JPWO2020158335A1 - MnZn-based ferrite and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

初透磁率が高く、かつ破壊靭性値が高い、MnZn系フェライトを提供する。MnZn系フェライトの基本成分および副成分を適正範囲に調整すると共に、不可避的不純物であるPおよびB量をそれぞれ、P:10massppm未満およびB:10massppm未満に抑制し、前記MnZn系フェライトに占める全ボイド数に対する結晶粒内ボイド数を55%未満とし、さらに23℃、100kHzにおける初透磁率を4000以上、JIS R 1607に準拠して測定した破壊靱性値が1.00MPa・m1/2以上とする。Provided is an MnZn-based ferrite having a high initial magnetic permeability and a high fracture toughness value. The basic and sub-components of MnZn-based ferrite are adjusted to an appropriate range, and the amounts of unavoidable impurities P and B are suppressed to less than P: 10 mass ppm and B: less than 10 mass ppm, respectively, and all voids in the MnZn-based ferrite are suppressed. The number of voids in the crystal grains relative to the number shall be less than 55%, the initial magnetic permeability at 23 ° C. and 100 kHz shall be 4000 or more, and the fracture toughness value measured in accordance with JIS R 1607 shall be 1.00 MPa · m 1/2 or more.

Description

本発明は、特に自動車搭載部品の磁心に供して好適なMnZn系フェライトおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an MnZn-based ferrite that is particularly suitable for magnetic cores of automobile-mounted parts and a method for producing the same.

MnZn系フェライトは、スイッチング電源等のノイズフィルタやトランス、アンテナの磁心として幅広く使用されている材料である。特長としては、軟磁性材料の中ではkHz領域において高透磁率、低損失であり、またアモルファス金属等と比較して安価なことが挙げられる。 MnZn-based ferrite is a material widely used as a magnetic core of noise filters such as switching power supplies, transformers, and antennas. Among the soft magnetic materials, it has high magnetic permeability and low loss in the kHz region, and is cheaper than amorphous metals and the like.

このうち近年の自動車のハイブリッド化、電装化に伴いニーズが拡大している自動車搭載用途の電子機器の磁心に供するMnZn系フェライトには、破壊靭性値が高いことが求められる。というのは、MnZn系フェライトはセラミックスであり、脆性材料であることから破損しやすいこと、加えて従来の家電製品用途と比較して、自動車搭載用途では絶えず振動を受け、破損されやすい環境下で使用され続けるためである。
しかし、同時に自動車用途では、軽量化、省スペース化も求められるため、高い破壊靭性値に加え、従来用途と同様に好適な磁気特性を併せ持つことが重要である。
Of these, MnZn-based ferrites used for the magnetic cores of electronic devices for automobile mounting applications, whose needs are expanding due to the recent hybridization and electrical equipment of automobiles, are required to have a high fracture toughness value. This is because MnZn-based ferrites are ceramics and are brittle materials, so they are easily damaged. In addition, compared to conventional home appliances, they are constantly vibrated and easily damaged in automobile mounting applications. This is because it will continue to be used.
However, at the same time, in automobile applications, weight reduction and space saving are also required. Therefore, it is important to have a suitable magnetic property as in the conventional application in addition to a high fracture toughness value.

自動車搭載用途向けのMnZn系フェライトとしては、過去に様々な開発が進められている。
良好な磁気特性に言及したものとしては、特許文献1および2等が、また破壊靭性値を高めたMnZn系フェライトとしては、特許文献3および4等が報告されている。
Various developments have been carried out in the past as MnZn-based ferrites for automobile mounting applications.
Patent Documents 1 and 2 and the like are reported as references to good magnetic properties, and Patent Documents 3 and 4 and the like are reported as MnZn-based ferrites having an increased fracture toughness value.

特開2007−51052号公報JP-A-2007-51052 特開2012−76983号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-76983 特開平4−318904号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-318904 特開平4−177808号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-177808

一般的にMnZn系フェライトの初透磁率を上昇させるためには、磁気異方性と磁歪を小さくすることが有効である。これらの実現のためには、MnZn系フェライトの主成分であるFe、ZnOおよびMnOの配合量を、好適な範囲に設定する必要がある。
また、焼成工程において十分な熱を加え、フェライト内の結晶粒を適度に成長させることで、磁化工程における結晶粒内の磁壁の移動を容易化し、さらに粒界に偏析する成分を添加し、適度で均一な厚みの粒界を生成させ、比抵抗を保持させることで、周波数上昇に伴う初透磁率の減衰を抑制し、100kHz領域でも高い初透磁率を実現している。
Generally, in order to increase the initial magnetic permeability of MnZn-based ferrite, it is effective to reduce the magnetic anisotropy and magnetostriction. In order to realize these, it is necessary to set the blending amounts of Fe 2 O 3 , ZnO and MnO, which are the main components of the MnZn-based ferrite, in a suitable range.
Further, by applying sufficient heat in the firing step to appropriately grow the crystal grains in the ferrite, the movement of the domain wall in the crystal grains in the magnetization step is facilitated, and a component segregating at the grain boundary is added to obtain an appropriate amount. By generating grain boundaries of uniform thickness and maintaining the specific resistance, the attenuation of the initial magnetic permeability due to the frequency rise is suppressed, and a high initial magnetic permeability is realized even in the 100 kHz region.

自動車車載用電子部品の磁心に関しては、上記の磁気特性に加え、絶えず振動を受ける環境下でも破損しないよう、高い破壊靭性値が求められる。もし磁心であるMnZn系フェライトが破損した場合、インダクタンスが大きく低下することから電子部品は所望の働きができなくなり、その影響で自動車全体が動作不能となる。
以上から、自動車車載用電子部品に供するMnZn系フェライトには、高い初透磁率という良好な磁気特性および高い破壊靭性値の両者が求められる。
In addition to the above magnetic properties, the magnetic core of electronic components for automobiles is required to have a high fracture toughness value so that it will not be damaged even in an environment subject to constant vibration. If the MnZn-based ferrite, which is the magnetic core, is damaged, the inductance is greatly reduced, so that the electronic component cannot perform the desired function, and as a result, the entire automobile becomes inoperable.
From the above, MnZn-based ferrites used in electronic components for automobiles are required to have both good magnetic properties such as high initial magnetic permeability and high fracture toughness values.

しかし、特許文献1や特許文献2では、所望の磁気特性を実現するための組成については言及されているものの、破壊靭性値については一切述べられておらず、自動車車載用電子部品の磁心としては不適と思われる。
また、特許文献3および特許文献4では、破壊靭性値の改良については言及されているものの、磁気特性が自動車車載用電子部品の磁心としては不十分であり、やはりこの用途には不適といえる。
However, in Patent Document 1 and Patent Document 2, although the composition for realizing the desired magnetic properties is mentioned, the fracture toughness value is not mentioned at all, and the magnetic core of the electronic component for automobiles is used. It seems unsuitable.
Further, although Patent Documents 3 and 4 mention the improvement of the fracture toughness value, the magnetic characteristics are insufficient as the magnetic core of the electronic component for automobiles, and it can be said that it is also unsuitable for this application.

そこで本発明は、23℃、100kHzにおける初透磁率の値が4000以上という良好な磁気特性を有し、さらに平板状試料のJIS R 1607に準拠して測定した破壊靭性値が1.00MPa・m1/2以上という機械的特性を併せ持つ、MnZn系フェライトを提供することを目的とする。Therefore, the present invention has a good magnetic property that the initial magnetic permeability value at 23 ° C. and 100 kHz is 4000 or more, and the fracture toughness value measured in accordance with JIS R 1607 of a flat sample is 1.00 MPa · m. An object of the present invention is to provide an MnZn-based ferrite having a mechanical property of 1/2 or more.

そこで、発明者らはまず、トロイダル形状コアにおいて、23℃、100kHzにおける初透磁率を上昇可能な、MnZn系フェライトの基本成分であるFeおよびZnOの適正量について検討した。
その結果、この組成範囲内であれば、磁気異方性および磁歪が小さく、比抵抗も保持し、初透磁率の温度特性が極大値を示すセカンダリピークも23℃近傍に出現させることができ、その結果、同条件下において高い初透磁率を実現することができる適正範囲を見出した。
Therefore, the inventors first examined the appropriate amounts of Fe 2 O 3 and Zn O, which are the basic components of MnZn-based ferrite, which can increase the initial magnetic permeability at 23 ° C. and 100 kHz in the toroidal-shaped core.
As a result, within this composition range, the magnetic anisotropy and magnetostriction are small, the specific resistance is maintained, and the secondary peak showing the maximum value of the temperature characteristic of the initial magnetic permeability can be made to appear in the vicinity of 23 ° C. As a result, we found an appropriate range in which a high initial magnetic permeability can be realized under the same conditions.

次に、粒界に偏析する非磁性成分であるSiO、CaO、NbおよびBiを副成分として適量加えることで均一な厚みの粒界を生成させ、比抵抗を上昇させることで、さらに初透磁率の周波数上昇に伴う減衰を抑制できることを見出した。Next, by adding an appropriate amount of SiO 2 , CaO, Nb 2 O 5 and Bi 2 O 3 which are non-magnetic components segregating at the grain boundaries as subcomponents, grain boundaries of uniform thickness are generated and the specific resistance is increased. As a result, it was found that the attenuation due to the frequency increase of the initial permeability can be further suppressed.

