CN1161797C - 用于磁性铁氧体的粉末、磁性铁氧体、多层铁氧体元件及其制法 - Google Patents

用于磁性铁氧体的粉末、磁性铁氧体、多层铁氧体元件及其制法 Download PDF

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Abstract

使用用于磁性铁氧体的粉末生产多层铁氧体元件，其特征在于具有下列组成：Fe2O3：40-51mol%、CuO：7-30mol%、ZnO：0.5-35mol%和MgO：5-35mol%，其中粒度分布的峰值为0.3-1.2μm。此MgCuZn铁氧体使用了磁导率μ较小降低且粒度分布峰值为0.3-1.2μm的粉末，因此与Ag或Ag合金能够共同焙烧。提供了一种磁特性(尤其是磁导率μ)因应力降低较小的磁性铁氧体，且能够在低温，即低于用作电极材料的Ag或Ag合金的熔点下烧结。

Description

用于磁性铁氧体的粉末、磁性铁氧体、 多层铁氧体元件及其制法
本发明涉及多层铁氧体芯片元件例如多层芯片磁珠或多层芯片感应器，磁性铁氧体和多层铁氧体元件，它们用于以LC组合多层元件为代表的组合多层元件，还涉及它们的生成方法。
多层芯片铁氧体元件和组合多层元件(在本说明书中称为“多层铁氧体元件”)因为小体积和高可靠性用于不同种类的电动的、电气的或电子器件中。多层铁氧体元件通常是这样生产的：通过厚膜层压技术将由用作内电极的磁性铁氧体和浆料组成的磁层薄片或浆料层压成单一的一体、烧结、在烧结体的表面上印刷或涂覆用作外电极的浆料，然后进行烧结。同时，层压成为一体之后的烧结被称为共同焙烧。Ag或Ag合金因为低电阻率而用作内电极材料，因此作为组成磁层的磁性铁氧体材料，在绝对条件下能共同焙烧，换言之，能在低于Ag或Ag合金熔点的温度下烧结。因此，为了提供高密度和高磁性能的多层铁氧体元件，关键是磁性铁氧体是否可以在低于Ag或Ag合金熔点的温度下烧结。
已知NiCuZn铁氧体是可以在低于Ag或Ag合金熔点的温度下烧结。简言之，通过研磨使粉末比表面积达到大约6m2/g或更多的NiCuZn铁氧体可以在低于Ag的熔点的温度(960℃)下烧结，因此它广泛地用于多层铁氧体元件。然而，因为NiCuZn铁氧体具有磁特性，特别是对外应力或热震荡敏感的磁导率μ(例如，参考“粉末和粉末冶金”39和8卷，612-617页(1992))，所以在生产多层铁氧体元件中存在下面提到的问题。也就是说，在生产过程中由于滚筒抛光和电镀引起的应力、在磁层和内电极之间线膨胀系数不同引起的应力、和当元件固定在基线板时引起的应力使磁导率μ降低，因此使感应系数L偏离设计值。
为了解决这些问题，提出了两个解决方案。方案之一是以一定间隔使磁层和内电极对置(JP-A-4-65807)。此方案避免了磁层和内电极之间线膨胀系数的不同引起的应力。另一个方案是将Bi引入存在于NiCuZn铁氧体的晶粒边界，由此烧结之后在晶粒产生张应力，以便使磁特性对外应力不敏感(JP-A-10-223424)。这两个提议是防止NiCuZn铁氧体的磁特性由于应力而降低的具有效措施。
然而，NiCuZn铁氧体实质上是一种昂贵的材料，因为作为原料的NiO成本高。注意到使用比NiO便宜的MgO、Mg(OH)2或MgCO3的MgCuZn铁氧体，已作了不同的改进。例如，JP-A-10-324564提出了在MgCuZn铁氧体中B(硼)数量为2-70ppm。
然而，根据实施例，此专利中MgCuZn铁氧体是在1200℃下烧结，因此难以将MgCuZn铁氧体涂覆到本发明所指的多层铁氧体元件中。因为不能与Ag或Ag合金一起进行共同焙烧。
日本专利号2747403公开了含具有MgO的磁性铁氧体，但是没有提到任何烧结条件，而且可以认为不能满足与Ag共同焙烧。
本发明的目的是提供因应力磁特性(特别是磁导率μ)降低较小的、能够低温烧结(也就是说，在低于用作电极材料的Ag或Ag合金熔点的温度下烧结)的磁性铁氧体，还提供使用这种磁性铁氧体的多层铁氧体元件。本发明的另一个目的是提供生产磁性铁氧体和多层铁氧体元件的方法。
本发明的磁性铁氧体粉末具有下列组成：Fe2O3：40-51mol％、CuO：7-30mol％、ZnO：0.5-35mol％和MgO：5-35mol％，其中粒度尺寸的峰值范围为0.3-1.2毫米。在磁性铁氧体粉末中，可以用NiO代替一部分MgO。实际上，MgO和NiO的总量为5-35mol％是足够的。
本发明的磁性铁氧体粉末具有下列组成：Fe2O3：40-51mol％、CuO：7-30mol％、ZnO：0.5-35mol％和MgO：5-35mol％，且在低于940℃的温度下烧结。取决于此磁性铁氧体，可实现低于940℃下的烧结，而且可以获得满意性能的多层铁氧体元件。
当本发明磁性铁氧体在940℃或更低的温度范围下烧结时，收缩率为10％或更高。事实表明低于940℃烧结是可能的。
在本发明磁性铁氧体中，所希望的组成是Fe2O3：45-49.8mol％、CuO：8-25mol％、ZnO：15-25mol％和MgO：7-26mol％。
