CN103332928A

CN103332928A - 一种软磁镍铜锌铁氧体材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103332928A
Application number: CN2012104311833A
Authority: CN
Inventors: 陈新彬
Original assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Current assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-11-02
Also published as: CN103332928B

Abstract

本发明涉及软磁铁氧体材料技术领域，其目的在于提供一种软磁镍铜锌铁氧体材料及其制备方法。本发明由主成分和副成分组成，所述主成分由以下摩尔百分比的原料组成：Fe₂O₃：47.0-49.0mol%，NiO：17.5-18.5mol%，ZnO：26.0-29mol%，CuO：6.0-7.0mol%；所述副成分以其标准物计占主成分总重量的百分比是：MnO 0.1-0.40%、Bi₂O₃ 0.1-0.5%和Co₂O₃ 0.3-0.5%。本发明在高频（13.56MHz）下具有较高的磁导率（μ′≈130，）、低复数磁导率μ″即损耗低、高电阻率、高居里温度、高饱和磁感应强度Bs等特性。

Description

一种软磁镍铜锌铁氧体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及软磁铁氧体材料技术领域，特别涉及一种软磁镍铜锌铁氧体材料及其制备方法。

背景技术

软磁铁氧体是以Fe₂O₃为主成分的亚铁磁性氧化物，采用粉末冶金方法生产。有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等几类，其中Mn-Zn铁氧体的产量和用量最大，Mn-Zn铁氧体的电阻率低，为1～10 欧姆/米，一般在100kHZ以下的频率使用。Cu-Zn、Ni-Zn铁氧体的电阻率为102～104欧姆/米，在100kHz～10 兆赫的无线电频段的损耗小，多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器。

随着智能手机、物联网等行业的迅猛发展，手机无线充电器、电子标签上的吸波材料得到了迅猛发展，高频（f=13.56MHz）、超低损耗镍铜锌软磁铁氧体材料需求量日益增大。

公开号为CN102329129A的发明，公开了一种平板显示用高表面电阻镍铜锌铁氧体材料，由主成分和副成分制成；所述的主成分由下列物质组成:49.00～50.00mol%的Fe₂O₃、27.50～28.10mol%的ZnO、4.85～4.95mol%的CuO和余量的NiO；以所有主成分的质量之和为基准，所述副成分包括0.01～0.03wt%的TiO₂，0.01～0.04wt%的SnO₂，0.01～0.04wt%的V₂O₅，0.1～0.5wt%的ZrO₂。该材料在高频（f=13.56MHz）下的损耗较大，与本发明存在实质性不同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合在高频（f=13.56MHz）下使用的低损耗软磁镍铜锌铁氧体材料，本发明的另一目的在于提供该软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种软磁镍铜锌铁氧体材料，由主成分和副成分组成，所述主成分由以下摩尔百分比的原料组成：Fe₂O₃：47.0-49.0mol%，NiO：17.5-18.5mol%，ZnO：26.0-29mol%，CuO：6.0-7.0mol%；所述副成分包括锰的氧化物、氧化铋和氧化钴，所述副成分以其标准物计占主成分总重量的百分比是：MnO 0.1-0.40%、Bi₂O₃ 0.1-0.5%和Co₂O₃ 0.3-0.5%。

发明人经过大量实验研究发现，通过合理控制铁氧体主成分配比，尤其是控制Fe₂O₃、ZnO 和NiO的含量，并配以适当的副成分，可以获得一种在高频(f=13.56MHz)下具有较高磁导率、低损耗的镍铜锌软磁铁氧体材料。

上述主成分范围中，若Fe₂O₃含量小于47mol%，则得不到所希望的高饱和磁通密度；若Fe₂O₃含量大于49mol%，则材料的电阻率急剧下降、比损耗增大。若ZnO含量小于26mol%，则磁导率有所下降；若ZnO含量大于29mol%，则在f=13.56MHz下的复数磁导率μ″增大，材料的居里温度降低。若NiO含量小于17.5 mol%，则磁导率有所下降；若NiO含量大于18.5mol%，则在f=13.56MHz下的复数磁导率μ′降低。