これらに加え、発明者らが破壊靭性値の向上に効果的な因子を調査したところ、MnZn系フェライトの破面を研磨、エッチングした後に観察した画像の解析から、材料内のボイドのうち結晶粒内に残存したボイドの比率と破壊靭性値との間に相関があることを突き止めた。
すなわち、ボイドは、粒界に存在するものと、結晶粒内に存在するものとがあるが、結晶粒内に残存するボイド(以下、結晶粒内ボイドとも称する)を減少させることにより脆性材料であるMnZn系フェライトのき裂伝播が抑制され、その結果、材料の破壊靭性値が向上することが究明されたのである。
In addition to these, the inventors investigated factors effective in improving the fracture toughness value, and found that the crystal grains among the voids in the material were analyzed from the analysis of the images observed after polishing and etching the fracture surface of MnZn-based ferrite. It was found that there is a correlation between the ratio of voids remaining inside and the fracture toughness value.
That is, voids include those existing at grain boundaries and those existing inside crystal grains, but are brittle materials by reducing the voids remaining in the crystal grains (hereinafter, also referred to as intra-crystal voids). It has been clarified that the crack propagation of a certain MnZn-based ferrite is suppressed, and as a result, the fracture toughness value of the material is improved.

この観点で発明者らは、さらに調査を進めたところ、結晶粒内ボイドを減少させるための2つの手段を見出した。
まず、フェライトの焼成時に粒成長バランスが崩れることにより、異常粒が出現することがあるが、この異常粒は粒内に多数のボイドを含有する。この異常粒の発生を抑制して、結晶粒内ボイドの数を低減するためには、不純物の含有量を低減する必要がある。なお、異常粒の出現は損失を増大させるため、磁気特性の観点からも異常粒の回避が求められる。
もう1つは、通常のMnZn系フェライトの製造において仮焼工程を経るのだが、この際の仮焼の最高温度、および冷却時の速度もしくは雰囲気を適正に制御することで、材料が過剰に酸素を吸収することを防ぎ、焼成時における還元反応の際に脱離する酸素量を減少させることで、ボイドの出現数を減少させ、結晶粒内ボイドを減少させる手法である。
これら2つの手段を適切に制御することによって、初めて材料の破壊靭性値を高めることが可能になる。
From this point of view, the inventors further investigated and found two means for reducing intragranular voids.
First, abnormal grains may appear due to the imbalance of grain growth during firing of ferrite, and these abnormal grains contain a large number of voids in the grains. In order to suppress the generation of abnormal grains and reduce the number of voids in the crystal grains, it is necessary to reduce the content of impurities. Since the appearance of abnormal grains increases the loss, it is required to avoid the abnormal grains from the viewpoint of magnetic characteristics.
The other is that the normal MnZn-based ferrite is manufactured through a calcining process. By properly controlling the maximum temperature of calcining and the speed or atmosphere during cooling, the material becomes excessively oxygenated. This is a method of reducing the number of voids appearing and reducing the voids in the crystal grains by preventing the absorption of oxygen and reducing the amount of oxygen desorbed during the reduction reaction during firing.
Only by properly controlling these two means can the fracture toughness value of the material be increased.

以上述べたように、基本成分であるFeおよびZnOの量、ならびに非磁性成分であるSiO、CaO、NbおよびBiの量を適正量に調整すると共に、結晶粒内ボイドを減少させることが、高初透磁率でかつ破壊靭性値の高いMnZn系フェライトを得るために必要である。
なお、先に述べた特許文献1および特許文献2では、破壊靭性値に関する言及がなされておらず、この改善は不可能といえる。
また、特許文献3および特許文献4では、靱性は改善されているものの、適切な組成範囲を選択できていないために、満足のいく磁気特性が実現できていない。
そのため、これらの知見のみでは実用上有用な自動車車載用電子部品の磁心に適したMnZn系フェライトを作製することはできない。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
As described above, the amounts of the basic components Fe 2 O 3 and Zn O and the amounts of the non-magnetic components SiO 2 , Ca O, Nb 2 O 5 and Bi 2 O 3 are adjusted to appropriate amounts, and crystals are formed. It is necessary to reduce intragranular voids in order to obtain MnZn-based ferrite having high initial magnetic permeability and high fracture toughness value.
It should be noted that Patent Document 1 and Patent Document 2 described above do not mention the fracture toughness value, and it can be said that this improvement is impossible.
Further, in Patent Document 3 and Patent Document 4, although the toughness is improved, a satisfactory magnetic property cannot be realized because an appropriate composition range cannot be selected.
Therefore, it is not possible to produce MnZn-based ferrite suitable for the magnetic core of electronic components for automobiles, which is practically useful only by these findings.
The present invention is based on the above findings.

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
1.基本成分、副成分および不可避的不純物からなるMnZn系フェライトであって、
前記基本成分が、Fe、ZnO、MnO換算での鉄、亜鉛、マンガンの合計を100mol%として、
鉄:Fe換算で51.5〜55.5mol%、
亜鉛:ZnO換算で15.5mol%超、26.0mol%以下および
マンガン:MnO換算で22.0〜32.0mol%
であり、
前記基本成分に対して、副成分が、
SiO:50〜250massppm、
CaO:100massppm以上、1000massppm未満、
Nb:100〜300massppmおよび
Bi:50〜300massppm
であり、
前記不可避的不純物におけるPおよびB量をそれぞれ、
P:10massppm未満および
B:10massppm未満
に抑制し、
前記MnZn系フェライトに占める全ボイド数に対する結晶粒内ボイド数が55%未満であり、さらに
23℃、100kHzにおける初透磁率が4000以上、
JIS R 1607に準拠して測定した破壊靱性値が1.00MPa・m1/2以上である、MnZn系フェライト。
That is, the gist structure of the present invention is as follows.
1. 1. MnZn-based ferrite consisting of basic components, sub-components and unavoidable impurities.
Assuming that the total of the basic components, iron, zinc, and manganese in terms of Fe 2 O 3 , ZnO, and MnO is 100 mol%,
Iron: 51.5 to 55.5 mol% in terms of Fe 2 O 3
Zinc: more than 15.5 mol% in terms of ZnO, 26.0 mol% or less, and manganese: 22.0 to 32.0 mol% in terms of MnO
And
With respect to the basic component, the sub-component is
SiO 2 : 50-250 massppm,
CaO: 100 massppm or more, less than 1000 massppm,
Nb 2 O 5 : 100 to 300 mass ppm and Bi 2 O 3 : 50 to 300 mass ppm
And
The amounts of P and B in the unavoidable impurities, respectively,
P: less than 10 mass ppm and B: less than 10 mass ppm,
The number of voids in the crystal grains is less than 55% of the total number of voids in the MnZn-based ferrite, and the initial magnetic permeability at 23 ° C. and 100 kHz is 4000 or more.
MnZn-based ferrite having a fracture toughness value of 1.00 MPa · m 1/2 or more measured in accordance with JIS R 1607.

2.前記副成分として、さらに
CoO:3500massppm以下
を含む、前記1に記載のMnZn系フェライト。
2. 2. The MnZn-based ferrite according to 1 above, which further contains CoO: 3500 mass ppm or less as the sub-component.

3.前記1または2に記載のMnZn系フェライトを得るMnZn系フェライトの製造方法であって、
前記基本成分の混合物を仮焼し、冷却して仮焼粉を得る仮焼工程と、
前記仮焼粉に前記副成分を添加して、混合、粉砕して粉砕粉を得る混合−粉砕工程と、
前記粉砕粉にバインダーを添加、混合した後、造粒して造粒粉を得る造粒工程と、
前記造粒粉を成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼成して、MnZn系フェライトを得る焼成工程と、を有し、
前記仮焼工程における仮焼の最高温度が800〜950℃の範囲で、
かつ前記最高温度から100℃までの冷却速度が800℃/hr以上、または前記最高温度から100℃までの冷却時の雰囲気の酸素濃度が5体積%以下の少なくともいずれかを満足する、MnZn系フェライトの製造方法。
3. 3. The method for producing an MnZn-based ferrite, which obtains the MnZn-based ferrite according to 1 or 2 above.
A calcining step of calcining a mixture of the basic components and cooling the mixture to obtain a calcined powder.
A mixing-crushing step of adding the sub-ingredient to the calcined powder, mixing and crushing to obtain crushed powder, and
A granulation step of adding and mixing a binder to the pulverized powder and then granulating to obtain a granulated powder.
The molding process of molding the granulated powder to obtain a molded product, and
It has a firing step of calcining the molded product to obtain MnZn-based ferrite.
The maximum temperature of calcining in the calcining step is in the range of 800 to 950 ° C.
MnZn-based ferrite that satisfies at least one of a cooling rate of 800 ° C./hr or more from the maximum temperature to 100 ° C. or an oxygen concentration of 5% by volume or less in the atmosphere during cooling from the maximum temperature to 100 ° C. Manufacturing method.

