專利名稱：一種高強度高Bs鎳鋅鐵氧體及其制備方法
技術領域：
本發明屬于軟磁鐵氧體技術領域，具體涉及一種功率電感用的高強度高Bs鎳鋅鐵氧體及其制備方法。
背景技術：
工業化生產的軟磁鐵氧體主要包括錳鋅、鎳鋅鐵氧體材料兩大系列，主要應用于計算機、通訊、電源及消費類電子產品等領域，是電子工業的基礎功能材料。與錳鋅鐵氧體相比，鎳鋅鐵氧體具有高電阻率、高使用頻率等特點，適用于制成各種表面貼裝用的元件。隨著電子移動終端變得越來越來小，越來越薄，所使用的鎳鋅鐵氧體功率電感也需更小，更薄，這就要求鎳鋅鐵氧體具有很好的機械強度。另外隨著轉換頻率越來越高，功能越來越多，對小而薄型功率電感的額定電流的要求也越來越高，一般說來材料的Bs越高 (飽和磁感應強度)，直流偏置特性就越好，這就要求鎳鋅鐵氧體具有較高的Bs (飽和磁感應強度)。這樣功率電感小型化對于鎳鋅鐵氧體材料提出了機械強度和Bs的雙重要求。在國內已有一些關于鎳鋅鐵氧體材料的制造方法的專利，具體如下
(I)公開號為CN1100231，
公開日為1995. 03. 15，發明名稱為“NiZn鐵氧體材料的變壓器或電感器燒結磁芯”的中國專利公開了一種NiZn鐵氧體材料的變壓器磁芯。當所述的變壓器磁芯用在一個變壓器中時顯示出較低的總損耗。如果燒結鐵氧體材料的大多數晶粒為單疇結構，就能達到所述的低損耗。如果平均晶粒尺寸小于2. 8微米就會出現這種情況。 燒結材料的平均晶粒尺寸的優選范圍是I. 3至2. 6微米。優選的δ值小于4nm。(2)公開號為CN1388794，
公開日為2003. 01. 01，發明名稱為“鐵氧體材料”的中國專利公開了一種鐵氧體材料，它是作為主成分含有規定量的氧化鐵、氧化銅、氧化鋅以及氧化鎳的NiCuZn系的鐵氧體材料，作為輔助成分，含有規定量的氧化鉍、氧化硅、氧化鎂、氧化鈷，以此構成鐵氧體材料，因此能夠提供溫度特性極其良好(相對于溫度變化的磁導率的變化率小)、品質因數Q高、高強度的NiCuZn系鐵氧體材料。(3)公開號為CN101575206，
公開日為2009. 11. 11，發明名稱為“高頻大功率鎳鋅基軟磁鐵氧體材料及其制造方法”的中國專利公開了一種高頻大功率鎳鋅基軟磁鐵氧體材料及其制造方法。由主成分、離子替代成分與化合物組合摻雜成分組成，其主成分為Fe203、 ZnO，余為NiO ;離子替代成分為Co304、MnCO3> CuO中含有Co3O4的一種或多種；化合物組合摻雜為V205、Bi203、Ta2O5, ZrO2, CuO, Nb2O5, Co3O4中的2 3種。該發明通過配方優化組合設計，以及采用高頻大功率鎳鋅基軟磁鐵氧體材料制造方法，獲得高電磁性能、高強度和高頻低損耗的NiZn基鐵氧體材料。該發明的材料用于f 30MHz的大功率設備，用作變壓器、感應器、濾波器和調諧器等磁芯。(4)公開號為CN101891456A，
公開日為2010. 11. 24，發明名稱為“一種高抗折強度鎳鋅軟磁鐵氧體材料及其制造方法”的中國專利公開了一種高抗折強度鎳鋅軟磁鐵氧體材料。按摩爾份計的主配方氧化鐵Fe2O3 35 50mol%、氧化鋅ZnO 8 15mol%、氧化亞鎳 NiO 30 40mol%、氧化銅CuO 5 llmol%。該發明提供了一種具有較高的抗折強度的鎳鋅軟磁鐵氧體材料。

發明內容
針對功率電感的小型化對于鎳鋅鐵氧體材料的機械強度和Bs的雙重要求，本發明的目的是提供一種功率電感用的高強度高Bs鎳鋅鐵氧體。為了達到上述目的，本發明采取以下的技術方案
一種高強度高Bs鎳鋅鐵氧體,其包括主成分和副成分,主成分為氧化鐵、氧化鎳、氧化鋅和氧化銅，所述主成分以各自標準物計的含量如下
Fe2O3 49 52. 5mol%、Ni0 20 29. 5mol%、ZnO 18 28 mo 1%, CuO 2. 5 5 mol% ；
所述副成分包括碳酸鈣、氧化鈷、氧化鋯、碳酸鋰、五氧化二釩和二氧化硅，相對所述主成分總量，所述副成分以各自標準物計的含量如下