上述副成分MnO主要是在铁氧体烧结结反应时取代Fe²⁺,减少Fe²⁺←→Fe³⁺间的”蛙跃”现象,从而提高材料的电阻率。当它的含量低于下限值时，Fe²⁺←→Fe³⁺间的电子对无法有效的控制，使得材料的电阻率下降，而当它的含量高于上述上限值时，因MnO在空气中极易氧化，导致材料的性能恶化。

上述副成分Bi₂O₃，则起到降低烧结温度、促进晶粒均匀生长，以降低材料损耗的作用，当它的含量低于下限值时，烧结温度升高，坯件烧结时易变形；而当它的含量高于上述上限值时，则容易引起晶粒异常生长，使材料的性能恶化。

上述副成分Co₂O₃，添加少量的Co₂O₃可降低材料的高频损耗（减少在f=13.56MHz下的复数磁导率μ″），而当它的含量高于上述上限值时，因Co离子具有正的而且较大值的磁晶各向异性常数K1，故其磁导率将显著下降。

作为优选，按占主成分总重量计，所述副成分还包括Mo₂O₃ 0.05-0.2%和SiO₂ 0.1-0.5%。

上述副成分主要是在铁氧体晶界形成高电阻层，细化晶粒，促进晶粒均匀生长，以降低材料损耗。当它们的含量低于下限值时，起不到降低村料损耗的作用；而当它们的含量高于上述上限值时，则容易引起晶粒异常生长，使材料的性能恶化。

一种软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，所述制备方法步骤如下：

（1）将主成分与副成分进行混合、振磨，然后在空气窑中进行预烧，得到预烧粉料；

（2）对预烧粉料进行粗粉碎至颗粒的平均粒径在1-15μm；

（3）采用流延工艺制备铁氧体坯件，铁氧体坯件在空气窑中1050-1100℃烧结，保温120-150分钟，得到产品。

采用流延工艺制备的坯件主要是薄膜类磁心，如长×宽×高为100mm×100mm×0.1mm的磁心。

作为优选，步骤（1）中副成分锰的氧化物以Mn₃O₄的形式加入。

作为优选，步骤（1）中预烧温度为900-950℃，保温时间为90-120分钟。

本发明通过限制材料主成分、副成分组成及含量，优化添加氧化物及控制预烧工艺和烧结工艺，实现了所提供的软磁镍铜锌铁氧体材料在高频下(特别是在13.56MHz的频率时）具有极低的复数磁导率μ″，材料特性如下：

磁导率μ′：130 (f=13.56MHz）；

复数磁导率μ″：≤4 (f=13.56MHz）；

饱和磁感应强度Bs（mT）：480 mT（H=4000A/m）；

居里温度Tc（℃）：≥250；

电阻R(Ω)：≥10⁹。

本发明的有益效果是：

1、本发明的材料在高频（13.56MHz）下具有较高的磁导率（μ′≈130，）、低复数磁导率μ″即损耗低、高电阻率、高居里温度、高饱和磁感应强度Bs等特性。

2、本发明主、副原材料选取合理，均采用常规的原材料进行制作。

3、本发明制备工艺简单，采用通用的软磁铁氧体材料生产工艺设备。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

以表1所示的主成分含量称取Fe₂O₃、NiO、ZnO和CuO原材料，相对于所述的主成分总重量，副成分以各自标准物计的重量百分比含量是：MnO： 0.30%、Bi₂O₃：0.3%、Co₂O₃：0.5 %、Mo₂O₃：0.1%、SiO₂：0.2%，副成分锰的氧化物MnO以Mn₃O₄的形式加入，将主成分原料及各副成分原料混合、振磨，然后在950℃的空气窑中预烧120分钟，得到经过初步反应的预烧粉料。对预烧粉料进行粗粉碎至颗粒的平均粒径在1-15μm，然后采用流延工艺制备铁氧体坯件（薄膜类磁心，长×宽×高为100mm×100mm×0.1mm的磁心），将坯件放在1050℃的空气窑中烧结，保温时间为120分钟，得到所述的软磁镍铜锌铁氧体材料。通过X荧光分析仪，检测铁氧体磁粉的最终组成与设计组成一致。