4. 請求項1または2に記載のMnZn系フェライトを得るMnZn系フェライトの製造方法であって、
前記基本成分の混合物を仮焼し、冷却して仮焼粉を得る仮焼工程と、
前記仮焼粉に前記副成分を添加して、混合、粉砕して粉砕粉を得る混合−粉砕工程と、
前記粉砕粉にバインダーを添加、混合した後、造粒して造粒粉を得る造粒工程と、
前記造粒粉を成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼成して、MnZn系フェライトを得る焼成工程と、を有し、
前記仮焼粉の、下記(1)式で示すピーク強度比(X)が0.80以上である、MnZn系フェライトの製造方法。

X=(X線回析により分析したスピネル化合物のピーク強度)/(X線回析により分析したα−Feのピーク強度) ・・・(1)
4. The method for producing an MnZn-based ferrite according to claim 1 or 2, wherein the MnZn-based ferrite is obtained.
A calcining step of calcining a mixture of the basic components and cooling the mixture to obtain a calcined powder.
A mixing-crushing step of adding the sub-ingredient to the calcined powder, mixing and crushing to obtain crushed powder, and
A granulation step of adding and mixing a binder to the pulverized powder and then granulating to obtain a granulated powder.
The molding process of molding the granulated powder to obtain a molded product, and
It has a firing step of calcining the molded product to obtain MnZn-based ferrite.
A method for producing an MnZn-based ferrite in which the peak intensity ratio (X) represented by the following formula (1) of the calcined powder is 0.80 or more.
X = (peak intensity of spinel compound analyzed by X-ray diffraction) / (peak intensity of α-Fe 2 O 3 analyzed by X-ray diffraction) ... (1)

5.前記仮焼工程における仮焼の最高温度が800〜950℃の範囲で、
かつ前記最高温度から100℃までの冷却速度が800℃/hr以上または前記最高温度から100℃までの冷却時の雰囲気の酸素濃度が5体積%以下の少なくともいずれかを満足する、前記4に記載のMnZn系フェライトの製造方法。
5. The maximum temperature of calcining in the calcining step is in the range of 800 to 950 ° C.
4. The above 4, wherein the cooling rate from the maximum temperature to 100 ° C. satisfies at least one of 800 ° C./hr or more or the oxygen concentration of the atmosphere at the time of cooling from the maximum temperature to 100 ° C. is 5% by volume or less. MnZn-based ferrite manufacturing method.

本発明のMnZn系フェライトは、23℃において、100kHzでの初透磁率が4000以上という良好な磁気特性を有し、さらに平板状試料のJIS R 1607に準拠して測定した破壊靭性値が1.00MPa・m1/2以上という機械的特性を併せ持つ。The MnZn-based ferrite of the present invention has a good magnetic property of an initial magnetic permeability of 4000 or more at 100 kHz at 23 ° C., and further has a fracture toughness value measured in accordance with JIS R 1607 of a flat sample. It also has mechanical characteristics of 00 MPa ・ m 1/2 or more.

以下、本発明を具体的に説明する。なお、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
まず、本発明において、MnZn系フェライト(以下、単にフェライトとも称する)の組成を前記の範囲に限定した理由について説明する。なお、基本成分として本発明に含まれる鉄や亜鉛、マンガンについてはすべてFe、ZnO、MnOに換算した値で示す。また、これらFe、ZnO、MnOの含有量については、Fe、ZnO、MnO換算での鉄、亜鉛、マンガンの合計量100mol%に対するmol%で、一方副成分および不可避的不純物の含有量については基本成分に対するmassppmで表すことにした。
Hereinafter, the present invention will be specifically described. In the present specification, the numerical range represented by using "~" means a range including the numerical values before and after "~" as the lower limit value and the upper limit value.
First, in the present invention, the reason why the composition of MnZn-based ferrite (hereinafter, also simply referred to as ferrite) is limited to the above range will be described. In addition, iron, zinc, and manganese contained in the present invention as basic components are all shown as values converted into Fe 2 O 3 , ZnO, and MnO. These Fe 2 O 3, ZnO, for the content of MnO, Fe 2 O 3, ZnO, iron in terms of MnO, zinc, in mol% relative to the total amount 100 mol% of manganese, whereas subcomponent and inevitable impurities The content of is expressed in mass ppm with respect to the basic component.

Fe:51.5〜55.5mol%
基本成分のうち、Feが適正範囲よりも少ない場合でも多い場合でも、磁気異方性が大きくなり、また磁歪も大きくなるために、初透磁率の低下を招く。そのため、最低でもFeを51.5mol%以上含有させ、55.5mol%を上限とする。
Fe 2 O 3 : 51.5 to 55.5 mol%
Of the basic components, whether Fe 2 O 3 is less than the appropriate range or more, the magnetic anisotropy becomes large and the magnetostriction also becomes large, which causes a decrease in the initial magnetic permeability. Therefore, at least Fe 2 O 3 is contained in an amount of 51.5 mol% or more, and the upper limit is 55.5 mol%.

ZnO:15.5mol%超、26.0mol%以下
ZnOが少ない場合にはキュリー温度が過度に高くなるため、23℃における初透磁率が低下することから、最低でも15.5mol%より多く含有させることとする。しかし、含有量が適正量を超えた場合でも初透磁率が極大値を示すセカンダリピーク温度が低下するため、23℃における初透磁率の低下を招く。このため上限を26.0mol%とする。ZnOの含有量は、好ましくは16.0〜25.5mol%の範囲である。
ZnO: More than 15.5 mol%, 26.0 mol% or less When the amount of ZnO is small, the Curie temperature becomes excessively high, and the initial magnetic permeability at 23 ° C. decreases. Therefore, at least 15.5 mol% or more is contained. I will do it. However, even when the content exceeds an appropriate amount, the secondary peak temperature at which the initial magnetic permeability shows a maximum value decreases, which causes a decrease in the initial magnetic permeability at 23 ° C. Therefore, the upper limit is set to 26.0 mol%. The ZnO content is preferably in the range of 16.0 to 25.5 mol%.

MnO:22.0〜32.0mol%
本発明は、MnZn系フェライトであり、主成分組成の残部はMnOでなければならない。なぜなら、MnOでなければ、23℃、100kHzにおける初透磁率が4000以上を実現できないためである。MnOの含有量は、好ましくは22.5〜31.0mol%の範囲である。
なお、基本成分であるFe、ZnO、MnOの合計量は100mol%とするのはいうまでもない。
MnO: 22.0 to 32.0 mol%
The present invention is an MnZn-based ferrite, and the balance of the main component composition must be MnO. This is because it is not possible to achieve an initial magnetic permeability of 4000 or more at 23 ° C. and 100 kHz without MnO. The MnO content is preferably in the range of 22.5 to 31.0 mol%.
Needless to say, the total amount of the basic components Fe 2 O 3 , ZnO, and MnO is 100 mol%.

以上、基本成分について説明したが、副成分については次のとおりである。
SiO:50〜250massppm
SiOは、フェライトの結晶組織の均一化に寄与することが知られており、添加に伴い結晶粒内に残留する結晶粒内ボイドの数を減少させ、また比抵抗も高めることから、適量の添加により、23℃、100kHzにおける初透磁率を上昇させられるとともに、破壊靭性値を高めることができる。そのため、最低でもSiOを50massppm含有することとする。しかし、添加量過多の場合には反対に粒内ボイドを多数含む異常粒が出現し、これは破壊靭性値を著しく低下させると同時に初透磁率も著しく悪化させることから、250massppm以下に抑える必要がある。SiOの含有量は、好ましくは60〜230massppmの範囲である。
The basic components have been described above, but the sub-components are as follows.
SiO 2 : 50-250 massppm
SiO 2 is known to contribute to homogenization of the crystal structure of ferrite, reduces the number of voids in the crystal grains remaining in the crystal grains with addition, and also increases the specific resistance, so that the amount is appropriate. By the addition, the initial magnetic permeability at 23 ° C. and 100 kHz can be increased, and the fracture toughness value can be increased. Therefore, it is assumed that at least 50 massppm of SiO 2 is contained. However, when the amount added is excessive, on the contrary, abnormal grains containing a large number of intragranular voids appear, which significantly lowers the fracture toughness value and at the same time significantly deteriorates the initial magnetic permeability. Therefore, it is necessary to suppress the amount to 250 mass ppm or less. is there. The content of SiO 2 is preferably in the range of 60 to 230 mass ppm.

CaO:100massppm以上、1000massppm未満
CaOは、MnZn系フェライトの結晶粒界に偏析し、結晶粒の成長を抑制する働きがあり、適量の添加により、比抵抗が上昇し、23℃、100kHzにおける初透磁率を上昇させることができる。また、結晶粒成長の抑制に伴い、結晶粒内ボイド数を減少させることで、破壊靱性値も高めることができる。そのため、最低でもCaOを100massppm含有することとする。しかし添加量過多の場合には異常粒が出現し、破壊靭性値の低下および初透磁率の悪化を招くことから、CaOの含有量は1000massppm未満に制限する必要がある。CaOの含有量は、好ましくは130〜850massppmの範囲である。
CaO: 100 massppm or more and less than 1000 massppm CaO segregates at the grain boundaries of MnZn-based ferrite and has a function of suppressing the growth of crystal grains. When an appropriate amount is added, the specific resistance increases and the initial permeability at 23 ° C. and 100 kHz. The magnetic coefficient can be increased. In addition, the fracture toughness value can be increased by reducing the number of voids in the crystal grains as the crystal grain growth is suppressed. Therefore, it is assumed that CaO is contained at least 100 mass ppm. However, if the amount added is excessive, abnormal particles will appear, leading to a decrease in fracture toughness value and deterioration of initial magnetic permeability. Therefore, it is necessary to limit the CaO content to less than 1000 mass ppm. The CaO content is preferably in the range of 130-850 mass ppm.

