CN1208020A - 氧化物改性制备低温烧结平面六角铁氧体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氧化物改性制备低温烧结平面六角铁氧体的方法,该方法是首先按化学计量比称取原料,然后在乙醇中以钢珠为媒体球磨,烘干后过筛,然后按一定升温速度升温至1000—1200℃,保温,最后加入助熔剂,球磨,烘干后再加PVA溶液,过筛、造粒、成型再烧结,即制得本发明的产品。本发明实现了低温烧结铁氧体粉,显著降低了粉体及电感产品的生产成本。

Description

氧化物改性制备低温烧结平面六角铁氧体的方法

本发明涉及一种氧化物改性制备低温烧结平面六角铁氧体的方法，适用于甚高频段的多层片式电感器件，属于电子元器件新材料、新工艺领域。

随着表面安装技术(SMT)的日益发展，对表面安装元件(SMD)的性能要求越来越高，成本却越来越低。作为SMD元件的重要组成元件之一，片式电感的发展趋势也是如此。软磁铁氧体是制造片式电感的主要基体材料，为降低元器件的成本，目前只能选择降低铁氧体烧结温度和比较廉价的内电极材料。Ag或Ag-Pd合金电极是最常用的廉价内电极材料，但它的熔点不超过961℃，为实现软磁铁氧体材料与低熔点内电极材料的共烧结与防止Ag向元件内部扩散，必须降低片式电感的最终烧结温度。

常用的中、高频Ni-Zn-Cu软磁铁氧体已经通过制备超细高活性粉体成功实现片式电感的低温烧结并应用于生产。但是适用于甚高频段的平面六角晶系Co₂Z(Ba₃Co₂Fe₂₄O₄₁)型软磁铁氧体，由于本身结构与组成的复杂性，一直未能实现低温烧结。随着信息通讯技术的高速发展，对片式电感的性能要求越来越高，人们越来越迫切地渴望实现Co₂Z型铁氧体低温烧结并将相应多层片式电感产品投放于市场。

传统的铁氧体陶瓷工艺的烧结温度很高，对于Co₂Z(Ba₃Co₂Fe₂₄O₄₁)铁氧体来说，可达1250-1350℃，为了降低陶瓷的烧结温度，往往需要添加比较多的玻璃相化合物或低熔点化合物，虽然工艺流程易于控制和掌握，但是所烧结的铁氧体样品的某些微波性能，如品质因数、截止频率、介电常数等均不太理想，严重影响了Z型铁氧体材料及其元器件的商品化。

本发明的目的是提出一种氧化物改性制备低温烧结平面六角铁氧体的方法，从材料结构学的角度出发，在传统的铁氧体陶瓷烧结工艺的基础上，通过添加有效组分来调制Co₂Z(Ba₃Co₂Fe₂₄O₄₁)铁氧体的微结构，使调制改性后的铁氧体的熔点降低，然后再适量加入一些助熔剂，从而达到降低烧结温度的目的。这样烧结的样品晶粒尺寸小而均匀，低温烧结后材料的致密度也有了较大的提高，工艺过程相对简单，所做成的电感器件综合性能也很优良。

本发明设计的工艺是用Cu或Cu、Zn的氧化物对纯Co₂Z(Ba₃Co₂Fe₂₄O₄₁)改性以制备铁氧体(Co_2-x-yZn_xCu_y)Fe_24-δO₄₁粉，上式中的各参数分别是0≤X≤1,0≤Y≤0.8,0≤δ≤2，其制备方法包括下列各步骤：

(1)按化学计量比称取适量分析纯的Fe₂O₃、Co₂O₃、BaCO₃、CuO、ZnO；

(2)在乙醇中以钢球为媒体球磨混合12-24小时，烘干后过60-120目筛；

(3)按2-10℃升温速度加热到1000-1200℃预烧保温2-5小时；

(4)往第(3)步预烧粉中加入0-4wt％的助熔剂Bi₂O₃或V₂O₅，再球磨混合24-72小时，烘干后加入6-10wt％的PVA溶液，溶液的浓度为4-7％，过60-120目筛，造粒，成型；

(5)按2-10℃/min升温速度加热到800-950℃，保温4-8小时，即得平面六角铁氧体粉。

本发明采用普通的氧化物陶瓷工艺方法，从材料自身结构着手，不改变传统的氧化物陶瓷工艺流程，成功地实现了低温烧结，使烧结温度降低了400℃左右，而且在900℃左右烧结后材料的颗粒比较细小，晶粒分布也比较均匀，材料的综合磁性能也比较优良，采用此法不用投资任何新的生产设备，不用改变传统的工艺方法，即可生产出高性能的多层片式电感元器件(MLCI)。由于实现了低温烧结，节约了大量电能，减少了设备损耗，从而显著降低了粉体及电感产品的生产成本。