采用HP4291B仪表在U=0.5V，N=20T_S，T=25℃，f=13.56MHz下检测磁粉的磁导率μ′、复数磁导率μ″、居里温度Tc；采用SY8258仪在H=4000A/m，T=25℃下测试饱和磁感应强度Bs；采用MS 8220仪在U=500V，T=25℃下测试表面电阻R。结果见表1。

表1

从表1看出，主成分含量在本发明范围内，磁心的饱和磁通密度高，复数磁导率μ″低。25℃下的饱和磁通密度Bs在480mT以上；13.56MHz下的磁导率μ′=130±25%，μ″≤4，表面电阻R>10⁹Ω，居里温度Tc >250℃。当主配方偏离本发明，则存在磁导率μ′、复数磁导率μ″、饱和磁通密度Bs、表面电阻R、居里温度Tc中的某一项或几项性能指标变差。

实施例2

磁心的制备工艺、测试仪表及测试条件与实施例1相同。只是主成分配方中Fe₂O₃、NiO、ZnO、CuO的含量固定为48.0mol％的Fe₂O₃、17.5mol％的NiO、28.5mol％的ZnO和6mol%的CuO。副成分的含量如表2所示。测试结果见表3。

表2

表3

注:209(比较例)中 μ′的测试值“/”表示其值已无限趋向于1，故μ″的测试值已无实际意义。

从表2和表3可以看出，当副成分的含量在本发明范围内，复数磁导率μ″低。25℃下的饱和磁通密度Bs在480mT以上；13.56MHz下的磁导率μ′=130±25%，μ″≤4，表面电阻R>10⁹Ω，居里温度Tc >250℃。当副成分的含量偏离本发明范围时，则存在磁导率μ′、复数磁导率μ″、饱和磁通密度Bs、表面电阻R、居里温度Tc中的某一项或几项性能指标变差。

实施例3

磁心的组成与试验编号102＃相同，制备工艺、测试仪表及测试条件与实施例1相同。只是烧结温度如表4所示。

表4

从表4可以看出，当烧结温度在1050-1100℃时，磁心的各性能指标较好，在980℃烧结时其温度就偏低了，从而导致磁导率μ′、复数磁导率μ″、饱和磁通密度Bs、表面电阻R、居里温度Tc中的某一项或几项性能指标变差。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1. 一种软磁镍铜锌铁氧体材料，其特征在于：由主成分和副成分组成，所述主成分由以下摩尔百分比的原料组成：Fe₂O₃：47.0-49.0mol%，NiO：17.5-18.5mol%，ZnO：26.0-29mol%，CuO：6.0-7.0mol%；所述副成分包括锰的氧化物、氧化铋和氧化钴，所述副成分以其标准物计占主成分总重量的百分比是：MnO 0.1-0.40%、Bi₂O₃ 0.1-0.5%和Co₂O₃ 0.3-0.5%。

2.根据权利要求1所述的一种软磁镍铜锌铁氧体材料，其特征在于：按占主成分总重量计，所述副成分还包括Mo₂O₃ 0.05-0.2%和SiO₂ 0.1-0.5%。

3.一种如权利要求1或2所述的软磁镍铜锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法步骤如下：

（2）对预烧粉料进行粗粉碎至颗粒的平均粒径在1-15μm；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中副成分锰的氧化物以Mn₃O₄的形式加入。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中预烧温度为900-950℃，保温时间为90-120分钟。