CN103664159A - 一种镍锌铁氧体软磁材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种镍锌铁氧体软磁材料及其制备方法，所述镍锌铁氧体软磁材料中含有主相和辅相；以所述镍锌铁氧体软磁材料的总摩尔量为基准，所述主相中含有以下组分：Fe₂O₃50~55mol%、NiO15~25mol%、ZnO15~25mol%、CuO5~15mol%和MnCO₃3~10mol%；以所述镍锌铁氧体软磁材料的总质量为基准，所述辅相中含有以下组分：0.01~0.1wt%的A、0.001~0.01wt%的B和0.001~0.01wt%的C；其中A为Co₂O₃、B₂O₃、V₂O₅中的一种或多种；B为La₂O₃、Gd₂O₃中的一种或两种；C为Cr₂O₃、Sc₂O₃中的一种或两种。本发明提供的镍锌铁氧体软磁材料，在10~100MHZ频率区间内具有同时获得较高的磁导率、品质因数及μ'×Q值，满足NFC及FRID的应用要求。

Description

一种镍锌铁氧体软磁材料及其制备方法

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域，尤其涉及一种镍锌铁氧体软磁材料及其制备方法。 

背景技术

随着电子通讯行业的发展，某些电子产品如手机由于其功能（如手机支付近场通讯，简称NFC）的不断强大和完善，特别是国外一些发达国家，NFC模块已成为手机的出厂标配。为了满足人们日益增长的对更方便、更快捷的消费需求，用于NFC的磁片的研究逐渐被人们关注并重视。由于现代电子产品向着小、薄、轻的方向发展，需要抗电磁干扰磁片在10~100MHZ频率区间内具有同时获得较高的磁导率、品质因数及μ'×Q值，以满足NFC及FRID的需要。 

目前，现有技术中，镍锌铁氧体软磁材料配方中的主成分多采用Fe₂O₃、NiO和ZnO，辅助成分多采用Bi₂O₃、Nb₂O₅、Co₂O₃等，此配方的铁氧体材料很难在10~100MHZ频率区间内具有同时获得较高的磁导率、品质因数及μ'×Q值，不能满足NFC及FRID的需要。 

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的各种配方的镍锌铁氧体软磁材料难以在10~100MHZ频率区间内具有同时获得较高的磁导率、品质因数及μ'×Q值，导致其不能满足NFC及FRID的需要的技术问题。 

本发明提供了一种镍锌铁氧体软磁材料，所述镍锌铁氧体软磁材料中含有主相和辅相；以所述镍锌铁氧体软磁材料的总摩尔量为基准，所述主相中含有以下组分： Fe₂O₃ 50~55mol%、NiO 15~25 mol%、ZnO 15~25 mol%、CuO 5~15 mol%和MnCO₃ 3~10 mol%； 

以所述镍锌铁氧体软磁材料的总质量为基准，所述辅相中含有以下组分：0.01~0.1wt%的A、0.001~0.01wt%的B和0.001~0.01wt%的C；其中A为Co₂O₃、B₂O₃、V₂O₅中的一种或多种；B为La₂O₃、Gd₂O₃中的一种或两种；C为Cr₂O₃、Sc₂O₃中的一种或两种。

本发明还提供了所述镍锌铁氧体软磁材料的制备方法，包括以下步骤： 

S1、按比例称取主相对应的各原材料并混合，球磨干燥后过筛，预烧后得到主相预烧料；

S2、往S1得到的主相预烧料中按比例按加入辅相对应的各原材料，球磨干燥后过筛；

S3、将S2得到的混合体系成型，并转入炉内烧结，得到所述镍锌铁氧体软磁材料。

本发明提供的镍锌铁氧体软磁材料，通过在现有技术常见主相配方中添加其它元素作掺杂，在后续烧结过程中参与化学反应并改善物理性能，从而起到提高和改善磁性能的作用，使得本发明提供的镍锌铁氧体软磁材料在10~100MHZ频率区间内具有同时获得较高的磁导率、品质因数及μ'×Q值，满足NFC及FRID的应用要求。    

具体实施方式

本发明提供了一种镍锌铁氧体软磁材料，所述镍锌铁氧体软磁材料中含有主相和辅相；以所述镍锌铁氧体软磁材料的总摩尔量为基准，所述主相中含有以下组分： Fe₂O₃ 50~55mol%、NiO 15~25 mol%、ZnO 15~25 mol%、CuO 5~15 mol%和MnCO₃ 3~10 mol%； 

