CN104402428A - 一种高频高磁导率高q值的镍锌铁氧体材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于软磁铁氧体技术领域，具体涉及一种高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料及其制备方法，该铁氧体材料包括主成分和掺杂成分，主成分和掺杂成分均按氧化物原料计算，其中，所述主成分的组成成分按摩尔百分比为：NiO 17～19mol％，ZnO 31～33mol％，其余为Fe₂O₃；所述掺杂成分的组成成分由按占材料总重量的重量百分比为SnO₂0.2～0.4wt％，Dy₂O₃0.002～0.004wt％。该铁氧体材料通过如下方法制备：称取原料→一次预烧→二次预烧→造粒成型→烧结。本发明镍锌铁氧体材料采用两次预烧法，可以避免ZnO的分解挥发，保证材料成分稳定，并确保掺杂元素能够更好的调控材料微观组织结构，获得高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料，特别适合用作开关电源直流输出滤波电感器。

Description

一种高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料及其制备方法

技术领域

本发明属于软磁铁氧体技术领域，具体涉及一种高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料及其制备方法。

背景技术

软磁铁氧体材料作为一种重要的功能材料广泛应用于电子、计算机、通讯、交通及航空航天等国民经济的各个领域。随着电子器件如各种开关电源转换器、滤波器、交直流转换器向高频化、小型化、集成化、轻量化发展，要求所使用的软磁铁氧体材料具有高频高磁导率高Q值的特性。

目前，国内生产的NiZn软磁铁氧体材料大多综合性能不佳，高频磁导率低(f>15MHz时，μ_i≤120)，且Q值较低(Q≤50)，很难同时获得具有高频高磁导率和高Q值特性的材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料，该铁氧体材料包括主成分和掺杂成分，主成分和掺杂成分均按氧化物原料计算，其中，所述主成分的组成成分按摩尔百分比为：NiO 17～19mol％，ZnO 31～33mol％，其余为Fe₂O₃；所述掺杂成分的组成成分由按占材料总重量的重量百分比为SnO₂0.2～0.4wt％，Dy₂O₃0.002～0.004wt％。

该铁氧体材料包括主成分和掺杂成分，主成分和掺杂成分均按氧化物原料计算，其中，所述主成分的组成成分按摩尔百分比为：NiO18～18.5mol％，ZnO 32.1～32.4mol％，其余为Fe₂O₃；所述掺杂成分的组成成分由按占材料总重量的重量百分比为SnO₂0.29～0.35wt％，Dy₂O₃0.0028～0.0034wt％。

该镍锌铁氧体材料在频率f>20MHz时，磁导率μ_i>150，Q值>100。

该软磁材料通过SnO₂和Dy₂O₃联合掺杂，使得Sn⁴⁺与Fe²⁺生成稳定的离子对。

一种所述的高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料的制备方法，包括如下步骤：

a)称取原料：主成分按以下摩尔百分比配比：NiO：17～19mol％，ZnO：31～33mol％，其余为Fe₂O₃称取原料Fe₂O₃，NiO和ZnO；并且按SnO₂：0.2～0.4wt％(按占整个材料总重量的重量百分比)称取掺杂成分；

b)一次预烧：将上述原料在去离子水中进行球磨，烘干后进行一次预烧，保温后冷却；

c)二次预烧：按Dy₂O₃0.002～0.004wt％(按占整个材料总重量的重量百分比)称取掺杂成分Dy₂O₃，将一次预烧料掺入掺杂成分Dy₂O₃，在去离子水中进行球磨，烘干后进行二次预烧，保温后空气中快冷；

d)造粒成型：将二次预烧料在去离子水中进行二次球磨，然后将二次球磨后烘干的粉料加入聚乙烯醇水溶液，混合均匀后进行造粒，最后压制成型；

e)烧结：将成型的坯料在空气气氛中烧结，采用梯度升温的方式，然后随炉冷却，得到所述镍锌铁氧体材料。

步骤b中，一次预烧的升温制度为按2～5℃/分钟升温速度加热到840～860℃，保温3～4小时。

步骤b中，一次预烧的升温制度为按3℃/分钟升温速度加热到850～855℃，保温3小时。

步骤c中，二次预烧的升温制度为按2～5℃/分钟升温速度加热到940～960℃，保温2～3小时。

步骤c中，二次预烧的升温制度为按3℃/分钟升温速度加热到950～955℃，保温2小时。

步骤d中，压制成型时生坯密度大于3.0g/cm³。

步骤e中，梯度升温制度为采用3～4℃/分钟的升温速度由室温升至450℃，并保温120分钟；然后采用4℃/分钟的升温速度由450℃升至800℃，并保温90分钟；然后采用4～6℃/分钟的升温速度由800℃升至1210～1250℃，并保温120～240分钟。

