CN103253931A

CN103253931A - 一种用于电波暗室的铁氧体及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN103253931A
Application number: CN 201310178300
Authority: CN
Inventors: 郑正吉; 游建章; 方瑜渊
Original assignee: JIANGSU YUANJING ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU YUANJING ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: CN103253931B

Abstract

本发明公开一种用于电波暗室的铁氧体及其制备方法和用途，属于铁氧体领域，由以下各质量百分比的组分组成：Fe₂O₃:64.6%、MnO:19.6%、ZnO:13.6%、CuO：1.5%、CoO:0.6%、SiO₂:0.06%、CaO:0.02%、Cr₂O₃:0.01%、Cl:0.01%；所述铁氧体的平均晶粒直径为13～22.3um。本发明在满足电波暗室对铁氧体测试要求的前提条件下，比国内市场上普遍所使用的电波暗室铁氧体吸波材料生产成本上降低7%-10%，重量更轻，厚度更薄，同时铁氧体施装更加方便。

Description

一种用于电波暗室的铁氧体及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种锰锌系铁氧体软磁及制造方法，具体涉及一种用于电波暗室的铁氧体及其制备方法和用途。

背景技术

随着中国成为电子制造大国，中国市场对电磁兼容暗室的需求也日益看涨。中国对电磁兼容暗室需求量与10年前相比已增长5倍，电磁兼容暗室也称半电波暗室，简称EMC暗室，是在电磁屏蔽室的基础上，在内墙四壁及天花板上贴装电磁波吸收材料，地面为理想的反射面。从而模拟开阔场地的测试条件。

电磁兼容的各个测试项目都要求有特定的测试场地，其中以辐射发射和辐射抗扰度测试对场地的要求最为严格。由于80～1000MHz高频电磁场的发射与接受完全是以空间直射波与地面反射波在接收点相互迭加的理论为基础的。室外场地易受周围环境电磁噪声的干扰和气候条件的影响，所以常用室内屏蔽室来替代。但是屏蔽室是一个金属封闭体，存在大量的谐振频率，一旦被测设备的辐射频率和激励方式促使屏蔽室产生谐振时，测量误差可达20～30dB，场地不理想，必然带来较大的测试误差。

由于开阔试验场造价较高并远离市区，使用不便；或者建在市区，背景噪声电平大而影响EMC测试，于是模拟开阔试验场的电磁屏蔽半电波暗室成了应用较普遍的EMC测试场地。美国FCC、ANCI C63.6—1992、IEC、CISPR及GJB152A-97、GJB2926-97《电磁兼容性测试实验室认可要求》等标准容许用电磁屏蔽半电波暗室(又简称为EMC暗室)替代开阔试验场进行EMC测试。一般电波暗室要求归一化场地衰减数值与理想开阔场理想值的差值小于4dB。国内市场普遍所使用的电波暗室铁氧体吸波材料一般皆采用韩国:SAMWHA CAPACITOR GROUP公司与日本：TDKCorporation所生产，但SAMWHA、TDK造价高昂。同时SAMWHA的铁氧体吸波材料厚度6.7mm、TDK铁氧体吸波材料厚度5.5～6.0mm，质量较大，对于电波暗室的操作而言，铁氧体吸波材料皆以螺丝或胶材贴附于金属屏蔽室中，选择重量较轻的铁氧体吸波材料除增加施作容易性，且建制后长时间使用下，不易因温差、潮湿等环境变数造成脱落，进而增加使用信赖性。

发明内容：

1.发明要解决的技术问题

针对背景技术中指出的不足，本发明提供一种用于电波暗室的铁氧体及其制备方法和用途，研发铁氧体的归一化场地衰减于水平、垂直方向测试数值皆可达到±3.0dB以内。同时在满足电波暗室对铁氧体测试要求的前提条件下，比国内市场上普遍所使用的电波暗室铁氧体吸波材料生产成本上降低7%-10%，重量更轻厚度更薄，电波暗室对铁氧体施装更加方便。

2.技术方案

一种用于电波暗室的铁氧体，由以下各质量百分比的组分组成：Fe₂O₃:64.6%、MnO:19.6%、ZnO:13.6%、CuO：1.5%为主要成份，辅以CoO:0.6%、SiO₂:0.06%、CaO:0.02%、Cr₂O₃:0.01%、Cl:0.01%；所述铁氧体的平均晶粒直径为13～22.3um。