本发明的多层铁氧体元件使用了上述的磁性铁氧体，并具有电连接到内电极上的外电极，该内电极是与磁性铁氧体层交替层压的多层体，所说的磁性铁氧体层由烧结的磁性铁氧体组成，该磁性铁氧体组成为Fe2O3：40-51mol％、CuO：7-30mol％、ZnO：0.5-35mol％和MgO：5-35mol％，而且内电极由Ag或Ag合金组成。
本发明的多层铁氧体元件具有介电层和内电极的交替层压，且可以与具有电连接到内电极的外电极的多层电容器元件集成构成。简言之，在本发明中组合多层元件例如LC组合多层元件也定义为多层铁氧体元件。
本发明的多层铁氧体元件具有磁性铁氧体层和内电极层的交替层压，且具有电连接到内电极的外电极，所说的磁性铁氧体层由磁致伸缩为10×10-6或更低的烧结铁氧体组成，以及所说的内电极由Ag或Ag合金组成。在此多层铁氧体元件中，优选的烧结铁氧体是具有下列组成的MgCuZn基的铁氧体：Fe2O3：40-51mol％、CuO：5-30mol％、ZnO：0.5-35mol％和MgO：5-50mol％。
本发明的多层铁氧体元件是由具有磁性铁氧体层和内电极层交替层压的感应器元件与具有介电层和内电极交替层压的电容器元件集成的，且具有电连接到多层感应器和多层电容器的内电极上的外电极。多层感应器元件的磁性铁氧体层由磁致伸缩率为10×10-6或更低的烧结MgCuZn基铁氧体组成，和内电极由Ag或Ag合金组成。在此多层铁氧体元件中，优选的烧结MgCuZn基铁氧体是具有下列组成的MgCuZn基的铁氧体：Fe2O3：45-49.8mol％、CuO：7-30mol％、ZnO：15-25mol％和MgO：5-35mol％。而且，可以用NiO代替一部分MgO。实际上，该组成为Fe2O3：45-49.8mol％、CuO：7-30mol％、ZnO：15-25mol％和MgO+NiO：5-35mol％。
根据本发明，生产磁性铁氧体的方法包括以下步骤：混合原料粉末；在低于900℃的温度下预烧结该混合的原料粉末；研磨该预烧结材料；将选自研磨粉末的粒径分布峰范围为0.3-1.2μm的粉末压成要求的形状；和烧结该压制体。
在上述磁性铁氧体生产方法中，磁性铁氧体可以是MgCuZn基铁氧体，其中原料粉末是Mg、Mg(OH)2和MgCO3的一种或两种或多种的粉末、Fe2O3粉末、CuO粉末及ZnO粉末。在这种情况下，CuO粉末的所需加入量为5-25mol％。
本发明生产具有多层磁层和内电极的多层铁氧体元件的方法包括：混合磁性铁氧体的原料粉末，在低于900℃的温度下预烧结该混合原料粉末，研磨该预烧结材料，从研磨的粉末中选择粒度分布峰为0.3-1.2μm的粉末，而且还包括以下步骤：用所说的粒度分布为0.3-1.2μm的粉末制成用以形成磁层的薄片或浆料；将所说的薄片或浆料和用于内电极的材料交替层压以形成多层体；以及在940℃或更低的温度下烧结所说的多层体。
在上述多层铁氧体生产方法中，内电极的材料可以是Ag或Ag合金。所需的烧结温度为870-930℃。
图1是多层芯片感应器的横剖面图；
图2是沿着I1-I1的横剖面图；
图3是本发明实施方案的LC组合元件的横剖面图；
图4是表示MgCuZn铁氧体与NiCuZn铁氧体的磁导率μ应力依赖性的曲线图；
图5是表示MgCuZn铁氧体与NiCuZn铁氧体的磁导率μ应力依赖性的曲线图；
图6是表示CuO含量对致密化特性的效果曲线图；
图7是表示在实施例3中测量的粒度分布曲线图；
图8是表示粒度分布峰值对致密化特性的效果曲线图；和
图9是表示预烧结温度对致密化特性的效果曲线图。
下面对本发明进行详细的说明。
首先说明的是磁致伸缩越低，因应力使磁导率μ的变化就越小的原因。
使用MgCuZn铁氧体和NiCuZn铁氧体观察因应力而降低磁导率μ。结果，证实了MgCuZn铁氧体的磁导率μ的变化小于NiCuZn铁氧体。同时，已知起始磁导率(μi)由下列公式定义。从此公式中，可以说材料的磁致伸缩越小，降低磁导率μ越容易受到限制。
μi＝AMs2/(aK1+bλsσ)
(Ms＝饱和的磁通密度，K1＝各向异性常数，λs＝磁致伸缩，σ＝应力)
当比较MgCuZn铁氧体和NiCuZn铁氧体的磁致伸缩时，MgCuZn的磁致伸缩较小。虽然磁致伸缩根据组分而变化，但是NiCuZn铁氧体的磁致伸缩超过10×10-6，而MgCuZn铁氧体的磁致伸缩低于10×10-6。由此，可以想象如果使用MgCuZn铁氧体，那么它会使因应力磁导率μ变化较小。
在JP-A-4-65807中公开和通常建议：为了降低内电极的应力，使磁层和内电极以一定间隔对置，另外JP-A-10-223414公开了为了降低颗粒边界的应力，使Bi插入晶粒边界。总之，为了避免降低磁导率，传统的建议是减小上述公式中的应力项(s)。
相反，而本发明为了防止磁导率的降低，使用一种磁致伸缩(λs)小的材料，因此可以说本发明基于与现具有技术不同的技术思想。而且，可以以比NiCuZn铁氧体低的成本生产MgCuZn铁氧体，且对更进一步降低成本的电子器件或电子仪器的零件来说这是一个大的优点。
