CN103833340B

CN103833340B - 一种nfc磁片用浆料和nfc磁片

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Publication number: CN103833340B
Application number: CN201210489874.9A
Authority: CN
Inventors: 刘梦辉; 王营; 向其军
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: CN103833340A

Abstract

本发明提供了一种NFC磁片用浆料，所述NFC磁片用浆料由铁氧体粉末和有机体系组成，以下步骤制备得到：将分散剂、有机溶剂和铁氧体粉末依次加入球磨罐中，进行一次球磨；然后依次加入增塑剂、粘结剂，进行二次球磨；选择性加入或不加入助剂，真空脱泡，得到所述NFC磁片用浆料。本发明还提供了采用该NFC磁片用浆料流延成型得到的NFC磁片。本发明提供的NFC磁片用浆料，通过优化流延配方中的有机体系中各组分的种类、添加顺序及工艺条件，能有效解决薄型磁片烧结翘曲的问题，大大提升产品良率。

Description

一种NFC磁片用浆料和NFC磁片

技术领域

本发明属于近场通讯（NFC，nearfieldcommunication）领域，具体涉及一种NFC磁片用浆料和NFC磁片。

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NFC（手机支付近场通讯）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，其内部结构设计将会越来越紧凑，这就要求用于其内部的NFC磁片更薄以适应手机内部的复杂结构要求，一种薄且电磁性能优越的NFC磁片也成为市场选择的必然结果。

目前，NFC磁片中一般以镍锌或镍锌铜铁氧体为主体粉末原料，并采用薄膜流延工艺制成。具体地，目前NFC磁片浆料中的主体粉料包括镍锌铁氧体粉末、镍铜锌铁氧体粉末等；辅料包括溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂、消泡剂、流平剂等各种助剂，然后将该浆料采用挤出成型或压制成型的方式制备得到磁片。而采用挤出或压制成型方式所得产品一般厚度较大（0.5mm以上），然后通过后加工方式使产品达到所需厚度，导致工艺流程长、原料利用率低；且由于材料本身脆性高，后加工过程中良率损失较大。而将该浆料直接采用流延成型方式时，由于浆料制备和存储及流延湿膜干燥过程中粉体沉降造成坯片厚度方向上密度不均，易造成较大面积的烧结翘曲，使产品良率低。

发明内容

本发明解决了现有技术中的NFC磁片浆料在成型NFC磁片工艺中存在的难以成型厚度小的产品、且产品良率低的技术问题。

本发明提供了一种NFC磁片用浆料，所述NFC磁片用浆料由铁氧体粉末和有机体系组成，所述有机体系中含有溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂、含或不含助剂；所述NFC磁片用浆料由以下步骤制备得到：

S10、将分散剂、有机溶剂和铁氧体粉末依次加入球磨罐中，进行一次球磨；其中所述分散剂为不饱和脂肪酸分散剂或胺类分散剂；

S20、往步骤S10的体系中依次加入增塑剂、粘结剂，进行二次球磨；所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类和乙二醇类的混合物；

S30、往步骤S20中的体系中选择性加入或不加入助剂，真空脱泡，得到所述NFC磁片用浆料。

本发明还提供了一种NFC磁片，所述NFC磁片由以下方法制备得到：包括将本发明提供的NFC磁片用浆料先流延、湿膜干燥后压制成型、最后烧结，得到所述NFC磁片。

本发明提供的NFC磁片用浆料中，通过优化流延配方中的有机体系中各组分的种类、添加顺序及工艺条件，能制备出厚度小于0.1mm且性能优异的软磁磁芯产品；同时解决了薄型磁片烧结翘曲的问题，大大提升了产品生产良率。

具体实施方式。

本发明的发明人发现，现有技术中的NFC磁片挤出成型工艺，其采用的浆料中一般有机物含量较高，导致成品烧结后密度相对较低，且挤出工艺本身决定了产品厚度一般较大（0.5mm以上）；而NFC磁片压制成型工艺，虽然浆料中有机物含量较少，但同样难以一次成型0.1mm以下的薄片。而现有的NFC磁片浆料在直接进行流延工艺时，虽然能够制备0.1mm以下厚度较小的磁片产品，但由于浆料制备和存储及流延湿膜干燥过程中粉体沉降造成坯片厚度方向上密度不均，导致烧结过程中出现收缩率不一致造成的开裂、翘曲等不良，产品良率较低。