一种用于电波暗室的铁氧体的制备方法，其步骤为：

（1）配方：配制以下各质量百分比的组分：Fe₂O₃:64.6%、MnO:19.6%、ZnO:13.6%、CuO：1.5%为主要成份。辅以CoO:0.6%、SiO₂:0.06%、CaO:0.02%、Cr₂O₃:0.01%、Cl:0.01%；

（2）混合，将上述材料混合进行制粉，所述制粉采用湿法砂磨工艺，使原材料更均匀混合后进行预烧；

（3）预烧：预烧温度严格控制于750～950℃，气氛为大气，预烧保持时间4～5小时；

（4）研磨：采用二次球磨循环砂磨制成细粉，粒度1～3um；

（5）造粒：为了平稳地进行后续的成形工序，将由主要成份与辅助成份组成的细粉再造粒工序中制造程颗粒，采用喷雾造粒，颗粒范围20目/cm～65目/cm，松装密度为1.2g/cm³～1.25g/cm³，滑动角为35°，进而提高产品的性能；

（6）成型：所得颗粒通过模具制作成宽100mm、长100mm和厚5.2mm的毛坯；

（7）烧结

（7a）以每小时150～250℃温度上升至1050℃；

（7b）以每小时20～50℃温度上升至1150℃。恒温1小时；

（7c）以每小时200℃温度上升至1300-1350℃，恒温3小时，负压0.05～0.1MPa，该阶段为材料致密化阶段，高温利于材料晶粒生长，负压利于毛坯内部气孔的排除及消除材料内应力，以提高材料吸波性能；

（7d）1300～1350℃恒温3小时，负压0.01～0.5MPa，该阶段利于内部参杂

离子向晶界扩散和晶粒均匀生长并生成MnZn体氧体相；

（7e）以每小时200℃冷却速率冷却到1000℃，负压0.01～0.5MPa，有利晶

界形成高电阻CaSiO₃相；

（7f）以每小时125℃冷却速率冷却到650℃；

（7g）以每小时50℃冷却速率冷却到150℃；

（8）研磨加工；

（9）检验、入库。

3.有益效果

由于铁氧体主要生产厂家因规模大，多采用连续大批量烧结设备-氮气保护窑，其工艺曲线较难调整，产品耗损缺陷较多，难以满足高端用户要求。本发明采用陶瓷工艺，烧结使用钟罩式真空气氛炉，具有多段温度与气氛压力控制、精度高、低能耗等优点，生产出低缺陷高品质的高磁导铁氧体材料。

制粉采用湿法砂磨工艺，使材料混合更均匀。预烧采用推板窑，严格控制温度(750～950℃)和气氛，从而使预烧料均匀一致，性能达到最优；二次球磨采用循环砂磨，粒度(1～3um)分布可更集中，有利于产品的性能和一致性；采用喷雾造粒，颗粒范围20目/cm～65目/cm，松装密度为1.2g/cm³～1.25g/cm³，滑动角为35°，进而提高产品的性能。

烧结为铁氧体生产过程中最重要的工艺流程，不同的烧结参数对铁氧体性能有很大的影响：烧结温度、烧结气氛和冷却方式，为主要的参数。本发明在实施例设定烧结参数在不同组成、配方下经不同的砂磨工艺、预烧温度、烧结成品条件的验证，找出最佳组合。使成品具有在不同频率测试下有最低反射率值，进而符合且低于业界归一化场地衰减验证标准值。

提高烧结质量可提高产品导磁率与品质，本研发采用钟罩式真空气氛炉。可满足生产过程对温度曲线与精准度的要求,并能满足锰锌铁氧体烧结对平衡气氛压力的要求，达到高效、节能、稳定、可靠的效果，从而保证了产品的高性能、一致性与低成本。

通过电波暗室要求归一化场地衰减测试方法与理想开阔场理想值的差值小于4dB，而本发明研发铁氧体的归一化场地衰减于水平、垂直方向测试数值皆可达到±3.0dB以内。在满足电波暗室对铁氧体测试要求的前提条件下，比国内市场上普遍所使用的电波暗室铁氧体吸波材料生产成本上降低7%-10%，重量更轻厚度更薄，电波暗室对铁氧体施装更加简易方便。