在这里，一种障碍是使用传统的MgCuZn铁氧体低温烧结是困难的。因此，发明人对MgCuZn铁氧体进行低温烧结作了调查，并发现控制低的原料粉末预烧结温度是可行的，具体地说为850℃或更低，而且还发现重要的是调节预烧结之后研磨粉末的粒径分布，具体地说使用直径分布峰为0.3-1.2μm的粉末。很清楚：如果准备好了如上所述预烧结温度和粒度分布的条件，那么MgCuZn铁氧体可以在低温，即940℃或更低温度下烧结，以获得足够的特性。
本发明使用MgCuZn铁氧体作为磁性铁氧体。作为MgCuZn基铁氧体的实际实施方案，有MgCuZn铁氧体。为了获得MgCuZn铁氧体，制备Mg、Mg(OH)2和MgCO3的一种或两种或更多的粉末、Fe2O3粉末、CuO粉末和ZnO粉末是必须的。所以该组成(加入量)可以根据要求的磁特性和其它目的加以选择，且基本上满足下列范围。Fe2O3：40-51mol％、CuO：5-30mol％、ZnO：0.5-35mol％以及MgO、Mg(OH)2和MgCO3的一种或两种或多种：5-50mol％。
在本发明中，可以用Ni代替MgCuZn铁氧体中的一部分Mg。换句话说，本发明可以使用MgNiCuZn铁氧体作为MgCuZn基铁氧体。在这种情况下，加入NiO作为原料粉末，且可以与MgO、Mg(OH)2和MgCO3的一种或两种或多种一起加入，总计为5-50mol％。
磁性铁氧体的磁特性对成分具有非常强依赖性，且在上述成分的范围以内，磁导率μ或质量系数Q是被降低的，因此这种磁性铁氧体不适合于多层铁氧体元件。
以下将描述本发明的实施方案。
Fe2O3的含量对磁导率具有大的影响。如果Fe2O3含量小于40mol％，磁导率小，而当与铁氧体的化学计量组成接近时，磁导率增大，但是化学计量成分峰值之后磁导率快速地下降。因此，上限为51mol％。Fe2O3的优选量为45.0-49.8mol％。
CuO是一种有助于降低烧结温度的化合物，而且含量小于7mol％时，不能实现低于940℃的低温烧结。但是CuO含量大于30mol％时，铁氧体烧结体的电阻率降低和质量系数Q降低，因此CuO含量为7-30mol％，优选8-25mol％。
当增加ZnO含量时可以提高磁导率，但是含量太多时，居里温度比100℃低，所以不能满足电子器件所需要的温度特性。因此，ZnO的含量范围为0.5-35mol％，优选15-25mol％。
MgO对于降低磁致伸缩是有效的。为了达到这个效果，需要5mol％或更高的MgO含量。但是因为随着MgO含量的增加，磁导率μ趋于下降，所以上限为35mol％或更低。优选含量范围为7-26mol％。在磁性铁氧体和用于本发明磁性铁氧体的粉末中，可以用NiO代替一部分MgO，在这种情况下，与MgO一起的加入量总计为5-35mol％，优选为7-26mol％。当用NiO代替一部分MgO时，NiO的含量优选为所说的总量的70％或更低。因为超过70％时，获得的磁性铁氧体的磁致伸缩较大，所以不容易获得防止降低磁导率μ的效果。而且，Mg(OH)2和MgCO3可以与MgO一起使用或代替MgO。
磁性铁氧体的磁特性对成分有非常强依赖性，且在上述成分的范围以外，磁导率μ或质量系数Q是小的，因此这种磁性铁氧体不适合作为多层铁氧体元件。
顺便说一下，为了生产本发明的多层铁氧体元件，需要共同焙烧。应该在低于940℃温度下进行共同焙烧，同时考虑作为内电极的Ag或Ag合金的熔点。因此，重要的是用于磁性铁氧体的粉末粒径分布峰值在烧结之前为1.2μm或更低。发明人对MgCuZn铁氧体的低温烧结进行了研究，并发现如果烧结之前粉末的粒径分布峰值为1.2μm或更低，通常难于在低温下烧结的MgCuZn铁氧体是可以低温烧结，同时还发现为了获得这种分布的粉末，需要控制预烧结的温度为900℃，更好的是850℃或更低。显然，如果达到了如上所述预烧结温度和粒度分布的条件，那么MgCuZn铁氧体可以在低温，即940℃或更低温度下烧结，同时保证充分的特性。
为了获得用于本发明磁性铁氧体的粉末，预烧结温度应该为900℃或更低，因此能够低温烧结。因为超过900℃时，预烧结材料硬化，难以提供能够低温烧结的粉末粒径分布。优选的预烧结温度为730-850℃。
将预烧结的材料研磨，以及烧结研磨的粉末。对于本发明，重要的是粒度分布的峰值是在0.3-1.2μm范围内。超过1.2μm时，低温烧结即低于940℃烧结是困难的。相反，粒径分布为1.2μm或更小时，在940℃或更低的温度下烧结时的收缩百分率可以保证为10％或更多，所以可以获得具有足够特性的磁性铁氧体。但是，粒径分布小于0.3μm时，比表面积大，因此对于获得多层铁氧体元件来说，难以获得浆料或薄片。较好的粒度分布的峰值为0.5-1.0μm。为了获得这种分布的粉末，应该控制研磨条件，但是从未控制研磨条件的研磨粉末中也可以收集这种分布的粉末。