Nb:100〜300massppm
Nbは、MnZn系フェライトの結晶粒界に偏析し、結晶粒成長を緩やかに抑制し、かつかかる応力を緩和させる効果を有している。そのため、適量の添加により、初透磁率を上昇させることができ、かつ結晶粒内ボイド数を減少させることにより破壊靭性値も高めることができるので、最低でもNbを100massppm含有することとする。しかし、添加量過多の場合には異常粒が出現し、破壊靭性値の著しい低下および初透磁率の悪化を誘発することから、Nbの含有量は300massppm以下に抑制する必要がある。Nbの含有量は、好ましくは120〜280massppmの範囲である。
Nb 2 O 5 : 100-300 massppm
Nb 2 O 5 segregates at the crystal grain boundaries of MnZn-based ferrite, and has the effect of gently suppressing the crystal grain growth and relaxing the stress. Therefore, the initial magnetic permeability can be increased by adding an appropriate amount, and the fracture toughness value can be increased by reducing the number of voids in the crystal grains. Therefore, at least 100 mass ppm of Nb 2 O 5 is contained. To do. However, when the amount added is excessive, abnormal particles appear, which induces a significant decrease in fracture toughness value and deterioration of initial magnetic permeability. Therefore, it is necessary to suppress the content of Nb 2 O 5 to 300 mass ppm or less. The content of Nb 2 O 5 is preferably in the range of 120 to 280 mass ppm.

Bi:50〜300massppm
Biは、MnZn系フェライトの結晶粒成長を緩やかに促進する効果を有し、従来の粒成長促進添加物と異なり、適量の添加に伴い、結晶組織を均一化することから、破壊靭性値を上昇させ、かつ初透磁率も上昇させることができるので、最低でもBiを50massppm含有することとする。しかし、添加量過多の場合には異常粒が出現し、破壊靭性値の著しい低下および初透磁率の悪化を誘発することから、Biの含有量は300massppm以下に抑制する必要がある。Biの含有量は、好ましくは75〜275massppm、さらに好ましくは100〜250massppmの範囲である。
Bi 2 O 3 : 50-300 massppm
Bi 2 O 3 has the effect of slowly promoting the crystal grain growth of MnZn-based ferrite, and unlike conventional grain growth promoting additives, it homogenizes the crystal structure with the addition of an appropriate amount, and thus has fracture toughness. Since the value can be increased and the initial magnetic permeability can be increased, at least 50 mass ppm of Bi 2 O 3 is contained. However, when the amount added is excessive, abnormal particles appear, which induces a significant decrease in fracture toughness value and deterioration of initial magnetic permeability. Therefore, it is necessary to suppress the Bi 2 O 3 content to 300 mass ppm or less. The content of Bi 2 O 3 is preferably in the range of 75 to 275 mass ppm, more preferably 100 to 250 mass ppm.

次に、抑制すべき不可避的不純物について説明する。
P:10massppm未満、B:10massppm未満
PおよびBは、主に原料酸化鉄中に不可避的に含まれる成分である。これらの含有量がごく微量であれば問題ないが、ある一定以上含まれる場合にはフェライトの異常粒成長を誘発し、結晶粒内ボイド率が高くなるため、破壊靭性値が低下するとともに、初透磁率が低下し、重大な悪影響を及ぼす。よって、PおよびBの含有量はともに10massppm未満に制限することとした。好ましくはP、Bとも8massppm以下である。
Next, the unavoidable impurities to be suppressed will be described.
P: less than 10 mass ppm, B: less than 10 mass ppm P and B are components inevitably contained mainly in the raw material iron oxide. There is no problem if these contents are very small, but if they are contained above a certain level, abnormal grain growth of ferrite is induced and the void ratio in the crystal grains is increased, so that the fracture toughness value is lowered and the fracture toughness value is lowered for the first time. Permeability is reduced, which has a serious adverse effect. Therefore, the contents of P and B are both limited to less than 10 mass ppm. Preferably, both P and B are 8 mass ppm or less.

また、組成に限らず種々のパラメータによりMnZn系フェライトの諸特性は多大な影響を受ける。そこで、本発明では、より好ましい磁気特性、強度特性を確保するために以下に述べる規定を設ける。
JIS R 1607に準拠して測定した破壊靱性値:1.00MPa・m1/2以上
MnZn系フェライトはセラミックスであり、脆性材料であるためほとんど塑性変形しない。そのため、破壊靭性値はJIS R 1607に規定されたSEPB法(Single-Edge-Precracked-Beam method)によって測定される。SEPB法においては、平板状試料の中心部にビッカース圧痕を打痕し、予き裂を加えた状態で曲げ試験をすることで破壊靭性値を測定する。本発明のMnZn系フェライトは高靱性が求められる自動車搭載用を想定しており、破壊靱性値が1.00MPa・m1/2以上であることが求められる。
この条件を満たすためには、粉末成形によって製造するMnZn系フェライトでは、材料内にボイドが残存するが、破面を研磨、フッ硝酸による粒界部エッチングの後、200〜500倍視野で観察した画像を解析し、結晶粒内ボイドの総数を視野内の全残存ボイド総数で除した粒内ボイド率を55%未満とする必要がある。結晶粒内ボイド率は、好ましくは50%以下、より好ましくは45%以下である。これは、MnZn系フェライト内のき裂は、主に結晶粒内ボイドを伝って伝播するために、結晶粒内ボイド率が高い場合にはき裂が伝播しやすく、靱性値が低いため、破壊靱性値:1.00MPa・m1/2以上を満たせなくなるためである。
Further, various characteristics of the MnZn-based ferrite are greatly affected by various parameters regardless of the composition. Therefore, in the present invention, the following provisions are provided in order to secure more preferable magnetic characteristics and strength characteristics.
Fracture toughness value measured in accordance with JIS R 1607: 1.00 MPa · m 1/2 or more MnZn-based ferrite is a ceramic and is a brittle material, so it hardly undergoes plastic deformation. Therefore, the fracture toughness value is measured by the SEBP method (Single-Edge-Precracked-Beam method) specified in JIS R 1607. In the SEBP method, the fracture toughness value is measured by making a Vickers indentation in the center of the flat sample and performing a bending test with a pre-crack. The MnZn-based ferrite of the present invention is intended for use in automobiles where high toughness is required, and the fracture toughness value is required to be 1.00 MPa · m 1/2 or more.
In order to satisfy this condition, in the MnZn-based ferrite produced by powder molding, voids remain in the material, but after polishing the fracture surface and etching the grain boundary with fluorine nitric acid, the observation was performed in a 200 to 500 times field of view. It is necessary to analyze the image and divide the total number of intragranular voids by the total number of residual voids in the field of view so that the intragranular void ratio is less than 55%. The void ratio in the crystal grains is preferably 50% or less, more preferably 45% or less. This is because the cracks in the MnZn-based ferrite propagate mainly through the voids in the crystal grains, so when the void ratio in the crystal grains is high, the cracks easily propagate and the toughness value is low, so that they break. This is because the toughness value: 1.00 MPa · m 1/2 or more cannot be satisfied.

結晶粒内ボイド率を55%未満に保つためには、2つの条件を満たす必要がある。
1つ目は、不可避的不純物であるP、Bの量を10massppm未満に抑制することである。というのは、これらの成分は多数の結晶粒内ボイドを含む異常粒の出現を誘発する成分であり、結晶粒内ボイド率を高めるからである。
In order to keep the void ratio in the crystal grains below 55%, it is necessary to satisfy two conditions.
The first is to suppress the amount of unavoidable impurities P and B to less than 10 mass ppm. This is because these components are components that induce the appearance of abnormal grains containing a large number of intragranular voids, and increase the intragranular void ratio.