附图说明

图1为一种用于电波暗室的铁氧体的制备方法流程示意图。

图2为TDK、SAMWHA、本发明中制备的铁氧体反射率测试纪录。

图3为南京南大波平电子信息有限公司对本发明中制备的铁氧体测试报告图。

图4为水平方向电磁兼容(EMC)暗室归一化场地衰减(NSA)的测试数据图。

图5为垂直方向电磁兼容(EMC)暗室归一化场地衰减(NSA)的测试数据图。：

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步具体描述。

实施例1

一种用于电波暗室的铁氧体制备方法，其步骤为：

（1）配置各质量百分比的组分Fe₂O₃:64.6%、MnO:19.6%、ZnO:13.6%、CuO：1.5%、CoO:0.6%、SiO₂:0.06%、CaO:0.02%、Cr₂O₃:0.01%、Cl:0.01%；

（2）将上述组分混合进行制粉，所述制粉采用湿法砂磨工艺，使的原材料更均匀混合后进行预烧，（3）进行湿式混合後，并於750℃温度下进行预烧，气氛为大气，预烧保持5小时；（4）预烧后，采用二次球磨循环砂磨制成细粉，粒度1～3um，研磨粉碎时间为4小时；（5）搭配喷雾造粒造粒，颗粒范围20目/cm～65目/cm，松装密度为1.2g/cm³～1.25g/cm³，滑动角为35°；（6）通过模具成型大小为宽100mm、长100mm和厚5.2mm的毛坯；（7）采用钟罩式真空气氛炉，烧结工艺采取如下步骤以完成产品制作：

（a）以每小时150～250℃温度上升至1050℃；

（b）以每小时20～50℃温度上升至1150℃。恒温1小时；

（c）以每小时200℃温度上升至1300℃，恒温3小时，负压0.05～0.1MPa，该阶段为材料致密化阶段，高温利于材料晶粒生长，负压利于毛坯内部气孔的排除及消除材料内应力，以提高材料吸波性能；

（d）1300℃恒温3小时，负压0.01～0.5MPa，该阶段利于内部参杂离子向晶界扩散和晶粒均匀生长并生成MnZn体氧体相；

（e）以每小时200℃冷却速率冷却到1000℃，负压0.01～0.5MPa，有利晶界形成高电阻CaSiO₃相；

（f）以每小时125℃冷却速率冷却到650℃；

（g）以每小时50℃冷却速率冷却到150℃；

以上步骤完成烧结流程，然后磨加工、检验、入库。

实施例1产品经由如下步骤进行分析：

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例1其50%粒度分布为0.976(微米)，90%粒度分布为1.813(微米)，烧成後平均晶粒直径为15.3(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例1产品在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例2

实施例2产品其组份与制作工艺与实施例1相同，不同在于研磨粉碎时间为12小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例2产品其50%粒度分布为0.821(微米)，90%粒度分布为1.226(微米)，烧成後平均晶粒直径为16.1(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例2产品在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例3

实施例3产品其组份与制作工艺与实施例1相同，不同在于预烧温度为850℃、研磨粉碎时间为2小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例3产品其50%粒度分布为1.687(微米)，90%粒度分布为2.984(微米)，烧成後平均晶粒直径为13.9(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例3产品在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例4

实施例4产品其组份与制作工艺与实施例3相同，不同在于研磨粉碎时间为8小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例4产品其50%粒度分布为1.263(微米)，90%粒度分布为2.056(微米)，烧成後平均晶粒直径为15.8(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例4产品在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例5

实施例5其组份与制作工艺与实施例3相同，不同在于研磨粉碎时间为12小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例5铁氧体其50%粒度分布为1.213(微米)，90%粒度分布为1.934(微米)，烧成後平均晶粒直径为16.3(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例5铁氧体在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例6

实施例6铁氧体其组份与制作工艺与实施例3相同，不同在于研磨粉碎时间为32小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例6铁氧体产品其50%粒度分布为0.862(微米)，90%粒度分布为1.216(微米)，烧成後平均晶粒直径为16.8(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例6产品在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例7