以所述镍锌铁氧体软磁材料的总质量为基准，所述辅相中含有以下组分：0.01~0.1wt%的A、0.001~0.01wt%的B和0.001~0.01wt%的C；其中A为Co₂O₃、B₂O₃、V₂O₅中的一种或多种；B为La₂O₃、Gd₂O₃中的一种或两种；C为Cr₂O₃、Sc₂O₃中的一种或两种。

本发明提供的镍锌铁氧体软磁材料，通过在现有技术常见主相配方中添加其它元素作掺杂，在后续烧结过程中参与化学反应并改善物理性能，从而起到提高和改善磁性能的作用，使得本发明提供的镍锌铁氧体软磁材料在10~100MHZ频率区间内具有同时获得较高的磁导率、品质因数及μ'×Q值，满足NFC及FRID的应用要求，也满足现代电子产品向着小、薄、轻的方向发展趋势的需要。 

具体地，本发明中，所述镍锌铁氧体软磁材料的主相的配方为：Fe₂O₃ 50~55mol%、NiO 15~25 mol%、ZnO 15~25 mol%、CuO 5~15 mol%和MnCO₃ 3~10 mol%。该主相配方为现有技术中常用的配方；本发明中，在该主相配方中加入微量辅相组分，在不影响各组分含量范围大波动的前提下，使得到的镍锌铁氧体软磁材料的磁性能得到明显改善。 

虽然本发明采用的主相配方为现有技术中的常用主相配方，但是由于各软磁材料所采用的辅相组成不同，因此达到最佳磁性能所对应的最佳主相配方亦会发生变动。本发明的发明人正是通过大量实验发现，本发明中获得最佳磁性能和稳定性时，其对应的最佳主相配方为：Fe₂O₃ 54.3mol%、NiO 16.7 mol%、ZnO 17.7 mol%、CuO 7.4 mol%和MnCO₃ 3.8 mol%。 

如前所述，所述辅相中，A为Co₂O₃、B₂O₃、V₂O₅中的一种或多种；B为La₂O₃、Gd₂O₃中的一种或两种；C为Cr₂O₃、Sc₂O₃中的一种或两种。本发明中，正是通过在常用主相配方中采用该辅相，能有效增加晶格常数，阻碍畴壁移动或促进晶粒长大，降低晶粒内外气孔率，从而能改善材料的磁性能。作为本发明的一种优选实施方式，A为B₂O₃，B为La₂O₃，C为Sc₂O₃，但不局限于此。 

本发明还提供了所述镍锌铁氧体软磁材料的制备方法，包括以下步骤： 

S1、按比例称取主相对应的各原材料并混合，球磨干燥后过筛，预烧后得到主相预烧料；

S2、往S1得到的主相预烧料中按比例按加入辅相对应的各原材料，球磨干燥后过筛；

S3、将S2得到的混合体系成型，并转入炉内烧结，得到所述镍锌铁氧体软磁材料。

本发明中，在配制主相时，先将主相对应的各原材料混合，然后球磨。所述球磨的步骤和技术参数均为本领域技术人员所公知，本发明没有特殊要求。具体地，步骤S1中，球磨至体系平均粒径为160μm左右，例如为160±20μm。 

球磨至所需粒径后即可干燥并过筛，此时即可对体系进行预烧处理。预烧温度为850±10℃，预烧时间为1~4h，预烧气氛为空气。预烧完成后即得到主相预烧料。 

根据本发明的方法，然后往主相预烧料中加入辅相对应的各原材料，并进行球磨。优选情况下，步骤S2中，球磨至体系平均粒径为160μm左右，例如为160±20μm。通过此次球磨，能大大提高粉料反应活性，从而降低后续烧结温度。 

二次球磨后干燥并过筛，得到的混合体系先进行成型。所述成型的步骤本领域技术人员所公知，本发明没有特殊限定，例如可采用压制成型或刮刀成型。例如，所述压制成型可采用PVA（聚乙烯醇）作为粘结剂，刮刀成型可采用 PVB（聚乙烯醇缩丁醛）作为粘结剂。通过刮刀成型用于制备薄片状软磁材料，例如用于NFC的磁片即可通过刮刀成型制得。成型得到生坯后，即可将该生坯转入烧结炉中进行烧结处理。优选情况下，步骤S3中，烧结温度为950±10℃，烧结时间为2~4h，烧结气氛为空气。 

烧结完成后，即得到本发明提供的镍锌铁氧体软磁材料。 

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

实施例1-10 

（1）按照表1中所示的主相配方称取主相原材料，并将其混合，然后进行球磨至体系平均粒径为160μm，干燥后过筛，转入空气炉内850±10℃下预烧2h，得到主相预烧料。