2つ目は、MnZn系フェライトの製造工程における仮焼条件の適正化である。
基本的に金属酸化物であるMnZn系フェライトの焼成は還元反応であり、この過程で材料が保持する過剰な酸素が放出される。焼成前の成形工程にて、粉体圧縮した成形体の形状を保持するために、成形される造粒粉には有機物バインダーが加えられており、このバインダーは焼成初期段階で燃焼分解され除去される。分解除去の際における還元雰囲気は、酸化物であるフェライト材料から酸素を奪う化学反応を伴うことがあり、この化学反応は体積膨張を伴うことから、成形体を破損させる。このため、これを防ぐために、MnZn系フェライトには仮焼工程にて意図的に酸素を化学量論比よりも過剰に吸収、保持させている。しかし、当然ながら過度に酸素を保持している場合、焼成工程で放出される酸素量は増加する。焼成時の粒成長に伴い、酸素は材料外へと放出されるが、酸素の放出量が多いほど、結晶粒内ボイドの量は増加し、結晶粒内ボイド率が55%以上となると破壊靭性値が所望の1.00MPa・m1/2よりも低下する。そのため、仮焼工程では適切な温度、雰囲気範囲の下で、MnZn系フェライトを処理する必要がある。
具体的には、仮焼の最高温度は800〜950℃の範囲内(好ましくは850〜950℃の範囲内)にするとともに、最高温度から100℃までの冷却速度を800℃/h以上、もしくは最高温度から100℃までの冷却時の酸素濃度が5体積%以下(好ましくは4%以下)の少なくともいずれかを満たす条件下で処理する必要がある。
なお、最高温度から100℃までの冷却時の酸素濃度が5体積%以下とする際の仮焼の最高温度は800〜950℃(より好ましくは850〜930℃)、仮焼雰囲気は空気中とするのが好ましい。
The second is to optimize the calcining conditions in the manufacturing process of MnZn-based ferrite.
Firing of MnZn-based ferrite, which is basically a metal oxide, is a reduction reaction, and excess oxygen retained by the material is released in this process. In the molding process before firing, an organic binder is added to the granulated powder to be molded in order to maintain the shape of the powder-compressed molded product, and this binder is burnt, decomposed and removed in the initial stage of firing. To. The reducing atmosphere at the time of decomposition and removal may be accompanied by a chemical reaction that deprives the ferrite material, which is an oxide, of oxygen, and this chemical reaction is accompanied by volume expansion, which damages the molded product. Therefore, in order to prevent this, the MnZn-based ferrite intentionally absorbs and retains oxygen in excess of the stoichiometric ratio in the calcining step. However, as a matter of course, when oxygen is excessively retained, the amount of oxygen released in the firing step increases. Oxygen is released to the outside of the material as the grains grow during firing, but the greater the amount of oxygen released, the greater the amount of intragranular voids, and when the intragranular void ratio is 55% or more, fracture toughness The value is lower than the desired 1.00 MPa · m 1/2 . Therefore, in the calcining step, it is necessary to treat the MnZn-based ferrite under an appropriate temperature and atmosphere range.
Specifically, the maximum temperature of calcining should be in the range of 800 to 950 ° C (preferably in the range of 850 to 950 ° C), and the cooling rate from the maximum temperature to 100 ° C should be 800 ° C / h or more, or It is necessary to carry out the treatment under the condition that the oxygen concentration at the time of cooling from the maximum temperature to 100 ° C. satisfies at least one of 5% by volume or less (preferably 4% or less).
When the oxygen concentration during cooling from the maximum temperature to 100 ° C. is 5% by volume or less, the maximum temperature of calcining is 800 to 950 ° C. (more preferably 850 to 930 ° C.), and the calcining atmosphere is in the air. It is preferable to do so.

また、仮焼粉の保持する酸素量については、波長が1.542ÅであるCu−Kα線を用いたX線回析(X-ray Diffraction:XRD)による分析により定量化が可能であり、上記条件下の処理により、次式(1)で示されるピーク強度比(X)を0.80以上とすればよい。ピーク強度比(X)は、好ましくは0.90以上、より好ましくは0.95以上である。
X=(X線回析法により分析したスピネル化合物のピーク強度)/(X線回析法により分析したα−Feのピーク強度) ・・・(1)
上掲式(1)の意味するところは、波長が1.542ÅであるCu−Kα線を用いてXRD分析を行った際、出現するピークのうち約35°に出現するスピネル化合物のピーク強度を33°に出現するα−Feのピーク強度で除した比であり、この値が0.80以上であれば、良好な靱性値が得られることを意味する。
The amount of oxygen retained by the calcined powder can be quantified by analysis by X-ray Diffraction (XRD) using Cu-Kα rays having a wavelength of 1.542 Å. The peak intensity ratio (X) represented by the following formula (1) may be set to 0.80 or more by the treatment under the conditions. The peak intensity ratio (X) is preferably 0.90 or more, more preferably 0.95 or more.
X = (peak intensity of spinel compound analyzed by X-ray diffraction method) / (peak intensity of α-Fe 2 O 3 analyzed by X-ray diffraction method) ... (1)
The meaning of the above formula (1) is that the peak intensity of the spinel compound appearing at about 35 ° among the appearing peaks when XRD analysis is performed using Cu-Kα rays having a wavelength of 1.542 Å. It is a ratio divided by the peak intensity of α-Fe 2 O 3 appearing at 33 °, and if this value is 0.80 or more, it means that a good toughness value can be obtained.

なお、本発明のMnZn系フェライトでは、副成分として、さらに以下の添加物を含有してもよい。
CoO:3500massppm以下
CoOは、正の磁気異方性を有するCo2+イオンを含有する成分であり、同成分の添加により初透磁率の極大温度を示すセカンダリピークの温度幅を広げることができる。しかし、添加量過多の場合には他の成分の有する負の磁気異方性と相殺できないことから初透磁率の著しい低下を招く。そのため添加する場合にはCoOの含有量は3500massppm以下に制限する必要がある。CoOの含有量は、より好ましくは3000massppm以下、さらに好ましくは2500massppm以下である。
The MnZn-based ferrite of the present invention may further contain the following additives as subcomponents.
CoO: 3500 massppm or less CoO is a component containing Co 2+ ions having positive magnetic anisotropy, and the addition of this component can widen the temperature range of the secondary peak showing the maximum temperature of the initial magnetic permeability. However, when the amount added is excessive, the negative magnetic anisotropy of other components cannot be offset, resulting in a significant decrease in the initial magnetic permeability. Therefore, when added, the CoO content needs to be limited to 3500 mass ppm or less. The CoO content is more preferably 3000 mass ppm or less, still more preferably 2500 mass ppm or less.

次に、本発明のMnZn系フェライトの製造方法について説明する。
MnZn系フェライトの製造においては、まず上述した比率となるように、基本成分であるFe、ZnOおよびMnO粉末を秤量し、これらを十分に混合して混合物とした後に、該混合物を仮焼する(仮焼工程)。この際に、好適な磁気特性および破壊靭性値を併有させるために、仮焼の最高温度は800〜950℃の範囲内とすることに加え、最高温度から100℃までの冷却速度を800℃/h以上とするか、もしくは最高温度から100℃までの冷却時の酸素濃度が5体積%以下とするかの少なくともいずれかを満たすことで、仮焼粉を波長が1.542ÅであるCu−Kα線を用いたXRDで分析した時、約35°に出現するスピネル化合物のピーク強度を33°に出現するα−Feのピーク強度で除した比を0.80以上、好ましくは0.90以上、より好ましくは0.95以上の範囲内とする。なお、ここでスピネル化合物とは、(フェライト仮焼粉中に存在する、スピネル型結晶構造を有する化合物であり、一般式AFe(AはMn,Zn)で表される。
Next, the method for producing the MnZn-based ferrite of the present invention will be described.
In the production of MnZn-based ferrite, first, the basic components Fe 2 O 3 , ZnO and MnO powder are weighed so as to have the above-mentioned ratios, and these are sufficiently mixed to form a mixture, and then the mixture is temporarily prepared. Bake (temporary baking process). At this time, in order to have suitable magnetic properties and fracture toughness value, the maximum temperature of calcining is set in the range of 800 to 950 ° C, and the cooling rate from the maximum temperature to 100 ° C is set to 800 ° C. Cu- having a wavelength of 1.542 Å is satisfied by satisfying at least one of the following: / h or more, or the oxygen concentration at the time of cooling from the maximum temperature to 100 ° C. is 5% by volume or less. When analyzed by XRD using Kα rays, the ratio of the peak intensity of the spinel compound appearing at about 35 ° divided by the peak intensity of α-Fe 2 O 3 appearing at 33 ° is 0.80 or more, preferably 0. It is in the range of .90 or more, more preferably 0.95 or more. Here, the spinel compound is (a compound having a spinel-type crystal structure existing in ferrite calcined powder, and is represented by the general formula AFe 2 O 4 (A is Mn, Zn).

次に、得られた仮焼粉に、副成分を、上述した含有量となるように所定の比率で加え、,仮焼粉と混合して粉砕を行う(混合−粉砕工程)。この工程にて、添加した成分の濃度に偏りがないよう粉末を充分に均質化し、同時に仮焼粉を目標の平均粒径の大きさまで微細化させ、粉砕粉とする。
ついで、粉砕粉に、ポリビニルアルコール等の公知の有機物バインダーを加え、スプレードライ法等により造粒して造粒粉を得る(造粒工程)。その後、必要であれば粒度調整のための篩通し等の工程を経て、成形機にて圧力を加えて成形して成形体とする(成形工程)。次いで、成形体を公知の焼成条件の下で焼成し、MnZn系フェライトを得る(焼成工程)。
得られたMnZn系フェライトには、適宜表面研磨等加工を施しても構わない。
Next, sub-ingredients are added to the obtained calcined flour at a predetermined ratio so as to have the above-mentioned content, mixed with the calcined flour, and pulverized (mixing-crushing step). In this step, the powder is sufficiently homogenized so that the concentration of the added component is not biased, and at the same time, the calcined powder is refined to the target average particle size to obtain a pulverized powder.
Then, a known organic binder such as polyvinyl alcohol is added to the pulverized powder, and the powder is granulated by a spray-drying method or the like to obtain a granulated powder (granulation step). After that, if necessary, a step such as sieving for adjusting the particle size is performed, and then pressure is applied by a molding machine to form a molded product (molding step). Next, the molded product is fired under known firing conditions to obtain MnZn-based ferrite (firing step).
The obtained MnZn-based ferrite may be appropriately subjected to surface polishing or other processing.