实施例7其组份与制作工艺与实施例1相同，不同在于预烧温度为950℃、研磨粉碎时间为2小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例7铁氧体其50%粒度分布为2.439(微米)，90%粒度分布为3.967(微米)，烧成後平均晶粒直径为13.1(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例7铁氧体在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例8

实施例8其组份与制作工艺与实施例7相同，不同在于研磨粉碎时间为8小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例8铁氧体其50%粒度分布为1.442(微米)，90%粒度分布为2.533(微米)，烧成后平均晶粒直径为15.9(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例8铁氧体在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例9

实施例9其组份与制作工艺与实施例7相同，不同在于研磨粉碎时间为16小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例9铁氧体其50%粒度分布为1.188(微米)，90%粒度分布为2.154(微米)，烧成後平均晶粒直径为16.2(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例9铁氧体在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例10

实施例10其组份与工艺与实施例1相同，不同在于烧结工艺参数，采取如下步骤以完成样品制作：

（a）以每小时150～250℃温度上升至1050℃；

（b）以每小时20～50℃温度上升至1150℃。恒温1小时；

（c）以每小时200℃温度上升至1350℃，恒温3小时，负压0.05～0.1MPa，该阶段为材料致密化阶段，高温利于材料晶粒生长，负压利于毛坯内部气孔的排除及消除材料内应力，以提高材料吸波性能；

（d）：1350℃恒温3小时，负压0.01～0.5MPa，该阶段利于内部参杂离子向晶界扩散和晶粒均匀生长并生成MnZn体氧体相；

（e）以每小时200℃冷却速率冷却到1000℃，负压0.01～0.5MPa，有利晶界

形成高电阻CaSiO₃相；

（f）以每小时125℃冷却速率冷却到650℃；

（g）以每小时50℃冷却速率冷却到150℃；然后磨加工、检验、入库，以上

步骤完成烧结流程，然后磨加工、检验、入库。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例10铁氧体其50%粒度分布为0.977(微米)，90%粒度分布为1.811(微米)，烧成後平均晶粒直径为14.9(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例10铁氧体在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例11

实施例11其组份与工艺与实施例10相同，不同在于研磨粉碎时间为8小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例11其50%粒度分布为0.851(微米)，90%粒度分布为1.263(微米)，烧成後平均晶粒直径为15.4(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例11产品在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例12：

实施例12其组份与工艺与实施例10相同，不同在于研磨粉碎时间为32小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例12其50%粒度分布为0.672(微米)，90%粒度分布为0.927(微米)，烧成後平均晶粒直径为20.1(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例12在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

3、如图2所示，实施例12产品（图中简称YK）分别和TDK:TDK-IB-017(图中简称TDK)、和SAMWHA:SAMWHA-SD100*100*6.7-10HU（(图中简称SAMWHA）。三种铁氧体材料於网路分析仪测试，频段为30MHz～1000MHz的反射率能参数比较。各测试频率下，反射率值代表：於固定频率下测试时，反射率数值越低代表该铁氧体材料吸波效果越好。

实施例13：

实施例13其组份与工艺与实施例10相同，不同在于预烧温度为850℃、研磨粉碎时间为2小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例13其50%粒度分布为1.756(微米)，90%粒度分布为3.251(微米)，烧成後平均晶粒直径为18.3(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例13在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例14：

实施例14其组份与工艺与实施例13相同，不同在于研磨粉碎时间为4小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例14其50%粒度分布为1.632(微米)，90%粒度分布为2.638(微米)，烧成後平均晶粒直径为20.6(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例14在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例15：

实施例15其组份与工艺与实施例13相同，不同在于研磨粉碎时间为8小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例15其50%粒度分布为1.248(微米)，90%粒度分布为2.014(微米)，烧成後平均晶粒直径为15.9(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例15在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例16：

实施例16其组份与工艺与实施例13相同，不同在于研磨粉碎时间为32小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例16其50%粒度分布为0.876(微米)，90%粒度分布为1.198(微米)，烧成後平均晶粒直径为22.3(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例16在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例17：

实施例17其组份与工艺与实施例13相同，不同在于预烧温度为950℃、研磨粉碎时间为2小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例17其50%粒度分布为2.496(微米)，90%粒度分布为3.981(微米)，烧成後平均晶粒直径为17.4(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例17在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例18：