而本发明提供的NFC磁片用浆料中，具有以下优点：（1）通过优化流延配方中的分散剂的种类：具体通过采用不饱和脂肪酸分散剂或胺类分散剂，其能保证铁氧体粉末在浆料体系均匀分散和悬浮，防止浆料和湿膜中的粉末沉降，从而保证生坯密度均匀，防止烧结翘曲；（2）通过优化流延配方中的增塑剂的种类：通过采用邻苯二甲酸酯类和乙二醇类的双组份增塑剂，能同时起到微观和宏观增塑的作用；（3）通过调节有机体系的加料顺序，即分散剂-溶剂-铁氧体粉末-增塑剂-粘结剂的加料顺序，保证铁氧体粉末与分散剂充分结合，而增塑剂与粘结剂能在浆料体系中均匀分散，防止由于有机物分散不均造成的坯片局部密度过大或过小，防止烧结翘曲；（4）通过两次球磨工艺，一方面使无机铁氧体粉末被分散剂充分包覆，后续使粘结剂充分溶解形成有机物大分子网络，保证坯片成型，防止烧结翘曲。因此，采用本发明提供的NFC磁片用浆料可以直接进行流延成型工艺，制备出厚度小于0.1mm且性能优异的软磁磁芯产品；同时解决了薄型磁片烧结翘曲的问题，大大提升了产品生产良率。

具体地，本发明中，如前所述，所述NFC磁片用浆料由铁氧体粉末和有机体系组成。优选情况下，以所述NFC磁片用浆料的总质量为基准，铁氧体粉末的含量为60-75wt%，有机体系的含量为25-40wt%。

根据本发明的方法，先将分散剂、有机溶剂和铁氧体粉末依次加入球磨罐中，进行一次球磨。其中，所述铁氧体粉末可采用现有技术中常用的各种铁氧体粉末，优选情况下，其可采用镍锌铁氧体或镍锌铜铁氧体。所述铁氧体粉末的粉末粒度D₅₀为2μm以下，比表面积在5-50m²/g。较小的颗粒粒度和较大的比表面积能够保证铁氧体粉末颗粒与分散剂充分结合，防止其在浆料中发生沉降，导致浆料密度不均。

如前所述，所述分散剂为不饱和脂肪酸分散剂或胺类分散剂。以100重量份的铁氧体粉末为基准，分散剂的用量为0.3-1重量份。具体地，所述不饱和脂肪酸分散剂选自油酸、亚油酸或柠檬酸，所述胺类分散剂选自二丁基胺或三乙醇胺。由于铁氧体粉末为碱性氧化物，具有较高的等电点，因而在较高的pH值条件下能够更好的分散，而胺类分散剂不仅能够提高溶液pH值，而且其结构同时具有空间分散和电荷分散的作用，因而能够进一步保证铁氧体粉末在浆料中均匀分散和悬浮，防止浆料和湿膜中的粉末沉降，从而保证生坯密度均匀，防止烧结翘曲。因此，本发明中，所述分散剂优选采用胺类分散剂，更优选采用三乙醇胺。

所述有机溶剂为现有的NFC磁片浆料中常见的各种有机溶剂，例如可选自丁酮、无水乙醇、甲苯、二甲苯、丙酮、三氯乙烷中的一种或多种。优选情况下，本发明中，所述有机溶剂为无水乙醇与二甲苯的混合物。更优选情况下，该混合体系有机溶剂中，无水乙醇占有机溶剂总质量的30-45wt%。

根据本发明的方法，然后将往一次球磨的产物体系中依次加入增塑剂、粘结剂，进行二次球磨。二次球磨过程中，先加入增塑剂，其在一次球磨混合物表面形成液层，然后加入粘结剂，边加边搅拌，粘结剂在增塑剂中的溶解性强于在溶剂中，因此本发明中通过控制加料顺利有利于粘结剂的充分溶解，不至产生粘结剂絮团导致的坯片局部密度偏小，进而造成产品烧结翘曲。