かくして得られたMnZn系フェライトは、23℃、100kHzにおける初透磁率の値が4000以上という良好な磁気特性を有するだけでなく、従来のMnZn系フェライトでは不可能であった、平板状試料のJIS R 1607に準拠して測定した破壊靭性値が1.00MPa・m1/2以上という優れた機械的特性を有している。The MnZn-based ferrite thus obtained not only has good magnetic properties with an initial magnetic permeability of 4000 or more at 23 ° C. and 100 kHz, but also has JIS of a flat sample, which was impossible with conventional MnZn-based ferrites. It has excellent mechanical properties with a fracture toughness value of 1.00 MPa · m 1/2 or more measured in accordance with R 1607.

(実施例1)
Fe、ZnOおよびMnOの量が表1に示す比率となるように秤量した各原料粉末を、ボールミルを用いて16時間混合した後、空気中にて900℃で3時間の仮焼を行った。なお、仮焼の最高温度から100℃までの冷却雰囲気は空気中、冷却速度は1600℃/hとした。次に、この仮焼粉に対し、SiO、CaO、NbおよびBiをそれぞれ130、450、200、100massppm相当分秤量した後に添加し、ボールミルで12時間粉砕した。ついで得られた粉砕粉に、ポリビニルアルコールを加えてスプレードライ造粒し、118MPaの圧力をかけトロイダルコアおよび平板状コアに成形した。その後、これらの成形体を焼成炉に装入して、最高温度1350℃で2時間、窒素ガスと空気とを適宜混合したガス流中で焼成し、外径:25mm、内径:15mm、高さ:5mmの焼結体トロイダルコアと、縦:4mm、横:35mm、厚み:3mmの焼結体平板状コア(直方体コアともいう)とを得た。
なお、原料として高純度原料を用い、かつボールミル等の媒体は使用前に十分に洗浄し、他材質からの成分混入を抑制したことから、トロイダルコアおよび直方体コアに含まれる不可避的不純物であるPおよびBの量はそれぞれ4および3massppmであった。なお、PおよびBの含有量は、JIS K 0102(IPC質量分析法)に従って定量した。
(Example 1)
Each raw material powder weighed so that the amounts of Fe 2 O 3 , ZnO and MnO have the ratios shown in Table 1 are mixed for 16 hours using a ball mill, and then calcined in air at 900 ° C. for 3 hours. went. The cooling atmosphere from the maximum temperature of calcining to 100 ° C. was in air, and the cooling rate was 1600 ° C./h. Next, SiO 2 , CaO, Nb 2 O 5 and Bi 2 O 3 were weighed equivalent to 130, 450, 200 and 100 mass ppm, respectively, and then added to the calcined powder, and the mixture was pulverized with a ball mill for 12 hours. Then, polyvinyl alcohol was added to the obtained pulverized powder for spray-dry granulation, and a pressure of 118 MPa was applied to form a toroidal core and a flat core. Then, these compacts were charged into a firing furnace and fired at a maximum temperature of 1350 ° C. for 2 hours in a gas stream in which nitrogen gas and air were appropriately mixed, and the outer diameter was 25 mm, the inner diameter was 15 mm, and the height was increased. A 5 mm sintered toroidal core and a sintered flat plate core (also referred to as a rectangular core) having a length of 4 mm, a width of 35 mm, and a thickness of 3 mm were obtained.
Since high-purity raw materials are used as raw materials and media such as ball mills are thoroughly washed before use to suppress contamination of components from other materials, P is an unavoidable impurity contained in toroidal cores and rectangular parallelepiped cores. The amounts of and B were 4 and 3 mass ppm, respectively. The contents of P and B were quantified according to JIS K 0102 (IPC mass spectrometry).

得られたトロイダルコアの初透磁率は、トロイダルコアに10ターンの巻線を施し、インピーダンスアナライザ(キーサイト社製4294A)を用いて測定したインピーダンスと位相角を元に算出した。
結晶粒内ボイド率については、得られたトロイダルコアを破断し、破面を研磨後フッ硝酸でエッチングした後、500倍の倍率で光学顕微鏡を用いて観察し、縦120μm、横160μmの視野内に出現したボイドを数え、結晶粒内に残存したボイド数を出現したボイド総数で除することで算出した。
仮焼粉のピーク強度比は、波長が1.542ÅであるCu−Kα線を用いて仮焼粉をXRD分析(リガク製UltimaIV)し、約35°に出現するスピネル化合物のピーク強度を33°に出現するα−Feのピーク強度で除して算出した。
直方体コアの破壊靭性値については、JIS R 1607に準じ、ビッカース圧子により中央部に打痕した試料に予き裂を加えた後に3点曲げ試験で破断し、その破断荷重と試料の寸法とを元に算出した。得られた結果を表1に示す。
The initial magnetic permeability of the obtained toroidal core was calculated based on the impedance and the phase angle measured by winding the toroidal core with 10 turns and using an impedance analyzer (4294A manufactured by Keysight Co., Ltd.).
Regarding the void ratio in the crystal grains, the obtained toroidal core was broken, the fracture surface was polished and then etched with fluoric nitric acid, and then observed with an optical microscope at a magnification of 500 times, and within a visual field of 120 μm in length and 160 μm in width. It was calculated by counting the voids that appeared in the crystal grains and dividing the number of voids remaining in the crystal grains by the total number of voids that appeared.
For the peak intensity ratio of the calcined powder, XRD analysis (UltimaIV manufactured by Rigaku) was performed on the calcined powder using Cu-Kα rays having a wavelength of 1.542 Å, and the peak intensity of the spinel compound appearing at about 35 ° was 33 °. It was calculated by dividing by the peak intensity of α-Fe 2 O 3 appearing in.
Regarding the fracture toughness value of the rectangular parallelepiped core, according to JIS R 1607, a sample that was dented in the center by a Vickers indenter was cracked and then broken by a three-point bending test, and the breaking load and the size of the sample were determined. Calculated based on. The results obtained are shown in Table 1.

Figure 2020158335
Figure 2020158335

同表に示したとおり、発明例である実施例1-1〜1-5では、23℃、100kHzにおける初透磁率が4000以上で、かつ破壊靭性値が1.00MPa・m1/2以上であり、好適な磁気特性と高靱性が併せ得られている。
これに対し、Feを51.5mol%未満しか含まない比較例1-1およびFeが55.5mol%より多い比較例1-2では、高靱性は実現できているものの、磁気異方性と磁歪とが大きくなったため初透磁率が低下しており、23℃、100kHzにおける初透磁率が4000以上を満たせていない。
また、ZnOが不足した比較例1-3では、キュリー温度が過度に上昇し、一方ZnOを適正範囲より多量に含む比較例1-4では、初透磁率が極大値を示すセカンダリピークが低下したため、23℃、100kHzにおける初透磁率が4000以上を満たせていない。
As shown in the table, in Examples 1-1 to 1-5, which are examples of the invention, the initial magnetic permeability at 23 ° C. and 100 kHz is 4000 or more, and the fracture toughness value is 1.00 MPa · m 1/2 or more. Yes, suitable magnetic properties and high toughness are both obtained.
In contrast, in the Fe 2 O 3 Comparative Example 1-1 comprises less than 51.5Mol% a and Fe 2 O 3 Comparison is more than 55.5Mol% Example 1-2, although the high toughness is realized, Since the magnetic anisotropy and magnetostriction have increased, the initial magnetic permeability has decreased, and the initial magnetic permeability at 23 ° C. and 100 kHz does not satisfy 4000 or more.
Further, in Comparative Example 1-3 in which ZnO was insufficient, the Curie temperature rose excessively, while in Comparative Example 1-4 in which ZnO was contained in a larger amount than the appropriate range, the secondary peak showing the maximum value of the initial magnetic permeability decreased. , The initial magnetic permeability at 23 ° C. and 100 kHz does not satisfy 4000 or more.