本发明的磁性铁氧体粉末是MgO粉末、Fe2O3粉末、CuO粉末和ZnO粉末的混合粉末。当用NiO代替一部分MgO时，也可以混合NiO粉末。当Mg(OH)2或MgCO3与MgO一起使用或代替MgO时，混合Mg(OH)2或MgCO3是足够的。为了进一步加速低温烧结，可以加入不同种类的玻璃例如硼-硅酸盐玻璃或低熔点的氧化物例如V2O5、Bi2O3、B2O3、WO3或PbO。
其次说明多层芯片感应器，这是多层铁氧体元件的一个实施方案。图1是多层芯片感应器的横剖面图，而图2是沿着图1的I1-I1的横剖面图。如图1所示，多层芯片感应器1是由多结构芯片体4和外电极3组成的，其中多结构芯片体4具有磁性铁氧体层2和内电极3交替层压，外电极5配置在芯片体4的两边用于与内电极3进行导电。
本发明的磁性铁氧体材料用于磁性铁氧体层2。也就是说，将分布峰值为0.3-1.2μm的粉末与粘结剂和溶剂混合提供浆料，用于形成磁性铁氧体层2。将此浆料和用于形成内电极3的浆料交替印刷形成多层体并烧结，以便制备一体的芯片体4。
对于粘结剂来说，可以使用已知的粘结剂如乙基纤维素、丙烯酸树脂或丁缩醛树脂。对于溶剂来说，可使用已知的萜品醇、丁基卡必醇或煤油。粘结剂和溶剂的加入量没有限制。但是，建议粘结剂的加入量为1-5重量百分比，以及溶剂的加入量为10-50重量百分比。
除了粘结剂和溶剂之外，可以加入10重量百分比或更低的分散剂、增塑剂、电介质和绝缘体。作为分散剂，可以加入脱水山梨醇脂肪酸酯或glyceline脂肪酸酯。作为增塑剂，可以加入邻苯二甲酸二辛酯、二-正丁基邻苯二甲酸酯、丁基邻苯二甲酰乙醇酸丁基。
所以磁性铁氧体层2可以与薄片一起形成。即，将分布峰值为0.3-1.2μm的粉末与主要成分是聚乙烯醇缩丁醛的粘结剂以及溶剂如甲苯或二甲苯混合获得浆料。使用例如刮片方法将浆料涂敷在薄膜如聚酯薄膜上，并干燥获得薄片用于磁性铁氧体层2。将薄片与用于内电极3的浆料交替地层压，并烧结，从而可以提供多层状结构的芯片体4。粘结剂的含量没有限制，但是建议用量为1-5重量百分比。而且，可以加入10重量百分比或更低的分散剂、增塑剂、电介质和绝缘体。
就内电极3而论，优选电阻率小的Ag或Ag合金，例如Ag-Pd合金，用于提供适合感应器的质量系数Q，但是不限于此，且可以使用Cu、Pd或它们的合金。通过将Ag或Ag合金粉末或它们的氧化物粉末与粘结剂以及溶剂混合并捏和而获得用于内电极3的浆料。对于粘结剂和溶剂来说，可以使用与用来形成磁性铁氧体层2相同的粘结剂和溶剂。如图3所示，内电极层3每个都是椭圆形的，且每一相邻层是螺旋形的，以便保证电导率以及组成闭合磁路线圈(线圈模型)。
外电极5的材料是已知的材料例如Ag、Ni、Cu或Ag-Pd合金。通过印刷方法、电镀法、汽相淀积方法、离子镀法或溅射方法与这些材料一起形成外电极5。
对多层芯片感应器1的芯片4的外径和尺寸没有特别的限制。根据用途确定合理的选择。通常，外部结构基本上是长方体，多数尺寸为1.0-4.5毫米×0.5-3.2毫米×0.6-1.9毫米。电极之间的距离t1和磁性铁氧体层2底部的厚度t2没有特别限制。距离t1可以确定为10-100μm，厚度t2可以为250-500μm，而且内电极3本身的厚度t3通常为5-30μm，绕制线圈模型的螺距为10-100μm，以及绕制线圈数大约为1.5-20.5圈。
将用于磁性铁氧体层2的浆料或薄片与用于内电极3的浆料交替层压之后的烧结温度确定为940℃或更低。因为烧结温度高于940℃时，在磁性铁氧体层2中组成内电极3的材料扩散，且磁特性显著地降低。虽然磁性铁氧体适于低温烧结，但是在低于800℃的温度下烧结是不充分的。因此，在800℃或更高的温度下烧结是优选的。优选的烧结温度范围为820-930℃，更优选的温度为875-920℃。烧结时间为0.05-5小时，优选的烧结时间为0.1-3小时。
进一步说明多层LC组合元件的一个实施方案：LC组合元件。图3是LC组合元件的横剖面图。
如图3所示，通过将片状电容器12与芯片铁氧体元件13联合而组成LC组合元件11。
片状电容器12具有陶瓷介电层21与内电极22交替层压的多层状结构。对陶瓷介电层21没有限制，所以可以使用已知的现有的介电材料。在本发明中，低温烧结温度的二氧化钛是优选的介电材料，而可以使用钛酸基复合氧化物、锆酸基复合氧化物或它们的混合物。为了降低温度，可以加入不同种类的玻璃例如硼-硅酸盐玻璃。作为内电极22，如上所述可以使用与多层芯片感应器1的内电极3相同的材料。内电极22交替地电连接到其它的外电极。
芯片铁氧体元件13由磁性铁氧体层32与电极层33交替层压的多层芯片感应器1组成。此结构与上述的多层芯片感应器1相同。因此，在这里省略详细的说明。
对于如多层芯片感应器1所述的LC组合元件11的外径和尺寸没有特别的限制。因此，根据用途确定合理的选择。通常，外部结构几乎是长方体，且尺寸为1.6-10.0毫米×0.8-15.0毫米×1.0-5.0毫米。
[实施例]
通过实施例说明本发明。
(实施例1)
用表1所示的混合成分和在下列生产条件下生产磁性铁氧体材料。对生产的磁性铁氧体的磁导率μ、应力电阻率特性、磁致伸缩以及密度进行测量。磁导率μ、磁致伸缩和密度的结果示于表2中，而应力电阻率特性如图4所示。