实施例18其组份与工艺与实施例17相同，不同在于研磨粉碎时间为4小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例18其50%粒度分布为1.926(微米)，90%粒度分布为3.306(微米)，烧成後平均晶粒直径为16.8(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例18在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

实施例19：

实施例19其组份与工艺与实施例17相同，不同在于研磨粉碎时间为16小时。

1、采以激光粒度分析仪(MS2000)分析粉体粒度大小分布。实施例19其50%粒度分布为1.342(微米)，90%粒度分布为2.131(微米)，烧成後平均晶粒直径为14.4(微米)。

2、采以网络分析仪，分析实施例19在30MHz～1000MHz反射率特征。如下表：

如上得共实施例19项。上述19项实施例分别以：激光粒度分析仪(MS2000)分析、网路分析仪分析各实施例性能，可得实施例12具有最低反射率，效果最佳。其余实施例在不同预烧温度、粉碎时间、烧成条件下所的成品，其具有不同粒径大小与反射率值。但效果皆较实施例12略差。

实施例12产品于南京南大波平电子信息有限公司对本发明中制备的铁氧体采用15m同轴测试塔测试测试报告如图3，在不同频率下(x轴-30MHz～1000MHz)测得实施例12铁氧体反射电波强度值(Y轴-dB)，以得知铁氧体材料吸波性能。在各频率下，反射电波越低，材料吸波效果越好。实施例12产品归一化场地衰减测试，水平、垂直方向电磁兼容(EMC)暗室归一化场地衰减(NSA)的测试数据如图4和5所述，，实施例12铁氧体的归一化场地衰减於水平、垂直皆可达到±3.0dB以内。

Claims

1.一种用于电波暗室的铁氧体，由以下各质量百分比的组分组成：Fe₂O₃:64.6%、MnO:19.6%、ZnO:13.6%、CuO：1.5%、CoO:0.6%、SiO₂:0.06%、CaO:0.02%、Cr₂O₃:0.01%、Cl:0.01%；所述铁氧体的平均晶粒直径为13～22.3um。

2.根据权利要求1中所述的用于电波暗室的铁氧体，其特征在于，所述铁氧体的平均晶粒直径为20.1um。

3.一种用于电波暗室的铁氧体的制备方法，其步骤为：

（1）配方：配制以下各质量百分比的组分：Fe₂O₃:64.6%、MnO:19.6%、ZnO:13.6%、CuO：1.5%为主要成份，辅以CoO:0.6%、SiO₂:0.06%、CaO:0.02%、Cr₂O₃:0.01%、Cl:0.01%；

（2）混合:将上述材料混合进行制粉，所述制粉采用湿法砂磨工艺，使原材料更均匀混合后进行预烧；

（4）研磨：采用二次球磨循环砂磨制成细粉，粒度1～3um；

（5）造粒：采用喷雾造粒，颗粒范围20目/cm～65目/cm，松装密度为1.2g/cm³～1.25g/cm³，滑动角为35°；

（6）成型：所得颗粒以模具制作成宽100mm、长100mm和厚5.2mm的毛坯；

（7）烧结：

（7a）以每小时150～250℃温度上升至1050℃；

（7b）以每小时20～50℃温度上升至1150℃,恒温1小时；

（7c）以每小时200℃温度上升至1300～1350℃，负压0.05～0.1MPa；

（7d）1300～1350℃恒温3小时，负压0.01～0.5MPa；

（7e）以每小时200℃冷却速率冷却到1000℃，负压0.01～0.5MPa；

（7f）以每小时125℃冷却速率冷却到650℃；

（7g）以每小时50℃冷却速率冷却到150℃；

（8）磨加工；

（9）检验、入库。

4.根据权利要求3中所述的用于电波暗室的铁氧体的制备方法，其特征在于，所述步骤7c中以每小时200℃温度上升至1350℃，恒温3小时，负压0.05～0.1MPa，所述步骤7d中1350℃恒温3小时，负压0.01～0.5MPa。

5.根据权利要求4中所述的用于电波暗室的铁氧体的制备方法，其特征在于，所述步骤4研磨中，研磨时间为32小时。

6.根据权利要求1或2中所述的铁氧体，用于电波暗室的测试。