(実施例2)
Fe量が53.0mol%、ZnO量が20.0mol%、残部MnOの組成となるよう原料を秤量し、ボールミルを用いて16時間混合した後、空気中に900℃で3時間の仮焼を行った。なお、仮焼の最高温度から100℃までの冷却雰囲気は空気中、冷却速度は1600℃/hとした。次に、この仮焼粉に表2に示す量のSiO、CaO、Nb、Biおよび一部試料にはCoOを加え、ボールミルで12時間粉砕した。ついで、得られた粉砕粉に、ポリビニルアルコールを加えてスプレードライ造粒し、118MPaの圧力をかけトロイダルコアおよび平板状コアに成形した。その後、これらの成形体を焼成炉に装入して、最高温度1320℃で2時間、窒素ガスと空気とを適宜混合したガス流中で焼成し、外径:25mm、内径:15mm、高さ:5mmの焼結体トロイダルコアと、縦:4mm、横:35mm、厚み:3mmの焼結体直方体コアとを得た。なお、得られたトロイダルコアおよび直方体コアに含まれる不可避的不純物であるPおよびBの量はそれぞれ4および3massppmであった。
これらの各試料について、実施例1と同じ手法、装置を用いそれぞれの特性を評価した。得られた結果を表2に併記する。
(Example 2)
The raw materials were weighed so that the composition of Fe 2 O 3 was 53.0 mol%, the amount of Zn O was 20.0 mol%, and the balance was MnO, mixed for 16 hours using a ball mill, and then in the air at 900 ° C. for 3 hours. It was calcined. The cooling atmosphere from the maximum temperature of calcining to 100 ° C. was in air, and the cooling rate was 1600 ° C./h. Next, the amounts of SiO 2 , CaO, Nb 2 O 5 , Bi 2 O 3 and some samples were added to the calcined powder as shown in Table 2, and the mixture was pulverized with a ball mill for 12 hours. Then, polyvinyl alcohol was added to the obtained pulverized powder for spray-dry granulation, and a pressure of 118 MPa was applied to form a toroidal core and a flat core. Then, these compacts were charged into a firing furnace and fired at a maximum temperature of 1320 ° C. for 2 hours in a gas stream in which nitrogen gas and air were appropriately mixed, and the outer diameter was 25 mm, the inner diameter was 15 mm, and the height was increased. A 5 mm sintered toroidal core and a sintered rectangular parallelepiped core having a length of 4 mm, a width of 35 mm, and a thickness of 3 mm were obtained. The amounts of unavoidable impurities P and B contained in the obtained toroidal core and rectangular parallelepiped core were 4 and 3 mass ppm, respectively.
The characteristics of each of these samples were evaluated using the same method and equipment as in Example 1. The results obtained are also shown in Table 2.

Figure 2020158335
Figure 2020158335

同表に示したとおり、SiO、CaO、Nb、BiおよびCoO量が適正範囲内である実施例2-1〜2-9では、23℃、100kHzにおける初透磁率の値が4000以上で、かつ破壊靭性値が1.00MPa・m1/2以上であり、好適な磁気特性と高靱性を両立できている。
一方、SiO、CaO、NbおよびBiの4成分のうち1つでも適正量未満しか含まない比較例2-1、2-3、2-5および2-7では、粒界生成が不十分となることから比抵抗が低下し、もしくは結晶組織均一化が不十分であるため、これに起因する初透磁率の低下および粒内ボイド率上昇に伴う破壊靭性値の低下がみられる。また、同成分のうち1つでも過多である比較例2-2,2-4、2-6および2-8では、異常粒の出現により初透磁率が著しく劣化しており、また異常粒が多くの結晶粒内ボイドを多く含むことからボイド率が高くなった結果、破壊靭性値も大きく低下している。
As shown in the table, in Examples 2-1 to 2-9 in which the amounts of SiO 2 , CaO, Nb 2 O 5 , Bi 2 O 3 and CoO are within the appropriate range, the initial magnetic permeability at 23 ° C. and 100 kHz The value is 4000 or more, and the fracture toughness value is 1.00 MPa · m 1/2 or more, and both suitable magnetic properties and high toughness can be achieved.
On the other hand, in Comparative Examples 2-1, 2-3, 2-5 and 2-7 in which even one of the four components of SiO 2 , CaO, Nb 2 O 5 and Bi 2 O 3 is contained in an amount less than an appropriate amount, the grains are grains. The specific resistance decreases due to insufficient field formation, or the crystal structure homogenization is insufficient, resulting in a decrease in the initial magnetic permeability and a decrease in the fracture toughness value due to an increase in the intragranular void ratio. Be looked at. Further, in Comparative Examples 2-2, 2-4, 2-6 and 2-8 in which even one of the same components is excessive, the initial magnetic permeability is significantly deteriorated due to the appearance of abnormal grains, and the abnormal grains are present. As a result of the high void ratio due to the large amount of intra-grain voids, the fracture toughness value is also significantly reduced.

(実施例3)
実施例1に示した手法により、基本成分および副成分が実施例1−2と同じ組成となるような割合になる一方、含有する不可避的不純物であるP、Bの量が種々に異なる原料を用いて得られた造粒粉を得た。該造粒粉に118MPaの圧力をかけトロイダルコアおよび平板状コアに成形した。その後、これらの成形体を焼成炉に装入して、最高温度1320℃で2時間、窒素ガスと空気を適宜混合したガス流中で焼成し、外径:25mm、内径:15mm、高さ:5mmの焼結体トロイダルコアと、縦:4mm、横:35mm、厚み:3mmの焼結体直方体コアとを得た。
これらの各試料について、実施例1と同じ手法、装置を用いそれぞれの特性を評価した。得られた結果を表3に示す。
(Example 3)
By the method shown in Example 1, raw materials in which the basic component and the sub-component have the same composition as in Example 1-2, but the amounts of P and B, which are unavoidable impurities contained, are variously different. The granulated flour obtained by using the product was obtained. A pressure of 118 MPa was applied to the granulated powder to form a toroidal core and a flat core. Then, these compacts were charged into a firing furnace and fired at a maximum temperature of 1320 ° C. for 2 hours in a gas stream in which nitrogen gas and air were appropriately mixed. Outer diameter: 25 mm, inner diameter: 15 mm, height: A 5 mm sintered toroidal core and a sintered rectangular parallelepiped core having a length of 4 mm, a width of 35 mm, and a thickness of 3 mm were obtained.
The characteristics of each of these samples were evaluated using the same method and equipment as in Example 1. The results obtained are shown in Table 3.

Figure 2020158335
Figure 2020158335

同表に示したとおり、不純物PおよびB成分が規定の範囲内である実施例3-1では、23℃、100kHzにおける初透磁率の値が4000以上で、かつ破壊靭性値が1.00MPa・m1/2以上であり、好適な磁気特性と高靱性を両立できている。
これに対し、両成分のうち一方もしくは両方が規定値以上含まれる比較例3-1、3-2、3-3では、異常粒が出現することから初透磁率が劣化し、同時に粒内ボイド率も高まることから破壊靭性値も低下し、初透磁率、破壊靭性値ともに望ましい値が得られていない。
As shown in the table, in Example 3-1 in which the impurities P and B components are within the specified range, the initial magnetic permeability value at 23 ° C. and 100 kHz is 4000 or more, and the fracture toughness value is 1.00 MPa. The m is 1/2 or more, and both suitable magnetic properties and high toughness can be achieved.
On the other hand, in Comparative Examples 3-1, 3-2, and 3-3 in which one or both of the two components are contained in excess of the specified value, the initial magnetic permeability deteriorates due to the appearance of abnormal grains, and at the same time, intragranular voids. Since the rate increases, the fracture toughness value also decreases, and both the initial magnetic permeability and the fracture toughness value are not obtained.

(実施例4)
仮焼工程の熱処理温度、冷却速度、冷却雰囲気を表4に示す条件に変更した以外は、実施例1-2と同様にして造粒粉を作成した。該造粒粉に118MPaの圧力をかけトロイダルコアおよび平板状コアに成形した。その後、これらの成形体を焼成炉に装入して、最高温度1320℃で2時間、窒素ガスと空気を適宜混合したガス流中で焼成し、外径:25mm、内径:15mm、高さ:5mmの焼結体トロイダルコアと、縦:4mm、横:35mm、厚み:3mmの焼結体直方体コアとを得た。
これらの各試料について、実施例1と同じ手法、装置を用いそれぞれの特性を評価した。得られた結果を表4に併記する。
(Example 4)
Granulated powder was prepared in the same manner as in Example 1-2 except that the heat treatment temperature, cooling rate, and cooling atmosphere in the calcining step were changed to the conditions shown in Table 4. A pressure of 118 MPa was applied to the granulated powder to form a toroidal core and a flat core. Then, these compacts were charged into a firing furnace and fired at a maximum temperature of 1320 ° C. for 2 hours in a gas stream in which nitrogen gas and air were appropriately mixed. Outer diameter: 25 mm, inner diameter: 15 mm, height: A 5 mm sintered toroidal core and a sintered rectangular parallelepiped core having a length of 4 mm, a width of 35 mm, and a thickness of 3 mm were obtained.
The characteristics of each of these samples were evaluated using the same method and equipment as in Example 1. The results obtained are also shown in Table 4.