（2）往主相预烧料中按表1所示辅相配方加入辅相原材料，混合均匀后进行球磨，至体系平均粒径为160μm，干燥后过筛，然后加入粘结剂PVA压制成型得到生坯；将生坯转入空气炉内，950±10℃下烧结2h，冷却后得到镍锌铁氧体软磁材料，分别记为S1-S10。     

表1

注：表1中主相配方中各组分含量(mol%)均以镍锌铁氧体软磁材料总摩尔含量为计算基础，辅相配方中各组分含量(wt%)均以镍锌铁氧体软磁材料总质量含量为计算基础。

实施例11-15 

采用与实施例1相同的步骤制备主相预烧料，然后分别按照表2所示的辅相配方加入辅相原材料，混合均匀后进行球磨，至体系平均粒径为160μm，干燥后过筛，然后加入粘结剂PVA压制成型得到生坯；将生坯转入空气炉内，950±10℃下烧结2h，冷却后得到镍锌铁氧体软磁材料，分别记为S11-S15。    

表2

注：表2中辅相配方中各组分含量(wt%)均以镍锌铁氧体软磁材料总质量含量为计算基础；表2中主相组成均为：Fe₂O₃ 54.3mol%、NiO 16.7 mol%、ZnO 17.7 mol%、CuO 7.4 mol%和MnCO₃ 3.8 mol%。

对比例1 

采用与实施例1相同的步骤制备主相预烧料，然后加入辅相原材料0.5wt%Bi₂O₃、0.5wt%Nb₂O₅、0.5wt%Co₂O₃，混合均匀后进行球磨，至体系平均粒径为160μm，干燥后过筛，然后加入粘结剂PVA压制成型得到生坯；将生坯转入空气炉内，950±10℃下烧结2h，冷却后得到镍锌铁氧体软磁材料，记为DS1。

性能测试 

用网络分析仪（Agilent E5701c，9k-4.5G）连接电脑和测试夹具，将S1-S15和DS1分别放入夹具中，在13.56MHZ频率下进行复数磁导率u测试；u=u’+iu’’，其中u’为复数磁导率的实部，u’’为复数磁导率的虚部，品质因数Q=u’/u’’，测试结果如表3所示。    

表3

。

从上表3的测试结果可以看出，采用本发明提供配方的镍锌铁氧体软磁材料S1-S15的磁导率、品质因数和u'×Q值均较高，综合磁性能好，明显优于对比例DS1。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (8)

1. 一种镍锌铁氧体软磁材料，其特征在于，所述镍锌铁氧体软磁材料中含有主相和辅相；以所述镍锌铁氧体软磁材料的总摩尔量为基准，所述主相中含有以下组分： Fe₂O₃ 50~55mol%、NiO 15~25 mol%、ZnO 15~25 mol%、CuO 5~15 mol%和MnCO₃ 3~10 mol%；

以所述镍锌铁氧体软磁材料的总质量为基准，所述辅相中含有以下组分：0.01~0.1wt%的A、0.001~0.01wt%的B和0.001~0.01wt%的C；其中A为Co₂O₃、B₂O₃、V₂O₅中的一种或多种；B为La₂O₃、Gd₂O₃中的一种或两种；C为Cr₂O₃、Sc₂O₃中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的镍锌铁氧体软磁材料，其特征在于，以所述镍锌铁氧体软磁材料的总摩尔量为基准，所述主相的组成为： Fe₂O₃ 54.3mol%、NiO 16.7 mol%、ZnO 17.7 mol%、CuO 7.4 mol%和MnCO₃ 3.8 mol%。

3.根据权利要求1所述的镍锌铁氧体软磁材料，其特征在于，A为B₂O₃，B为La₂O₃，C为Sc₂O₃。

4.权利要求1所述的镍锌铁氧体软磁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按比例称取主相对应的各原材料并混合，球磨干燥后过筛，预烧后得到主相预烧料；

S2、往S1得到的主相预烧料中按比例按加入辅相对应的各原材料，球磨干燥后过筛；

S3、将S2得到的混合体系成型，并转入炉内烧结，得到所述镍锌铁氧体软磁材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，球磨至体系平均粒径为160±20μm；步骤S2中，球磨至体系平均粒径为160±20μm。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，预烧温度为850±10℃，预烧时间为1~4h，预烧气氛为空气。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，成型时采用的粘接剂为PVA或 PVB。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，烧结温度为950±10℃，烧结时间为2~4h，烧结气氛为空气。