同时，粒度较小的无机铁氧体粉末容易由于范德华力和静电作用产生团聚，一次球磨能够有效地使无机铁氧体粉末被分散剂充分包覆，同时团聚体的打开有助于其内部气体排出，避免粘结剂加入后将团聚体连同空气一同包覆，从而防止铁氧体粉末颗粒团聚造成的浆料和生坯局部密度不均；而二次球磨能够使粘结剂充分溶解形成均匀地有机物大分子网络，保证坯片成型，不至使粘结剂溶解不充分造成浆料或生坯局部密度较低，进而造成坯片开裂或烧结翘曲。

一次球磨和二次球磨的球磨转速均可通过本领域技术人员结合球磨罐的具体尺寸进行适当选择。优选情况下，一次球磨、二次球磨的球磨转速Nc=76.6/D^1/2，其中D为球磨罐内腔直径。一次球磨、二次球磨的球磨时间为10-30h，但不局限于此。注：D^1/2指球磨罐内腔直径D的二分之一次方。

球磨后通过真空脱泡，即可得到所述NFC磁片用浆料。所述真空脱泡通过真空搅拌进行，具体地，真空脱泡的条件包括：搅拌速度为10rpm以下，真空度为-0.1MPa～-0.5MPa，脱泡时间为2h/L。

具体地，所述粘结剂优选采用聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）或聚氯乙烯（PVC）等聚乙烯类粘结剂，更优选采用PVB，但不局限于此。所述粘结剂的摩尔质量在30000-130000g/mol，优选为100000-130000g/mol。以100重量份的铁氧体粉末为基准，粘结剂的用量为3-5重量份。

本发明中，所述增塑剂为双组份体系，具体包括邻苯二甲酸酯类和乙二醇类。其中邻苯二甲酸类增塑剂使链更容易伸长，起到Tg修正、微观增塑的作用；乙二醇类增塑剂起到减少粘结剂的链间、链与粉末颗粒间、粉末颗粒之间的摩擦润滑作用，从而起到宏观增塑的目的。优选情况下，所述增塑剂中邻苯二甲酸酯类与乙二醇类的质量比为1:1。其中，所述邻苯二甲酸酯类增塑剂可选自邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯。所述乙二醇类增塑剂可选自聚乙二醇、聚乙烯基乙二醇。以100重量份的铁氧体粉末为基准，增塑剂的用量为1-3重量份。

本发明提供的NFC磁片用浆料中，还可根据需要选择性加入各种助剂。所述助剂含有消泡剂、流平剂、增稠剂中的至少一种，其中消泡剂、流平剂、增稠剂的作用和种类为本领域技术人员所公知，此处不再赘述。优选情况下，以100重量份的铁氧体粉末为基准，助剂的用量0.1-1重量份。

所述流延工艺为本领域技术人员所公知，例如，流延的条件包括：刮刀高度为80-200μm，刮刀移动速度为0.5-5m/min。湿膜干燥的条件包括：干燥温度为50-70℃，干燥时间为0.5-1h。压制成型的方法可采用叠压或等静压，压力为50-100kg/cm²，时间30-120S。烧结时，烧结温度为900-1200℃，烧结时间为1-3h。

作为本发明的一种优选实施方式，在湿膜干燥之后、压制成型之前还包括持续干燥的步骤。持续干燥的条件包括：干燥温度为40-50℃，干燥时间为12-24h。通过低温持续干燥，能充分挥发溶剂能够有效延长生坯使用寿命，减缓由于内部化学作用产生的生坯老化。

本发明提供的NFC磁片，若为厚度较小的磁片，其可通过一次流延、压制成型并烧结而成；若为厚度较大的磁片，其可在流延时形成厚度减半的两片生坯，然后压制时将该两个生坯叠合处理，且保证两坯片上表面或下表面相对，然后进行后续工艺，从而更有效地增加产品密度均匀性，防止烧结翘曲。

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

（1）称取原料：镍锌铁氧体粉末（粉末粒度D₅₀=1.2μm，比表面积为10m²/g），200g；分散剂：三乙醇胺，1.2g；粘结剂：摩尔质量100000g/mol的PVB，含8g；增塑剂：邻苯二甲酸二丁酯和摩尔质量600g/mol的聚乙烯醇（质量比为1:1，）3g；有机溶剂：无水乙醇和二甲苯混合溶剂（质量比为1:2），90.8g。