CaCO3 O. 03 O. 15wt%、Co2O3 O. O I O. 05wt%、ZrO2 O. 03 O. 13wt%、Li2CO3 O. 03 O. 10wt%、V2O5 O. 03 O. 15wt%、SiO2 O. θΓθ. 10wt%。作為一種優選，相對所述主成分總量，所述副成分以各自標準物計的含量如下CaC03 O. 04wt%> Co2O3 O. 02wt%> ZrO2 O. 08wt%> Li2CO3 0. 05wt%> V2O5 0. 05wt%> SiO2 0. 04wt%o一種所述的高強度高Bs鎳鋅鐵氧體的制備方法，依次包括混合、預燒、粉碎、造粒、壓制和燒結步驟，其中
(O混合按主成分配比配料后進行干法混合，混合時間為10(Γ120分鐘；所述主成分以各自標準物計的含量為Fe2O3 49 52. 5mol%、NiO 20 29. 5mol%、ZnO 18 28 mol%、CuO
2.5 5 mol% ；
(2)預燒將混合好的材料在推板窯中進行預燒，預燒溫度控制在960±20°C，預燒時間為360 500分鐘；
(3)粉碎在上步預燒得到的主成分預燒料中加入副成分后進行濕法粉碎，粉碎時間為 120^180分鐘，粉碎后料漿粒徑控制在O. 9^1. 5 μ m ;所述副成分以各自標準物計的含量為 CaCO3 O. 03 O. 15wt%、Co203 O. θΓθ. 05wt%, ZrO2 O. 03 0. 13wt%、Li2CO3 O. 03 0. 10wt%、V205 O. 03 0. 15wt%、SiO2 O. θΓθ. 10wt% ；
(4)造粒在上步的料漿加入相當于料漿重量的I.5%的PVA，采用噴霧造粒，得到顆粒
料；
(5)壓制將上步的顆粒料采用粉末成型機壓制得到坯件，坯件的壓制密度控制在
3.2±0· 15g/cm3 ；
(6)燒結在電阻爐中進行燒結，燒結溫度控制在1180°C 1250°C，保溫24(Γ360分鐘， 燒結氣氛為空氣，燒結結束后隨爐冷卻至室溫。作為一種優選，在粉碎步驟⑶中，所述副成分相對所述主成分總量，以各自標準物計的含量為CaCO3 0. 04wt%、Co2O3 0. 02wt%、ZrO2 0. 08wt%、Li2CO3 0. 05wt%、V2O5 0. 05wt%、SiO2 0. 04wt%。本發明采用合理的主配方，通過調整Fe2O3的含量來調整材料的飽和磁感應強度； 通過調整NiO的含量來調整材料的使用頻率；通過調整ZnO的含量來調整材料的磁導率。 在副成分中加入Co2O3改善材料的頻率特性與磁導率特性；在副成分中加入CaCO3與SiO2組合增加晶界的厚度，降低高頻段相對損耗因子；在副成分中加入Li2CO3,降低高頻段相對損耗因子；在副成分中加入V2O5降低燒結溫度；在副成分中加入ZrO2，再通過生產工藝進一步調整材料晶體結構和晶界分布，從而得到良好的機械強度和較高的Bs。本發明制備方法所制得的制品的結晶晶粒尺寸為3 5 μ m，晶界鮮明。該材料適用于DC-DC電源模塊用功率電感的小型化和薄型化。材料的性能指標如下
(1)起始磁導率μi :400±25%，
(2)飽和磁感應強度Bs:480±5%，
(3)居里溫度TcTc:≥220°C,
(4)機械強度S:≥21OMPaο


圖I為磁條機械強度測試示意圖。其中I-磁條，2-壓頭,3-圓棒支座。圖2為磁環直流偏置特性對比圖。圖3為材料斷面SEM照片。其中(a)為對比例2的斷面SEM照片；(b)實施例2 的斷面SEM照片。
具體實施例方式以下按照具體實施例說明本發明，但本發明不限定于這些實施例。本發明的高強度高Bs鎳鋅鐵氧體采用傳統氧化物法制造，具體步驟依次如下
(1)混合按表I(實施例和對比例)所述的主成分配比配料后進行干法混合，混合時間為100 120分鐘；
(2)預燒將混合好的材料在推板窯中進行預燒，預燒溫度控制在960±20°C，預燒時間為360 500分鐘；
(3)粉碎在上步預燒得到的主成分預燒料中加入副成分后進行濕法粉碎，粉碎時間為 120^180分鐘，粉碎后料漿粒徑控制在O. 9 I. 5 μ m ;
(4)造粒在上步的料漿加入相當于料漿重量的I.5%的PVA，采用噴霧造粒，得到顆粒
料；
(5)壓制將上步的顆粒料采用粉末成型機壓制得到坯件，坯件的壓制密度控制在
3.2±0· 15g/cm3 ；