附图说明；

图1是烧结铁氧体样品的磁性能，其中μ_i表示初始磁导率，Q表示品质因数。

图2是烧结铁氧体样品的μQ积。

图中虚线代表非改性样品，实线代表改性样品。

下面介绍本发明的实施例。

实施例1(Ba₃Co_1.8Cu_0.2Fe_23.6O₄₁)：

(1)按化学计量比称取分析纯的Fe₂O₃、Co₂O₃、BaCO₃、CuO；

(2)在乙醇中以钢球为媒体球磨混合24小时，烘干后过60目筛；

(3)按3℃/min的升温速度加热到1120℃预烧保温3小时；

(4)往第(3)步预烧粉中加入2wt％的Bi₂O₃，再球磨混合48小时，烘干后加入6-10％的PVA溶液，溶液浓度为5％，过60目筛，造粒，成型；

(5)按5℃/min的升温速度加热到880℃，于空气中保温4小时。

烧结后材料的颗粒细、分布均匀，致密度也高，材料的综合磁性能优良，在甚高频段，初始磁导率达到3.2，截止频率显著提高，超过1GHz，品质因数也比非低烧材料有明显的改善。

实施例2(Ba₃Co_1.4Zn_0.4Cu_0.2Fe_23.6O₄₁)：

(1)按化学计量比称取分析纯的Fe₂O₃、Co₂O₃、BaCO₃、CuO、ZnO；

(2)在乙醇中以钢球为媒体球磨混合24小时，烘干后过60目筛；

(3)按2℃/min的升温速度加热到1140℃预烧保温4小时；

(4)往第(3)步预烧粉中加入3wt％的Bi₂O₃，再球磨混合48小时，烘干后加入6-10％的PVA溶液，溶液浓度为5％，过60目筛，造粒，成型；

(5)按5℃/min的升温速度加热到875℃，于空气中保温6小时。

烧结后材料的颗粒细、分布均匀，致密度高，材料的综合磁性能优良，在甚高频段，初始磁导率达到4.0，截止频率显著提高，超过1GHz，品质因数也比非低烧材料的有明显的改善。

实施例3(Ba₃Co_1.2Zn_0.4Cu_0.4Fe_23.6O₄₁)：

(1)按化学计量比称取分析纯的Fe₂O₃、Co₂O₃、BaCO₃、CuO、ZnO；

(2)在乙醇中以钢球为媒体球磨混合24小时，烘干后过60目筛；

(3)按2℃/min的升温速度加热到1100℃预烧保温4小时；

(4)往第(3)步预烧粉中加入2wt％的V₂O₅，再球磨混合48小时，烘干后加入6-10％的PVA溶液，溶液浓度为5％，过60目筛，造粒，成型；

(5)按5℃/min的升温速度加热到875℃，于空气中保温4小时。

烧结后材料的颗粒细、分布均匀，致密度高，材料的综合磁性能优良，在甚高频段，初始磁导率达到3.5，截止频率显著提高，超过1GHz，品质因数也比相应非低温烧结材料的有明显的改善。

比较例1(Ba₃Co₂Fe₂₄O₄₁)：

采用普通的铁氧体烧结工艺，按摩尔比称取适量的分析纯原料粉体BaCO₃、Co₂O₃、Fe₂O₃，在乙醇中以钢球为媒体球磨混合24小时，在1200℃于空气中预烧3小时，往预烧粉中加入8％wt的PVA溶液，溶液浓度为5％，过120目筛，造粒，成型，于1270℃空气中烧结。测得样品的初始磁导率为10，品质因数则不能满足使用要求，孔隙率比较高，晶粒内部甚至也存在气孔。

Claims (1)

1、一种氧化物改性制备低温烧结平面六角铁氧体的方法，其特征在于，该方法是用Cu或Cu、Zn的氧化物对纯Co₂Z(Ba₃Co₂Fe₂₄O₄₁)改性以制备铁氧体(Co_2-x-yZn_xCu_y)Fe_24-δO₄₁粉，上式中的各参数分别是0≤X≤1,0≤Y≤0.8,0≤δ≤2，其制备方法包括下列各步骤：

(1)按化学计量比称取适量分析纯的Fe₂O₃、Co₂O₃、BaCO₃、CuO、ZnO

(2)在乙醇中以钢球为媒体球磨混合12-24小时，烘干后过60-120目筛；

(3)按2-10℃升温速度加热到1000-1200℃预烧保温2-5小时；

(4)往第(3)步预烧粉中加入0-4wt％的助熔剂Bi₂O₃或V₂O₅，再球磨混合24-72小时，烘干后加入6-10wt％的PVA溶液，溶液的浓度为4-7％，过60-120目筛，造粒，成型；

(5)按2-10℃/min升温速度加热到800-950℃，保温4-8小时，即得平面六角铁氧体粉。

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