（2）将分散剂、有机溶剂、铁氧体粉末依次加入球磨罐中，加入研磨球后进行一次球磨，球磨转速200rpm，球磨时间24h。

（3）依次加入增塑剂、粘结剂，进行二次球磨，球磨转速200rpm，球磨时间24h。

（4）将球磨罐中的混合体系取出，过滤掉研磨球，进行真空搅拌脱泡；搅拌速度为8rpm，真空度-0.1MPa，脱泡时间0.5h/L，得到本实施例的NFC磁片用浆料S1，其固含量为66wt%。

（5）将步骤（4）得到的NFC磁片用浆料S1流延，刮刀高度为160μm，刮刀移动速度为1m/min，然后在60℃下将湿膜干燥1h，然后在70kg/cm²的压力下等静压60s，最后在1050℃下烧结2h，得到本实施例的NFC磁片，其厚度为0.09mm，记为S10。

实施例2

采用与实施例1相同的步骤制备本实施例的NFC磁片用浆料S2（固含量为60wt%）和NFC磁片S20（厚度为0.08mm），不同之处在于：

步骤（1）中，称取原料：镍锌铜铁氧体粉末（粉末粒度D₅₀=1.2μm，比表面积为10m²/g），200g；分散剂：三乙醇胺，2g；粘结剂：摩尔质量100000g/mol的PVB，含10g；增塑剂：邻苯二甲酸二丁酯和摩尔质量600g/mol的聚乙烯醇（质量比为1:1，）6g；有机溶剂：无水乙醇和二甲苯混合溶剂（质量比为1:2），115.3g。

实施例3

采用与实施例1相同的步骤制备本实施例的NFC磁片用浆料S3（固含量为75wt%）和NFC磁片S30（厚度为0.1mm），不同之处在于：

步骤（1）中，称取原料：镍锌铜铁氧体粉末（粉末粒度D₅₀=1.2μm，比表面积为10m²/g），200g；分散剂：柠檬酸，0.6g；粘结剂：摩尔质量100000g/mol的PVB，含6g；增塑剂：邻苯二甲酸二丁酯和摩尔质量600g/mol的聚乙烯醇（质量比为1:1，）2g；有机溶剂：丁酮和三氯乙烷混合溶剂（质量比为2:1），58g。

实施例4

采用与实施例1相同的步骤制备本实施例的NFC磁片用浆料S4（固含量为66wt%）和NFC磁片S40（厚度为0.1mm），不同之处在于：

步骤（1）中，称取原料：镍锌铁氧体粉末（粉末粒度D₅₀=1.2μm，比表面积为10m²/g），200g；分散剂：三乙醇胺，1.6g；粘结剂：摩尔质量100000g/mol的PVB，含8g；增塑剂：邻苯二甲酸二丁酯和摩尔质量600g/mol的聚乙烯醇（质量比为1:1，）4g；助剂：消泡剂0.4g+流平剂0.4g；有机溶剂：无水乙醇和二甲苯混合溶剂（质量比为1：2），88.6g；

步骤（4）中，将球磨罐中的混合体系取出，过滤掉研磨球，然后加入消泡剂和流平剂，再进行真空搅拌脱泡；搅拌速度为8rpm，真空度-0.1MPa，脱泡时间0.5h/L，得到本实施例的NFC磁片用浆料S4，其固含量为66wt%。

实施例5

采用与实施例1相同的步骤制备本实施例的NFC磁片S50，不同之处在于：

步骤（5）中，将NFC磁片用浆料S1流延，刮刀高度为120μm，刮刀移动速度为0.8m/min，然后在70℃下将湿膜干燥1h，然后在45℃下持续干燥20h，然后在60kg/cm²的压力下等静压80s，最后在1150℃下烧结2h，得到本实施例的NFC磁片，其厚度为0.07mm，记为S50。

对比例1

（2）将步骤（1）的各组分均加入球磨罐中，加入研磨球后进行球磨，球磨转速200rpm，球磨时间24h；取出后过滤掉研磨球，进行真空搅拌脱泡；搅拌速度为8rpm，真空度-0.1MPa，脱泡时间0.5h/L，得到本对比例的NFC磁片用浆料DS1，其固含量为66wt%。

（3）将步骤（2）得到的NFC磁片用浆料DS1流延，刮刀高度为160μm，刮刀移动速度为1m/min，然后在60℃下将湿膜干燥1h，然后在70kg/cm²的压力下等静压60s，最后在1050℃下烧结2h，得到本实施例的NFC磁片，记为DS10。

