CN103956247A - 高频低衰减磁性材料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

高频低衰减磁性材料，各组份按重量计含量为，三氧化二铁∶氧化锌∶氧化镍∶添加物＝60～69∶18～23∶6～27∶1～1.5；所述添加物为三氧化二铝和五氧化二钽任意比例的混合物。高频低衰减磁性材料的生产方法，它经过以下步骤制做而成，A、配料混合；B、预烧；C、一次研磨；D、二次研磨；E、造粒；F、成型；G、烧结。它提高了磁芯的高频性能，增加有效磁路、可以减少贴片电感线圈绕制圈数，提高高频磁芯的截止频率10％以上。

Description

高频低衰减磁性材料及其生产方法

技术领域：

本发明涉及一种制造高频磁芯用的材料，该材料制作的磁芯可制造成高频用到手机、计算机、通讯网络等设备的器件上，在器件起到滤波、能量转换等作用，属于材料科学的技术领域。本发明还涉及利用该材料制作的磁芯，以及其制造方法。

背景技术：

随着电子信息技术的发展对用磁性材料制造的元器件提出了向高频、小型化和智能化方向发展的要求。用磁性材料制造的元器件作为电路的关键元件，使用频率的提高有着强烈的需求。其在计算机、手机、自动化设备、电子变压器等方面用途十分广阔。

近年来，软磁铁氧体技术得到了越来越多的关注，如中国专利申请号为CN200410093230.3的申请公开了一种软磁Mg-Zn铁氧体材料及其低温烧结工艺，它是由Fe₂0₃、MgO、ZnO、MnO、CuO组成，其特征在于各成分及其用量如下：Fe₂O₃47.5-48.7wt％、MgO25.5-30wt％、ZnO18.0-21.4wt％、MnO0.5-1.2wt％、助融剂3.0-4.2wt％、辅料0-5wt％等低温烧结形成。又如中国专利申请号为CN200410053529.6的申请公开了一种高频镁锌铁氧体及制造方法，它是将氧化镁、氧化锌、氧化铁三种主要成分进行配料，按比例混合后在1000℃-1200℃下锻烧30-90分钟，然后按比例加入副组份材料及添加物，粉碎混合后，加入粘合剂混合并采用喷雾造粒方法得到平均颗粒直径为180微米的颗粒，然后将颗粒压制成型，得到所需要的磁芯试样；逐步升温到1250℃-1350℃，并在所设定的温度下保温烧结2-5小时，降温后得到所烧制的样品；其样品中有8-27mol％(按MgO计算)的氧化镁、7-27mol％(按ZnO计算)的氧化锌，30-36.7mol％(按Fe₂O₃计算)的氧化铁三种主要成分，其中还可加入有一种或多种副成分，它包括：0-4mol％(按MnCO₃计算)的碳酸锰、0-4mol％(按N_iO计算)的氧化镍、0-4mol％(按CuCO₃计算)的碳酸铜。又如日本专利号为2806528B2的专利公开了一种电波吸收体用镁一锌系铁氧体材料，它是氧化铁47-50mol％、氧化镁20-23mol％、氧化锌24-27mol％，氧化锰3-6mol％组成板状烧结体30MHz-400MHz的低频段用的电波吸收体用镁一锌系铁氧体材。

而在上述专利申请文件和其它就是文件所公开的材料中，研究开发的技术注重磁性材料内部机理的形成和气孔和间隙对提高频率的影响。而聚乙烯醇在材料中的添加只是作为粘合剂添加在材料中，主要目的是为了成型。而不是让其在烧结过程中的升温过程中在材料中成型气孔和间隙。