本发明的有益效果在于：

与现有技术相比，本发明所述的镍锌铁氧体材料在高频下具有高磁导率和高Q值，是开关电源直流输出滤波电感器的最佳选用材料，最适合用于EMI电源滤波器、EMI噪声抑制器、高Q值滤波器、射频滤波器和许多其它精密仪器设备的应用。

附图说明

图1为本发明的一种高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料及其制备方法中实施例1铁氧体材料的磁导率和Q值与频率的关系曲线图。

图2为本发明的一种高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料及其制备方法中实施例2铁氧体材料的磁导率和Q值与频率的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明的高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料，包括主成分和掺杂成分，主成分和掺杂成分均按氧化物原料计算，其中，所述主成分的组成成分按摩尔百分比为：NiO 17～19mol％，ZnO 31～33mol％，其余为Fe₂O₃；所述掺杂成分的组成成分按占材料总质量的重量百分比为SnO₂0.2～0.4wt％，Dy₂O₃0.002～0.004wt％。

该镍锌铁氧体材料在频率f>20MHz时，磁导率μ_i>150，Q值>100。本发明的高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料的制备方法，包括如下步骤：

a)称取原料：主成分按以下摩尔百分比配比：NiO：17～19mol％，ZnO：31～33mol％，其余为Fe₂O₃称取原料Fe₂O₃，NiO和ZnO，并且按SnO₂：0.2～0.4wt％(按占整个材料总重量的重量百分比)称取掺杂成分；

b)一次预烧：将上述原料在去离子水中进行球磨混合2～4小时，烘干后按2～5℃/分钟升温速度加热到840～860℃进行一次预烧，保温3～4小时后冷却；

c)二次预烧：按Dy₂O₃0.002～0.004wt％(按占整个材料总重量的重量百分比)称取掺杂成分Dy₂O₃，将一次预烧料掺入掺杂成分Dy₂O₃，在去离子水中进行球磨混合2～4小时，烘干后按2～5℃/分钟升温速度加热到940～960℃进行二次预烧，保温2～3小时后空气中快冷；

d)造粒成型：将二次预烧料在去离子水中进行球磨4～8小时后烘干，然后加入浓度8％的聚乙烯醇水溶液混合均匀后进行造粒，最后压制成型，生坯密度大于3.0g/cm³；e)烧结：将成型的坯料在空气气氛中烧结，采用梯度升温的方式，首先采用3～4℃/分钟的升温速度由室温升至450℃，并保温120分钟；然后采用4℃/分钟的升温速度由450℃升至800℃，并保温90分钟；然后采用4～6℃/分钟的升温速度由800℃升至1210～1250℃，并保温120～240分钟，然后随炉冷却，得到所述镍锌铁氧化材料。

采用SnO₂和Dy₂O₃联合掺杂NiZn铁氧体的成分设计，Sn⁴⁺可以与Fe²⁺生成稳定的离子对，从而改变晶体的晶体场特性，使磁晶各向异常数K₁降低，提高材料的起始磁导率；Dy₂O₃配合SnO₂，可以有效抑制Fe²⁺→Fe³⁺的转化过程，从而减少空位，抑制由于空位缺陷引起的晶粒非均匀生长，改善烧结体密度，减少内部缺陷对畴转磁化和畴壁位移的阻碍作用，因为均匀的晶粒结构更有利于畴壁位移，从而有效的降低磁滞损耗。另外，Dy₂O₃配合SnO₂的联合掺杂，可以提高材料电阻率，降低高频涡流损耗，有利于提高Q值。

