16可以确认，CaCO3的含量为500～2000重量ppm的情况(样品14、15)与CaCO3的含量为2080重量ppm的情况(样品16)相比，芯损耗降低，弯曲强度提高。
由样品17～19可以确认，Nb2O5的含量为100～500重量ppm的情况(样品18、19)与Nb2O5的含量为80重量ppm的情况(样品17)相比，饱和磁通密度提高且芯损耗降低，弯曲强度提高。
由样品18～20可以确认，Nb2O5的含量为100～500重量ppm的情况(样品18、19)与Nb2O5的含量为550重量ppm的情况(样品20)相比，芯损耗降低，弯曲强度提高。
由样品21～24可以确认，ZrO2的含量为100～500重量ppm的情况(样品23、24)与ZrO2的含量为50重量ppm的情况(样品21、22)相比，平均结晶粒径减小的同时，结晶粒度分布的标准偏差减小，弯曲强度提高。
由样品23～25可以确认，ZrO2的含量为100～500重量ppm的情况(样品23、24)与ZrO2的含量为550重量ppm的情况(样品25)相比，弯曲强度提高。
由样品21、26、27可以确认，MoO3的含量为100～500重量ppm的情况(样品27)与MoO3的含量为50重量ppm的情况(样品21、26)相比，平均结晶粒径减小的同时，结晶粒度分布的标准偏差减小，弯曲强度提高。
由样品27、28可以确认，MoO3的含量为100～500重量ppm的情况(样品27)与MoO3的含量为550重量ppm的情况(样品28)相比，平均结晶粒径减小的同时，结晶粒度分布的标准偏差减小，弯曲强度提高，进而芯损耗降低。

Claims (2)

1.铁氧体材料，其由烧结体构成，该烧结体具有：包含氧化铁、氧化锌和氧化锰的主成分，和包含氧化硅、氧化钙、氧化铌、氧化锆和氧化钼的副成分，其中，
所述主成分100摩尔％中各氧化物的含量如下：
氧化铁：换算成Fe2O3为63～68摩尔％、
氧化锌：换算成ZnO为12～20摩尔％、
氧化锰：剩余部分；
所述烧结体中各副成分的含量如下：
氧化硅：换算成SiO2为50～200重量ppm、
氧化钙：换算成CaCO3为500～2000重量ppm、
氧化铌：换算成Nb2O5为100～500重量ppm、
氧化锆：换算成ZrO2为100～500重量ppm、
氧化钼：换算成MoO3为100～500重量ppm。
2.权利要求1所述的铁氧体材料，其中，所述烧结体的平均结晶粒径为12～22μm，且所述烧结体的结晶粒度分布的标准偏差为13以下。
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