同时，现有技术在上述材料磁芯的制作技术上具有以下缺点：

1、聚乙烯醇在材料中的添加只是作为粘合剂添加在材料中，主要目的是为了便于成型。而不是让其在烧结过程中的升温过程中在材料中成型气孔和间隙。

2、在磁性材料的磁芯制造过程中，在材料中添加聚乙烯醇占材料固物的重量百分比不超过1wt％，一般情况下是在0.5-1wt％之间。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术之不足，而提供高频低衰减磁性材料及其生产方法，它提高了磁芯的高频性能，提高高频磁芯的截止频率10％以上。

本发明的技术解决措施如下：

高频低衰减磁性材料，各组份按重量计含量为，三氧化二铁∶氧化锌∶氧化镍∶添加物＝60～69∶18～23∶6～27∶1～1.5；

所述添加物为三氧化二铝和五氧化二钽任意比例的混合物。

高频低衰减磁性材料的生产方法，它包含以下步骤：

A、配料混合：按重量计三氧化二铁∶氧化锌∶氧化镍∶三氧化二铝＝60～69∶18～23∶6～27∶0.5～1的比例称取各组份材料，充分混合得主原料；同时按重量计三氧化二铁∶氧化锌∶氧化镍∶五氧化二钽＝60～69∶18～23∶6～27∶0.2～0.5的比例称取五氧化二钽备用添加料；

B、预烧：将充分混合好的主原料进行预烧得到预烧料，预烧温度为980℃±10℃，此温度保温不小于20分钟；

C、一次研磨：按重量计预烧料∶聚乙烯醇溶液∶水＝100∶10～60∶0～30的比例称取各组份进行研磨得到一次研磨料，研磨方式为球磨或砂磨，所述聚乙烯醇溶液为按重量计水∶聚乙烯醇＝100∶4～12的比例用水浴法熬制而成的透明聚乙烯醇液体溶液；

D、二次研磨：将一次研磨料加入五氧化二钽备用添加料进行二次研磨得到二次研磨料；

E、造粒：采用喷雾造粒机械造粒对二次研磨料进行造粒得到粒料；

F、成型：对粒料进行压制成型得到成型件；

G、烧结：对成型件进行烧结，烧结温度在300℃至600℃之间时，升温速度保持在40℃/小时至50℃/小时之间，然后升温到1320℃烧结并保温不小于2小时，最后缓慢降温到室温即得成品。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的铁氧体材料通过添加聚乙烯醇，在烧结过程中由于聚乙烯醇的分解成的气体挥发在材料中形成的气孔和气隙提高了材料的高频性能；

2、本发明采用了锰锌铁氧体作为铁氧体的主成分，经测试截止频率比不添加的锰锌铁氧体提高了10％以上；

3、Ta2O5在预烧后二次球磨时添加，这样的添加不会使其在预烧的过程中结晶在晶粒内部，使其更有效地均匀地分布在晶界表面，提高微量元素的添加效果，增加晶界的电阻率；

4、本发明优选了在烧结过程中，烧结温度在300℃至600℃之间升温速度在40℃/小时至50℃/小时之间提高使用频率的效果最理性。

具体实施方式：

以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细的描述，

高频低衰减磁性材料，各组份按重量计含量为，三氧化二铁∶氧化锌∶氧化镍∶添加物＝60～69∶18～23∶6～27∶1～1.5；

所述添加物为三氧化二铝和五氧化二钽任意比例的混合物。

高频低衰减磁性材料的生产方法，它包含以下步骤：

A、配料混合：按重量计三氧化二铁∶氧化锌∶氧化镍∶三氧化二铝＝60～69∶18～23∶6～27∶0.5～1的比例称取各组份材料，充分混合得主原料；同时按重量计三氧化二铁∶氧化锌∶氧化镍∶五氧化二钽＝60～69∶18～23∶6～27∶0.2～0.5的比例称取五氧化二钽备用添加料；

B、预烧：将充分混合好的主原料进行预烧得到预烧料，预烧温度为980℃±10℃，此温度保温不小于20分钟；

C、一次研磨：按重量计预烧料∶聚乙烯醇溶液∶水＝100∶10～60∶0～30的比例称取各组份进行研磨得到一次研磨料，研磨方式为球磨或砂磨，所述聚乙烯醇溶液为按重量计水∶聚乙烯醇＝100∶4～12的比例用水浴法熬制而成的透明聚乙烯醇液体溶液；