本发明镍锌铁氧体材料的制备工艺采用两次预烧法的改进制备工艺，原料经过一次预烧反应部分生成铁氧体，避免ZnO的分解挥发，保证材料成分稳定；通过二次预烧，可以使二次掺杂的Dy₂O₃更均匀的分散到材料晶界，提高材料密度，增加预烧料的活性，有利于烧结时的固相反应，提高材料性能，获得高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料。

实施例1

实施例1的高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料，包括主成分和掺杂成分，主成分和掺杂成分均按氧化物原料计算，其中，所述主成分的组成成分按摩尔百分比为Fe₂O₃49.6mol％，NiO 18mol％的，ZnO32.4mol％；所述掺杂成分的组成成分按占材料总质量的重量百分比为SnO₂0.35wt％，Dy₂O₃0.0028wt％。

实施例1的高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料的制备方法，包括如下步骤：

a)称取原料：按主成分配比Fe₂O₃：49.6mol％，NiO：18mol％，ZnO：32.4mol％(按摩尔百分比)称取原料Fe₂O₃，NiO和ZnO，并且按SnO₂：0.35wt％(按占整个材料总重量的重量百分比)称取掺杂成分SnO₂；

b)一次预烧：将上述原料在去离子水中进行球磨混合3.5小时，烘干后按3℃/分钟升温速度加热到855℃进行一次预烧，保温3小时；

c)二次预烧：按Dy₂O₃0.0028wt％(按占整个材料总重量的重量百分比)称取掺杂成分Dy₂O₃，将一次预烧料掺入掺杂成分Dy₂O₃，在去离子水中进行球磨混合3小时，烘干后，按3℃/分钟升温速度加热到955℃进行二次预烧，保温2小时，然后在空气中快冷；

d)造粒成型：将二次预烧料在去离子水中进行球磨6小时后烘干，然后加入浓度8％的聚乙烯醇水溶液混合均匀后进行造粒，最后按3.0g/cm³生坯密度压制成型；

e)烧结：将成型的坯料放在空气气氛中烧结，采用梯度升温的方式，首先采用3℃/分钟的升温速度由室温升至450℃，并保温120分钟；然后采用4℃/分钟的升温速度由450℃升至800℃，并保温90分钟；然后采用5℃/分钟的升温速度由800℃升至1220℃，并保温180分钟，然后随炉冷却，得到所述镍锌铁氧化材料。

图1为本发明的一种高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料及其制备方法中实施例1铁氧体材料的磁导率和Q值与频率的关系曲线图，从图1可以看出，实施例1的材料在频率f>20MHz时，磁导率μ_i为157，Q值为125。

实施例2

实施例2的高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料，包括主成分和掺杂成分，主成分和掺杂成分均按氧化物原料计算，其中，所述主成分的组成成分按摩尔百分比为Fe₂O₃49.4mol％，NiO 18.5mol％，ZnO32.1mol％；所述掺杂成分的组成成分按占材料总质量的重量百分比为SnO₂0.29wt％，Dy₂O₃0.0034wt％。

实施例2的高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料的制备方法，包括如下步骤：

a)称取原料：按主成分配比Fe₂O₃：49.4mol％，NiO：18.5mol％，ZnO：32.1mol％(按摩尔百分比)称取原料Fe₂O₃，NiO和ZnO，并且按SnO₂：0.29wt％(按占整个材料总重量的重量百分比)称取掺杂成分SnO₂；

b)一次预烧：将上述原料在去离子水中进行球磨混合3小时，烘干后按3℃/分钟升温速度加热到850℃进行一次预烧，保温3小时；

c)按Dy₂O₃0.0034wt％(按占整个材料总重量的重量百分比)称取掺杂成分Dy₂O₃，将一次预烧料掺入掺杂成分Dy₂O₃，在去离子水中进行球磨混合3小时，烘干后，按3℃/分钟升温速度加热到950℃进行二次预烧，保温2小时，然后在空气中快冷；

d)造粒成型：将二次预烧料在去离子水中进行球磨6小时后烘干，然后加入浓度8％的聚乙烯醇水溶液混合均匀后进行造粒，最后按3.0g/cm³生坯密度压制成型；

e)烧结：将成型的坯料放在空气气氛中烧结，采用梯度升温的方式，首先采用3℃/分钟的升温速度由室温升至450℃，并保温120分钟；然后采用4℃/分钟的升温速度由450℃升至800℃，并保温90分钟；然后采用5℃/分钟的升温速度由800℃升至1235℃，并保温200分钟，然后随炉冷却，得到所述镍锌铁氧化材料。