Figure 2020158335
Figure 2020158335

仮焼工程において
1)最高温度が800〜950℃の範囲内で、
2)最高温度から100℃までの冷却速度が800℃/h以上、もしくは最高温度から100℃までの冷却時の酸素濃度が5体積%以下の少なくともいずれかを満たす条件下で作製した実施例4-1〜4-6では、冷却の際に過剰な酸素吸収を抑制できているため、XRDで観察したスピネル化合物/α−Feのピーク比が0.80以上を保持しており、焼成時の酸素放出量が減少したことから結晶粒内ボイド率が低下し、その結果、破壊靭性値が1.00MPa・m1/2以上という良好な破壊靭性値が得られている。
これに対し、上記の範囲外で作製した比較例4-1〜4-8のうち、4-1〜4-4,4-6.4-8では、仮焼工程におけるスピネル化合物の生成量の不足、もしくは冷却時の酸素吸収量増加に伴い、得られる仮焼粉中のα−Fe量が増加している。そのため焼成時の酸素放出量が増加し、結晶粒内ボイド率が上昇した結果、破壊靭性値が所望の値未満となっている。
仮焼温度が適正範囲を超える比較例4-5および4-7に着目すると、破壊靭性値は高い一方でコアの初透磁率が劣化している。これは仮焼時に過度の熱が加わることで反応が過度に進みすぎ仮焼粉の粒径が粗大化し硬化するため、後の粉砕工程において十分に粉砕することができず、そのため焼成時に粉体間の焼結反応が阻害され不十分であったことから、所望の磁気特性が得られなかったものと考えられる。
In the calcination process 1) When the maximum temperature is in the range of 800 to 950 ° C,
2) Example 4 produced under the condition that the cooling rate from the maximum temperature to 100 ° C. is 800 ° C./h or more, or the oxygen concentration during cooling from the maximum temperature to 100 ° C. is at least 5% by volume or less. In -1 to 4-6, excessive oxygen absorption could be suppressed during cooling, so the peak ratio of spinel compound / α-Fe 2 O 3 observed by XRD was maintained at 0.80 or more. Since the amount of oxygen released during firing is reduced, the void ratio in the crystal grains is reduced, and as a result, a good fracture toughness value of 1.00 MPa · m 1/2 or more is obtained.
On the other hand, in Comparative Examples 4-1 to 4-8 produced outside the above range, in 4-1 to 4-4,4-6.4-8, the amount of spinel compound produced in the calcining step was increased. The amount of α-Fe 2 O 3 in the obtained calcined powder is increasing due to the shortage or the increase in the amount of oxygen absorbed during cooling. Therefore, the amount of oxygen released during firing increases, and the void ratio in the crystal grains increases, resulting in a fracture toughness value less than a desired value.
Focusing on Comparative Examples 4-5 and 4-7 in which the calcining temperature exceeds the appropriate range, the fracture toughness value is high, but the initial magnetic permeability of the core is deteriorated. This is because the reaction proceeds excessively due to excessive heat applied during calcining, and the particle size of the calcined powder becomes coarse and hardens, so that it cannot be sufficiently pulverized in the subsequent pulverization step, and therefore the powder is powdered during calcining. It is probable that the desired magnetic properties could not be obtained because the sintering reaction between them was inhibited and insufficient.

Claims (5)

基本成分、副成分および不可避的不純物からなるMnZn系フェライトであって、
前記基本成分が、Fe、ZnO、MnO換算での鉄、亜鉛、マンガンの合計を100mol%として、
鉄:Fe換算で51.5〜55.5mol%、
亜鉛:ZnO換算で15.5mol%超、26.0mol%以下および
マンガン:MnO換算で22.0〜32.0mol%
であり、
前記基本成分に対して、副成分が、
SiO:50〜250massppm、
CaO:100massppm以上、1000massppm未満、
Nb:100〜300massppmおよび
Bi:50〜300massppm
であり、
前記不可避的不純物におけるPおよびB量をそれぞれ、
P:10massppm未満および
B:10massppm未満
に抑制し、
前記MnZn系フェライトに占める全ボイド数に対する結晶粒内ボイド数が55%未満であり、さらに
23℃、100kHzにおける初透磁率が4000以上、
JIS R 1607に準拠して測定した破壊靱性値が1.00MPa・m1/2以上である、MnZn系フェライト。
MnZn-based ferrite consisting of basic components, sub-components and unavoidable impurities.
Assuming that the total of the basic components, iron, zinc, and manganese in terms of Fe 2 O 3 , ZnO, and MnO is 100 mol%,
Iron: 51.5 to 55.5 mol% in terms of Fe 2 O 3
Zinc: more than 15.5 mol% in terms of ZnO, 26.0 mol% or less, and manganese: 22.0 to 32.0 mol% in terms of MnO
And
With respect to the basic component, the sub-component is
SiO 2 : 50-250 massppm,
CaO: 100 massppm or more, less than 1000 massppm,
Nb 2 O 5 : 100 to 300 mass ppm and Bi 2 O 3 : 50 to 300 mass ppm
And
The amounts of P and B in the unavoidable impurities, respectively,
P: less than 10 mass ppm and B: less than 10 mass ppm,
The number of voids in the crystal grains is less than 55% of the total number of voids in the MnZn-based ferrite, and the initial magnetic permeability at 23 ° C. and 100 kHz is 4000 or more.
MnZn-based ferrite having a fracture toughness value of 1.00 MPa · m 1/2 or more measured in accordance with JIS R 1607.
前記副成分として、さらに
CoO:3500massppm以下
を含む、請求項1に記載のMnZn系フェライト。
The MnZn-based ferrite according to claim 1, further containing CoO: 3500 mass ppm or less as the sub-component.
請求項1または2に記載のMnZn系フェライトを得るMnZn系フェライトの製造方法であって、
前記基本成分の混合物を仮焼し、冷却して仮焼粉を得る仮焼工程と、
前記仮焼粉に前記副成分を添加して、混合、粉砕して粉砕粉を得る混合−粉砕工程と、
前記粉砕粉にバインダーを添加、混合した後、造粒して造粒粉を得る造粒工程と、
前記造粒粉を成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼成して、MnZn系フェライトを得る焼成工程と、を有し、
前記仮焼工程における仮焼の最高温度が800〜950℃の範囲で、
かつ前記最高温度から100℃までの冷却速度が800℃/hr以上、または前記最高温度から100℃までの冷却時の雰囲気の酸素濃度が5体積%以下の少なくともいずれかを満足する、MnZn系フェライトの製造方法。
The method for producing an MnZn-based ferrite according to claim 1 or 2, wherein the MnZn-based ferrite is obtained.
A calcining step of calcining a mixture of the basic components and cooling the mixture to obtain a calcined powder.
A mixing-crushing step of adding the sub-ingredient to the calcined powder, mixing and crushing to obtain crushed powder, and
A granulation step of adding and mixing a binder to the pulverized powder and then granulating to obtain a granulated powder.
The molding process of molding the granulated powder to obtain a molded product, and
It has a firing step of calcining the molded product to obtain MnZn-based ferrite.
The maximum temperature of calcining in the calcining step is in the range of 800 to 950 ° C.
MnZn-based ferrite that satisfies at least one of a cooling rate of 800 ° C./hr or more from the maximum temperature to 100 ° C. or an oxygen concentration of 5% by volume or less in the atmosphere during cooling from the maximum temperature to 100 ° C. Manufacturing method.
請求項1または2に記載のMnZn系フェライトを得るMnZn系フェライトの製造方法であって、
前記基本成分の混合物を仮焼し、冷却して仮焼粉を得る仮焼工程と、
前記仮焼粉に前記副成分を添加して、混合、粉砕して粉砕粉を得る混合−粉砕工程と、
前記粉砕粉にバインダーを添加、混合した後、造粒して造粒粉を得る造粒工程と、
前記造粒粉を成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼成して、MnZn系フェライトを得る焼成工程と、を有し、
前記仮焼粉の、下記(1)式で示すピーク強度比(X)が0.80以上である、MnZn系フェライトの製造方法。

X=(X線回析により分析したスピネル化合物のピーク強度)/(X線回析により分析したα−Feのピーク強度) ・・・(1)
The method for producing an MnZn-based ferrite according to claim 1 or 2, wherein the MnZn-based ferrite is obtained.
A calcining step of calcining a mixture of the basic components and cooling the mixture to obtain a calcined powder.
A mixing-crushing step of adding the sub-ingredient to the calcined powder, mixing and crushing to obtain crushed powder, and
A granulation step of adding and mixing a binder to the pulverized powder and then granulating to obtain a granulated powder.
The molding process of molding the granulated powder to obtain a molded product, and
It has a firing step of calcining the molded product to obtain MnZn-based ferrite.
A method for producing an MnZn-based ferrite in which the peak intensity ratio (X) represented by the following formula (1) of the calcined powder is 0.80 or more.
X = (peak intensity of spinel compound analyzed by X-ray diffraction) / (peak intensity of α-Fe 2 O 3 analyzed by X-ray diffraction) ... (1)
前記仮焼工程における仮焼の最高温度が800〜950℃の範囲で、
かつ前記最高温度から100℃までの冷却速度が800℃/hr以上または前記最高温度から100℃までの冷却時の雰囲気の酸素濃度が5体積%以下の少なくともいずれかを満足する、請求項4に記載のMnZn系フェライトの製造方法。
The maximum temperature of calcining in the calcining step is in the range of 800 to 950 ° C.
According to claim 4, the cooling rate from the maximum temperature to 100 ° C. is at least 800 ° C./hr or more, or the oxygen concentration in the atmosphere at the time of cooling from the maximum temperature to 100 ° C. is 5% by volume or less. The method for producing MnZn-based ferrite according to the above method.
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