性能测试

目测实施例1-5和对比例1中各NFC磁片样品在烧结过程中是否出现翘曲现象，若无翘曲，记为OK，否则记为NG。

重复各实施例1-5和对比例1各100次，无翘曲产品记为良品，记录良品率。

测试结果如表1所示。

表1

。

从上表1中可以看出，本发明提供的NFC磁片用浆料，在制备过程中通过优化流延配方中的有机体系中各组分的种类、添加顺序及工艺条件，能有效解决薄型磁片烧结翘曲的问题，大大提升产品生产良率。

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

1.一种NFC磁片用浆料，所述NFC磁片用浆料由铁氧体粉末和有机体系组成，所述有机体系中含有溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂、含或不含助剂；其特征在于，所述NFC磁片用浆料由以下步骤制备得到：

S10、将分散剂、有机溶剂和铁氧体粉末依次加入球磨罐中，进行一次球磨；其中所述分散剂选自油酸、亚油酸、柠檬酸、二丁基胺或三乙醇胺；

S20、往步骤S10的体系中依次加入增塑剂、粘结剂，进行二次球磨；所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类和乙二醇类的混合物，所述邻苯二甲酸酯类与乙二醇类的质量比为1:1；

2.根据权利要求1所述的NFC磁片用浆料，其特征在于，以所述NFC磁片用浆料的总质量为基准，铁氧体粉末的含量为60-75wt%，有机体系的含量为25-40wt%。

3.根据权利要求1或2所述的NFC磁片用浆料，其特征在于，所述铁氧体粉末为镍锌铁氧体或镍锌铜铁氧体，粉末粒度D₅₀为2μm以下，比表面积在5-50m²/g。

4.根据权利要求1或2所述的NFC磁片用浆料，其特征在于，以100重量份的铁氧体粉末为基准，分散剂的用量为0.3-1重量份，粘结剂的用量为3-5重量份，增塑剂的用量为1-3重量份。

5.根据权利要求1所述的NFC磁片用浆料，其特征在于，所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚氯乙烯，所述粘结剂的摩尔质量在30000-130000g/mol。

6.根据权利要求1所述的NFC磁片用浆料，其特征在于，所述邻苯二甲酸酯类选自邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯；所述乙二醇类选自聚乙二醇、聚乙烯基乙二醇。

7.根据权利要求1所述的NFC磁片用浆料，其特征在于，所述有机溶剂选自丁酮、无水乙醇、甲苯、二甲苯、丙酮、三氯乙烷中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的NFC磁片用浆料，其特征在于，所述有机溶剂为无水乙醇与二甲苯的混合物，且其中无水乙醇占有机溶剂总质量的30-45wt%。

9.根据权利要求1所述的NFC磁片用浆料，其特征在于，所述助剂含有消泡剂、流平剂、增稠剂中的至少一种；以100重量份的铁氧体粉末为基准，助剂的用量0.1-1重量份。

10.根据权利要求1所述的NFC磁片用浆料，其特征在于，一次球磨和二次球磨的条件包括：球磨时间为10-30h，球磨转速Nc=76.6/D^1/2rpm，其中D为球磨罐内腔直径；真空脱泡的条件包括：搅拌速度为10rpm以下，真空度为-0.1MPa～-0.5MPa，脱泡时间为2h/L。

11.一种NFC磁片，其特征在于，所述NFC磁片由以下方法制备得到：包括将权利要求1-10任一项所述的NFC磁片用浆料先流延、湿膜干燥后压制成型、最后烧结，得到所述NFC磁片。

12.根据权利要求11所述的NFC磁片，其特征在于，流延的条件包括：刮刀高度为80-200μm，刮刀移动速度为0.5-5m/min；湿膜干燥的条件包括：干燥温度为50-70℃，干燥时间为0.5-1h；压制成型方法为叠压或等静压，压力为50-100kg/cm²，时间30-120S；烧结温度为900-1200℃，烧结时间为1-3h。

13.根据权利要求11所述的NFC磁片，其特征在于，在湿膜干燥之后、压制成型之前还包括将持续干燥的步骤；持续干燥的条件包括：干燥温度为40-50℃，干燥时间为12-24h。