D、二次研磨：将一次研磨料加入五氧化二钽备用添加料进行二次研磨得到二次研磨料；

E、造粒：采用喷雾造粒机械造粒对二次研磨料进行造粒得到粒料；

F、成型：对粒料进行压制成型得到成型件；

G、烧结：对成型件进行烧结，烧结温度在300℃至600℃之间时，升温速度保持在40℃/小时至50℃/小时之间，然后升温到1320℃烧结并保温不小于2小时，最后缓慢降温到室温即得成品。

工作原理：烧结成型后的磁芯形成具有尖晶石结构的铁氧体，现有的技术中添加液体聚乙烯醇是在研磨或者喷雾造粒之前添加，本发明是在研磨时添加，由于液体聚乙烯醇中一般情况下含有10％左右的聚乙烯醇，所以研磨添加水时，把液体聚乙烯醇中的水含量计算出，就可以相应地少加入等量的水，研磨时添加聚乙烯醇可以更好地使聚乙烯醇与其它原材料混合均匀，这样的形成的铁氧体材料中的气孔和气隙也均匀一致。

本发明的液体是聚乙烯醇制造方法为：90％的水加入10％的聚乙烯醇。然后用水浴法熬制成透明的聚乙烯醇液体，使聚乙烯醇完全溶于水中。但本发明不限于上述比例，举例，既也可以采用96％的水，添加4％的聚乙烯醇。

申请人发现，在烧结过程中，烧结温度在300℃至600℃之间升温速度在40℃/小时至50℃/小时之间提高使用频率的效果最理性，如果升温速度大于50℃/小时，聚乙烯醇分解后的气体会集中挥发，这样就使材料中形成较大的气孔和气隙，这样反而导致材料的性能下降，如果升温速度小于40℃/小时，聚乙烯醇挥发变的缓慢，这样的结果是不能形成所需数量的气孔和气隙。

本发明其余的步骤特征均可采用铁氧体干法工艺，这些都为本领域普通技术人员所熟知。

本发明除正常的主成分和添加物外，本发明在预烧后的材料中在研磨时添加聚乙烯醇1-6wt％；而聚乙烯醇在烧结过程中的升温过程中，分解的气体在会发过程中在材料中形成气孔和气隙，材料中的气孔和气隙提高了材料的使用频率；为了使材料中产生所需的气孔和间隙在300℃至600℃要控制升温。

现有制造铁氧体磁性材料的过程中，为了便于成型，一般在材料中添加1wt％以下的聚乙烯醇，这样少量的聚乙烯醇在材料的烧结过程中的升温过程中，聚乙烯醇慢慢分解，分解后的分子慢慢挥发，不会在材料中形成气孔和气隙。

本发明的主成分和添加物经过配料、混合、预烧后，与经过熬制的液体聚乙烯醇液体混合再进行研磨；这样经过喷雾造粒的材料中就含有了相应比例的聚乙烯醇了，经过成型后，在烧结过程中，温度达到300时，聚乙烯醇开始分解，形成H2O、CO、CO2等气体，这些气体会从材料中挥发掉，这些气体的挥发过程中的运动轨迹就在材料形成气孔和气隙，这些气孔和气隙的形成，阻碍了烧结过程中的铁氧体在熔融状态下的化合，也阻止了材料内部同时阻止晶粒的长大；经过烧结这些气孔和气隙就保留在了铁氧体材料的内部，气孔额气隙的存在，改变了铁氧体材料的内部结构，这样的铁氧体材料的使用频率得到了提高，也就是提高了截止频率。