<生产条件>
按照表1称重原料粉末并在由不锈钢桶和钢球介质组成的球磨机中混合湿拌16小时(分散剂是纯水)。混合好混合物之后，通过喷雾干燥器干燥混合粉末，接着在760℃下预烧结10小时。预烧结之后，在球磨机中研磨烧结的粉末66小时，然后烧结研磨的粉末以生产环形的和矩形的平行管状的烧结体。烧结温度为900℃，而保温时间为2小时。
每个特性的测量方法如下。
<磁致伸缩>
使用Naruse Scientific Machinery有限公司制造的饱和的磁致伸缩测量仪器测量5×5×20毫米的试样。
<粒度分布>
将测量分布的0.02克粉末分散在100毫升的水中。冲洗粒度分布计量器的测量器，测量粒径分布计量器的参比标准以测量粒度分布。用Sympatec公司的Helos系统测量粉末的标准离差和分布。
通过激光衍射法用粒度分布计量器的程序计算粒度分布和频率。
<磁导率>
用铜制电线(直径：0.35毫米)缠绕环形的样品20圈，并在100kHz的测量频率和0.2mA的电流下用电感电容电阻测试器(Hewlett Packard公司制造)测量感应系数，以及通过下列公式确定磁导率。磁导率μ＝(1e×L)/(μ0×Ae×N2)
此处，1e：磁路的长度，L：样品的感应系数，μ0：真空导磁率＝4π×10-7(H/m)，Ae：样品的截面积，和N：线圈的绕数。
<应力电阻特性>
用铜制电线(直径：0.35毫米)缠绕正方的环形样品缠绕20圈，并连接到电感电容电阻测试器(Hewlett Packard公司制造)。在这个条件下，在100kHz的测量频率和0.2mA的电流条件下，同时用抗弯强度试验仪加载，测量感应系数的降低比率。为了比较磁导率μ的降低率，感应系数的降低率以磁导率μ表示在图4和5中。
[表1]                                                                    mol％
  序号   Fe2O3   NiO     MgO     CuO     ZnO     铁氧体的种类
  1   49   14.0     -     9.5     27.5     NiCuZn
  2   49   21.0     -     9.0     21.0     NiCuZn
  3   49   -     14.0     9.5     27.5     MgCuZn
  4   49   -     21.0     9.0     21.0     MgCuZn
5 49 7.0 7.0 9.6 21.0 MgNiCuZn
[表2]
  序号                烧结的材料 多层铁氧体芯片感应器
    A(×10-6)   B(μ)   密度(g/cm3)   感应系数(μH)     C(Q)
  1     12.0   279   4.91   5.6     39.0
  2     18.0   107   4.81   2.5     38.5
  3     3.0   240   4.64   7.2     41.0
  4     3.2   104   4.75   3.2     40.7
  5     7.0   260   4.78   6.2     41.0
A：磁致伸缩    B：磁导率    C：质量系数
从表1和2中，发现下列情况。
3号和1号的不同在于3号加入了14mol％的MgO，而1号加入了14mol％的NiO，但是其它成分是相同的。比较两者的磁致伸缩(λs)，3号是3×10-6，而1号是12×10-6。也就是说，很清楚：MgCuZn铁氧体的磁致伸缩小于NiCuZn铁氧体。从除了MgO和NiO之外其它成分相同的4号和2号的磁致伸缩可以理解这方面。
而且，比较1号和2号，将NiO的含量从14mol％增加到21mol％时，磁致伸缩从12×10-6大大地变化到18×10-6。相反，比较3号和4号，虽然MgO从14mol％增加到21mol％，但是磁致伸缩只从3×10-6变化到3.2×10-6。总之，可以相信即使增加MgO的含量，基本上也不会使磁致伸缩变大。
5号是NiO与MgO一起加入的实施例，与1号和2比较，其磁致伸缩小，而磁导率μ值良好。
图4是表示3号和1号的抗应力特性，而图5是表示4号和2号的抗应力特性。从图4和5中，可以知道：应力磁导率μ降低。然而，从图4中可以看出：小磁致伸缩的3号(3×10-6)的磁导率的降低程度小于大磁致伸缩的1号(12×10-6)。从图5中可以看出相同的结果。因此，为了减少由应力引起的磁导率的降低程度，有利的是使用小磁致伸缩的NgCuZn基铁氧体。