图2为本发明的一种高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料及其制备方法中实施例2铁氧体材料的磁导率和Q值与频率的关系曲线图，从图2可以看出，实施例2的材料在频率f>20MHz时，磁导率μ_i为183，Q值为104。

测试结果表明，本发明的高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料在频率f>20MHz时，仍具有高磁导率μ_i>150，且Q值>100，说明本发明的铁氧体材料具有优良的高频高磁导率高Q性能。

Claims (11)

1.一种高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料，其特征在于：

该铁氧体材料包括主成分和掺杂成分，主成分和掺杂成分均按氧化物原料计算，其中，所述主成分的组成成分按摩尔百分比为：NiO17～19mol％，ZnO 31～33mol％，其余为Fe₂O₃；所述掺杂成分的组成成分由按占材料总重量的重量百分比为SnO₂0.2～0.4wt％，Dy₂O₃0.002～0.004wt％。

2.如权利要求1所述的镍锌铁氧体材料，其特征在于：

该铁氧体材料包括主成分和掺杂成分，主成分和掺杂成分均按氧化物原料计算，其中，所述主成分的组成成分按摩尔百分比为：NiO18～18.5mol％，ZnO 32.1～32.4mol％，其余为Fe₂O₃；所述掺杂成分的组成成分由按占材料总重量的重量百分比为SnO₂0.29～0.35wt％，Dy₂O₃0.0028～0.0034wt％。

3.如权利要求1所述的镍锌铁氧体材料，其特征在于：

该镍锌铁氧体材料在频率f>20MHz时，磁导率μ_i>150，Q值>100。

4.如权利要求1所述的镍锌铁氧体材料，其特征在于：

该软磁材料通过SnO₂和Dy₂O₃联合掺杂，使得Sn⁴⁺与Fe²⁺生成稳定的离子对。

5.一种如权利要求1所述的高频高磁导率高Q值的镍锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：

包括如下步骤：

a)称取原料：主成分按以下摩尔百分比配比：NiO：17～19mol％，ZnO：31～33mol％，其余为Fe₂O₃称取原料Fe₂O₃，NiO和ZnO；并且按SnO₂：0.2～0.4wt％(按占整个材料总重量的重量百分比)称取掺杂成分；

b)一次预烧：将上述原料在去离子水中进行球磨，烘干后进行一次预烧，保温后冷却；

c)二次预烧：按Dy₂O₃0.002～0.004wt％(按占整个材料总重量的重量百分比)称取掺杂成分Dy₂O₃，将一次预烧料掺入掺杂成分Dy₂O₃，在去离子水中进行球磨，烘干后进行二次预烧，保温后空气中快冷；

d)造粒成型：将二次预烧料在去离子水中进行二次球磨，然后将二次球磨后烘干的粉料加入聚乙烯醇水溶液，混合均匀后进行造粒，最后压制成型；

e)烧结：将成型的坯料在空气气氛中烧结，采用梯度升温的方式，然后随炉冷却，得到所述镍锌铁氧体材料。

6.如权利要求5所述的镍锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：

步骤b中，一次预烧的升温制度为按2～5℃/分钟升温速度加热到840～860℃，保温3～4小时。

7.如权利要求5所述的镍锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：

步骤b中，一次预烧的升温制度为按3℃/分钟升温速度加热到850～855℃，保温3小时。

8.如权利要求5所述的镍锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：

步骤c中，二次预烧的升温制度为按2～5℃/分钟升温速度加热到940～960℃，保温2～3小时。

9.如权利要求5所述的镍锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：

步骤c中，二次预烧的升温制度为按3℃/分钟升温速度加热到950～955℃，保温2小时。

10.如权利要求5所述的镍锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：

步骤d中，压制成型时生坯密度大于3.0g/cm³。

11.如权利要求5所述的镍锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：

步骤e中，梯度升温制度为采用3～4℃/分钟的升温速度由室温升至450℃，并保温120分钟；然后采用4℃/分钟的升温速度由450℃升至800℃，并保温90分钟；然后采用4～6℃/分钟的升温速度由800℃升至1210～1250℃，并保温120～240分钟。