申请人发现，添加聚乙烯醇到所述的主成分和添加物中能够使铁氧体在烧结过程中的升温过程中形成气孔和气隙，在材料内部形成的气孔和气隙，有阻止晶粒的长大的作用，达到在材料内部既有纳米晶，又有亚微米晶和亚米晶，即同一种材料内部由不同结构大小的晶粒组成，这样就提高材料的上限使用频率，拓宽了材料的高频频率的范围。

本发明所述的聚乙烯醇和现有技术的锰锌铁氧体添加的聚乙烯醇是有本质区别的。现有技术的锰锌铁氧体添加的聚乙烯醇，是为了使材料便于成型，作为粘合剂添加的，而且添加的量占材料的重量比在1wt％以下。一般情况下是在0.8wt％以下。这样的比例在烧结过程中的升温过程中聚乙烯醇慢慢挥发，在材料内部不能形成气孔和气隙，也就起不到提高使用频率，既提高截止频率的作用。而本发明所述添加的聚乙烯醇占材料的重量比为1wt％-6wt％，不但起到粘合剂的作用。便于成型，而且是在烧结过程中的升温过程时聚乙烯醇分解挥发，在材料中形成气孔和气隙，达到提高材料使用频率的目的。

本发明所述的添加物聚乙烯醇主要是提高铁氧体的性能，添加多了会增加成本，添加过多也会导致铁氧体材料的性能下降，所以控制在此范围内，为了达到较好的发明效果且满足控制成本的要求，上述添加量较为合适。

本发明采取上述添加聚乙烯醇既能满足阻止晶粒生长，达到控制晶粒大小形成气孔和气隙的目的，又能提高材料的截止频率。为了获得更为理想的上述效果，更为优选的是：聚乙烯醇占材料的重量百分比为2wt％-4wt％。

在本发明所述技术方案中，铁氧体的各种金属元素的来源可为多种，这些为本领域普通技术人员所熟知。例如Fe2O3等同于等物质量的FeO。

Ta2O5在预烧后二次球磨时添加，这样的添加不会使其在预烧的过程中结晶在晶粒内部，使其更有效地均匀地分布在晶界表面，提高微量元素的添加效果，增加晶界的电阻率。

Claims (2)

1.高频低衰减磁性材料，其特征在于：各组份按重量计含量为，三氧化二铁∶氧化锌∶氧化镍∶添加物＝60～69∶18～23∶6～27∶1～1.5；

所述添加物为三氧化二铝和五氧化二钽任意比例的混合物。

2.高频低衰减磁性材料的生产方法，其特征在于：它包含以下步骤：

A、配料混合：按重量计三氧化二铁∶氧化锌∶氧化镍∶三氧化二铝＝60～69∶18～23∶6～27∶0.5～1的比例称取各组份材料，充分混合得主原料；同时按重量计三氧化二铁∶氧化锌∶氧化镍∶五氧化二钽＝60～69∶18～23∶6～27∶0.2～0.5的比例称取五氧化二钽备用添加料；

B、预烧：将充分混合好的主原料进行预烧得到预烧料，预烧温度为980℃±10℃，此温度保温不小于20分钟；

C、一次研磨：按重量计预烧料∶聚乙烯醇溶液∶水＝100∶10～60∶0～30的比例称取各组份进行研磨得到一次研磨料，研磨方式为球磨或砂磨，所述聚乙烯醇溶液为按重量计水∶聚乙烯醇＝100∶4～12的比例用水浴法熬制而成的透明聚乙烯醇液体溶液；

D、二次研磨：将一次研磨料加入五氧化二钽备用添加料进行二次研磨得到二次研磨料；

E、造粒：采用喷雾造粒机械造粒对二次研磨料进行造粒得到粒料；

F、成型：对粒料进行压制成型得到成型件；

G、烧结：对成型件进行烧结，烧结温度在300℃至600℃之间时，升温速度保持在40℃/小时至50℃/小时之间，然后升温到1320℃烧结并保温不小于2小时，最后缓慢降温到室温即得成品。