在具有表1成分的100重量％的粉末中，加入2.5重量％的乙基纤维素和40重量％的萜品醇，且通过一个三辊碾磨机将它们混合以制备用于磁性铁氧体层的浆料。另一方面，在100份平均粒径为0.8μm的Ag粉末中，加入2.5重量％的乙基纤维素和40重量％的萜品醇，通过三辊碾磨机混合以制备用于内电极的浆料。将用于磁性铁氧体层的浆料和用于内电极层的浆料交替地印刷多层，并在900℃下烧结2小时以得到如图1和2所示的多层芯片感应器。2012型的多层芯片感应器1的尺寸为2.0毫米×1.2毫米×1.1毫米，且线圈绕组为4.5圈。在600℃下在其带有外电极5的边缘焙烧多层芯片感应器1。
对于获得的多层芯片感应器1，在100kHz的测量频率和0.2mA的测量电流下用电感电容电阻测试器(Hewlett Packard公司制造)测量感应系数L和质量系数Q。
结果示于表2中。如果使用MgCuZn铁氧体和MgNiCuZn铁氧体任何一个，可以获得与常规的NiCuZn铁氧体多层芯片感应器等效的特性。
(实施例2)
实施例2是为了证实CuO的含量的影响。用表3所示的混合成分和在与实施例1相同的条件下制作样品，并测量磁导率μ和密度。结果示于表4中。
[表3]                                                                      mol％
    序号   Fe2O3     NiO     MgO     CuO     ZnO     铁氧体的种类
    6   49     23.5     4.0     23.5     MgCuZn
    7   49     21.5     8.0     21.5     MgCuZn
    8   49     19.5     12.0     19.5     MgCuZn
    9   49     17.5     16.0     17.5     MgCuzn
    10   49     15.5     20.0     15.5     MgCuZn
    11   49     13.5     24.0     13.5     MgCuZn
    12   49     11.5     28.0     11.5     MgCuZn
[表4]
  序号     烧结的材料   多层铁氧体芯片电感器     备注
    B(μ)   密度(g/cm3)     感应系数(μH)     C(Q)     CuO(mol％)
  6     40   3.87     1.0     20.0     4.0
  7     180   4.66     4.6     38.0     8.0
  8     210   4.75     5.4     39.0     12.0
  9     224   4.80     5.7     40.0     16.0
  10     218   4.81     5.6     39.3     20.0
  11     200   4.83     5.1     38.4     24.0
  12     100   4.85     2.6     24.4     28.0
B：磁导率  C：质量系数
从表3和4中，可以看出：随着增加CuO的含量，改善了磁导率μ，但是超过24mol％以上，它大大地下降。当CuO含量为4.0mol％时，不能提供几乎充分的磁特性，而如果CuO含量为28.0mol％时，磁导率变差。考虑到该磁特性，CuO粉末的所需加入量为5-25mol％。
在表3中，对于6号(CuO：4.0mol％)、7号(CuO：8.0mol％)、8号(CuO：12.0mol％)、9号(CuO：16.0mol％)和11号(CuO：24.0mol％)，将磨碎了的预烧结粉末加热到预定温度，并测量收缩百分率(ΔL/L)该收缩百分率作为容易烧结的标准，且可以认为收缩百分率越大，烧结越容易。结果示于图6中。图6的线条称作加热收缩曲线。从图6中可以看出：随着CuO含量的增加，收缩百分率变得越大。也就是说，通过加入CuO，烧结变得容易，并且在低温下烧结是可能的。
当将9号(CuO：16.0mol％)与11号(CuO：24.0mol％)比较时，可以知道：大约20.0mol％的CuO是足够的。另一方面，6号(CuO：4.0mol％)的收缩百分率小于7号(CuO：8.0mol％)，且为了完全能够低温烧结，CuO含量应该为7mol％，更优选为10.0mol％或更高。
按照与实施例1相同方法制造多层芯片感应器，并测量感应系数L和质量系数Q。结果示于表4中。在多层芯片感应器中也证实了在CuO为8.0-24.0mol％的实施例中获得了好的感应系数L和好的质量系数Q。
(实施例3)
实施例3将证实预烧结温度的影响。除了在不同的温度下进行预烧结之外，用表5所示的混合成分和在与实施例1(烧结温度900℃)相同的条件下制造样品，并按照与实施例1同样地方法测量磁导率μ和密度。表6表示了每个预烧结温度下磁导率μ和密度的测量结果。
[表5]                                                                   mol％
  No.   Fe2O3     NiO     MgO   CuO  ZnO   铁氧体的种类
  49     -     19.5   11.0  20.5   MgCuZn
[表6]
  序号     预烧结温度       烧结的材料   多层铁氧体芯片感应器
(℃)     B(μ)     密度(g/cm3)   感应系数(μH)     C(Q)
  13     700     100     4.41   2.6     38.5
  14     730     108     4.43   2.8     38.4
  15     760     115     4.58   2.9     39.0
  16     790     119     4.61   3.0     40.0
  17     810     136     4.65   3.5     40.2
  18     850     128     4.63   3.3     39.2
  19     900     94     4.14   2.4     20.0
B：磁导率  C：质量系数
按照常规的趋势，在预烧结温度为850℃以前，当温度变得较高时，磁导率μ和密度变得较高。这意味着随着预烧结温度的增加，显示出预烧结的效果。当温度高到900℃时，磁导率μ和密度降低。
在850℃下预烧结具有表5所示的混合成分的原料粉末，通过改变研磨条件获得图7所示的两种粉末。
使用两种粉末，查找加热-收缩曲线，以观察粒度分布的峰值对烧结的影响。结果示于图8中。
可以看出：在750-1000℃范围内，粒径分布的峰值为0.62μm的粉末的收缩百分率大于粒径分布峰值为1.3μm粉末。因此可以说收缩百分率越大，越容易进行烧结，因此可以看出：峰值为0.62μm的粉末比峰值为1.38毫米的粉末具有更好的可烧结性。
在本发明中，为了与形成内电极的Ag或Ag合金一起能够共同焙烧，如上所述需要在940℃或更低的低温下进行烧结。另一方面，在940℃或更低的温度下分布最大值为0.62μm的粉末的收缩百分率大于分布最大值为1.38μm的粉末，因此可以说适合于低温烧结。
在图6中，当在预定温度下加热预烧结之后的碾碎粉末时，对于15号(预烧结温度：760℃)、18号(预烧结温度：850℃)和19号(预烧结温度：900℃)，测量其收缩百分率。结果示于图9中。在三个预烧结温度之中，850℃的18号显示出最大的收缩百分率，因此适于低温烧结。在900℃下预烧结的19号表明预烧结粉末太坚硬，且没有完全研磨，所以其收缩百分率小于18号。在760℃的15号中，预烧结没有获得单相组织的尖晶石，所以加热引起的收缩百分率次于18号。根据其它的研究，证实了在800℃或较高的温度下预烧结可以获得单相组织的尖晶石。因此考虑到这一点对决定预烧结温度来说是重要的。
按照与实施例1相同方法制造多层芯片感应器，并测量感应系数L和质量系数Q。结果示于表6中。在多层芯片感应器中也证实：在850℃或更低的温度下获得好的感应系数L和好的质量系数Q，但是在900℃下，感应系数L和质量系数Q突然下降。
(实施例4)
实施例4将证实烧结温度的影响。除了在不同的温度下进行烧结之外，用表7所示的混合成分和在与实施例1(预烧结温度760℃)相同的条件下制造样品，并按照与实施例1同样的方法测量磁导率μ和密度。表8表示了每个预烧结温度下磁导率μ和密度的测量结果。按照与实施例1相同方法制造多层芯片电感器，并按照与实施例1相同方法测量感应系数L和质量系数Q。结果示于表8中。
[表7]                                                                   mol％
序号   Fe2O3  NiO    MgO   CuO    ZnO     铁氧体的种类
  49.5  -     13.3   11.0    26.2     MgCuZn
 [表8]
  序号     烧结温度        烧结的材料       多层铁氧体芯片感应器
(℃)     B(μ)     密度(g/cm3)     感应系数(μH)     C(Q)
  20     850     60     4.28     1.5     21.0
  21     870     131     4.60     3.4     37.0
  22     890     266     4.74     6.8     40.0
  23     910     420     4.75     10.8     40.5
  24     930     702     4.96     18.0     41.0
  25     950     831     5.01     0.1     0.1
B：磁导率， C：质量系数
在表8中，随着烧结温度升高，改善了烧结材料的磁导率μ和密度。所以，仅从这些结果来看，选择高温是优选的。然而，在950℃下烧结感应系数L和质量系数Q突然下降。这是因为组成内电极的Ag扩散进入磁性铁氧体层。因此，当使用Ag或Ag合金作为内电极的材料生产多层铁氧体元件时，应该在小于950℃的温度下进行烧结。
如上所述，根据本发明，可以生产磁导率μ因应力降低较小的磁性铁氧体，和能够在低温，即低于用作为电极材料的Ag或Ag合金的熔点下，烧结，而且以低成本生产多层铁氧体元件。

Claims (15)

1.用于磁性铁氧体的粉末，包括：
Fe2O3：40-51mol％；
CuO：7-30mol％；
ZnO：0.5-35mol％；和MgO：5-35mol％，
其中粒度分布的峰值为0.3-1.2μm。
2.权利要求1所述的用于磁性铁氧体的粉末，还包括NiO，且
其中MgO和NiO的总量为5-35mol％。
3.一种磁性铁氧体，包括：
Fe2O3：40-51mol％；
CuO：7-30mol％；
ZnO：0.5-35mol％；和MgO：5-35mol％，
其中所说的磁性铁氧体经过在800-940℃的温度下烧结。
4.权利要求3所述的磁性铁氧体，其中在940℃的温度下烧结的收缩百分率为高于10％。
5.权利要求3或4所述的磁性铁氧体，其中其组成为45-49.8mol％的Fe2O3、8-25mol％的CuO、15-25mol％的ZnO和7-26mol％的MgO。
6.一种多层铁氧体元件，包括：
多个彼此交替层压的磁性铁氧体层和内电极；
与所说的内电极电连接的外电极；
其中所说的磁性铁氧体层由具有下列组成的烧结磁性铁氧体组成：40-51mol％的Fe2O3、7-25mol％的CuO、0.5-35mol％的ZnO和5-35mol％的MgO，以及内电极由Ag或Ag合金组成。
7.权利要求6所述的多层铁氧体元件，其中多层铁氧体元件是与多层电容器元件以及与内电极电连接的外电极集成为一体，该多层电容器元件具有交替层压介电层和内电极交替排列结构。
8.一种多层铁氧体元件，包括：
多个彼此交替层压的磁性铁氧体层和内电极；
与所说的内电极电连接的外电极；
其中所说的磁性铁氧体层由磁致伸缩为10×10-6或更低的烧结磁性铁氧体组成，所说的内电极由Ag或Ag合金组成，
其中所说的烧结磁性铁氧体层是具有下列组成的MgCuZn基铁氧体：40-51mol％的Fe2O3、5-30mol％的CuO、0.5-35mol％的ZnO和5-50mol％的MgO。
9.一种组合多层铁氧体元件，包括：
多层电容器元件：包括多个彼此交替层压的介电层和内电极；
多层感应器元件：包括多个彼此交替层压的磁性铁氧体层和内电极；
与所说多层电容器元件和所说多层感应器元件的所说内电极电连接的外电极；
其中所说的多层感应器元件的磁性铁氧体层，由磁致伸缩为10×10-6或更低的烧结MgCuZn基磁性铁氧体组成，和所说的外电极由Ag或Ag合金组成，
所说的烧结MgCuZn基磁性铁氧体具有下列组成：45-49.8mol％的Fe2O3、7-30mol％的CuO、15-25mol％的ZnO和5-35mol％的MgO。
10.权利要求9所述的多层铁氧体元件，其中所说的烧结MgCuZn基磁性铁氧体具有下列组成：45-49.8mol％的Fe2O3、7-30mol％的CuO、15-25mol％的ZnO和5-35mol％的MgO+NiO。
11.一种生产磁性铁氧体的方法，包括以下步骤：
混合原料粉末；
在730-900℃的温度下预烧结所说的混合原料粉末；
研磨预烧结材料；
将选自所说的碾碎粉末分布峰值为0.3-1.2μm的粉末压制成要求的形状；和
烧结在压制步骤中获得的压制体，
其中所说的原料粉末是MgO、Mg(OH)2和MgCO3中的至少一种和Fe2O3粉末，CuO粉末和ZnO粉末，所说的磁性铁氧体为MgCuZn基铁氧体。
12.权利要求11的生产磁性铁氧体的方法，其中所说的CuO粉末的加入量是5-25mol％。
13.一种其中磁层与内电极相层压的多层铁氧体元件的生产方法，包括生产用于多层铁氧体芯片原料的步骤，其包括下列步骤：
混合用于磁性铁氧体的原材料；
在730-900℃的温度下预烧结混合的原料粉末；
研磨所说的烧结材料；
从所说的碾碎粉末中选择分布峰值为0.3-1.2μm的粉末；和
用所说的分布峰值为0.3-1.2μm的粉末制成用于形成磁层的薄片或浆料；
将所说的薄片或浆料与用作内电极的材料交替地层压形成多层体；和
在800-940℃的温度下烧结所说的多层体，
其中该原料粉末是MgO、Mg(OH)2和MgCO3中的至少一种，和NiO粉末，Fe2O3粉末，CuO粉末和ZnO粉末，所说的磁性铁氧体为MgNiCuZn基铁氧体。
14.权利要求13所述的生产多层铁氧体元件的方法，其中用于内电极的材料是Ag或Ag合金。
15.权利要求13或14所述的生产多层铁氧体元件的方法，其中烧结温度为870-930℃。
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