(6)燒結在電阻爐中進行燒結，燒結溫度控制在1180°C 1250°C，保溫24(Γ360分鐘， 燒結氣氛為空氣，燒結結束后隨爐冷卻至室溫。通過以上工序制得所述鎳鋅鐵氧體制品(磁條樣品R-4. 0X7. 1X40,磁環樣品 Τ12. 7X7. 9X6. 5)。將燒結后的磁環和磁條分別進行測試和評價。在匝數N=20Ts條件下，用HP-4284A 型LCR測試儀測試磁環樣品的起始磁導率μ i ;配合PHH-101高溫試驗箱，測試磁環的居里溫度Tc ;配合PHH-101高溫試驗箱，用SY-8258型B-H分析儀測試樣品的飽和磁感應強度 Bs ;強度按照圖I所示方法測試磁條的機械強度S。表I實施例和對比例的成分配比iz l%mai^·wt%%n戴R-AiliOΜ 齡CtCro1SOsLitCC1%￥hSOs%^ΨΙ I.謂25 W22 mim___om#ClS0 042mm25 IOXWum1392am_5fl 5004% . I 34^m25.10i mi0134￠85o-mBBS<1050.0扈% I辱mm-as ωom嫌 -mom Ift00辱襄-曼,,德:雜_M3WJ_OW帽Θ.Ο*讓 !轉2議4mOW0 1#帽o.wt _對》I 2mm35 W2tm￠060$*3 @ IS0_ 成._ iism)2tm mitf1515 Μ 對it.·! 4mmJiS鑛2im0i0 1$ 4$m25ma Wj0i￠10#fJ5015
表2實施例和對比例的磁性能
項目^ iBs (25°C)TcS評價單位-mT0CMpa-指標400 ±25%480 ±5%彡220^ 210-實施例I415483彡220245OK實施例2395485彡220250OK實施例3373479彡220243OK實施例4375475彡220223OK實施例5378473彡220220OK對比例I*295*450彡220220NG對比例2380*445彡220*175NG對比例3305*430彡220*190NG對比例4325*432彡220*185NG對比例5335*438彡220*195NG
注意(I)超過規格上限的附加“※”，超過規格下限的附加“*”；(2)在Tc 一欄中， 彡220表示Tc至少大于220度。表2列出了實施例和對比例的性能及評價，從表2中可以看出，本發明的實施例和對比例相比較，本發明有效地提高了材料的機械強度和Bs，并能保持相應的起始磁導率，并具有較高的居里溫度。從圖2中可以看出，具有較高Bs的實施例的直流偏置特性明顯優于對比例。對比實施例和對比例的微觀結構(見圖3 )，對比例材料結晶較粗大，結晶不均勻，晶粒尺寸為10 30 μ m ;實施例的結晶較均勻，晶界鮮明，晶粒尺寸為3 5 μ m。晶粒細化和結晶的均勻化是實施例的機械強度和Bs相對于對比例大幅度提升的主要原因。本發明的材料應該能夠滿足小型功率電感對鎳鋅材料的高機械強度和高Bs的雙重性能要求。本發明所描述的具體實施例僅僅是對本發明作舉例說明，相關技術領域的專家或
6技術人員可以對所描述的具體實施例做不同程度的修改，補充或者用類似的方式替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
權利要求
1.一種高強度高Bs鎳鋅鐵氧體，具有高強度和高直流偏置的雙重特點，用于功率電感，能滿足功率電感小型化對于材料的強度和直流偏置的雙重需求，其包括主成分和副成分，主成分為氧化鐵、氧化鎳、氧化鋅和氧化銅，所述主成分以各自標準物計的含量如下Fe2O3 49 52. 5mol%、Ni0 20 29. 5mol%、ZnO 18 28 mo 1%, CuO 2. 5 5 mol% ；所述副成分包括碳酸鈣、氧化鈷、氧化鋯、碳酸鋰、五氧化二釩和二氧化硅，相對所述主成分總量，所述副成分以各自標準物計的含量如下CaCO3 O. 03 O. 15wt%、Co2O3 O. O I O. 05wt%、ZrO2 O. 03 O. 13wt%、Li2CO3 O. 03 O. 10wt%、V2O5 O. 03 O. 15wt%、SiO2 O. θΓθ. 10wt%。
2.如權利要求I所述高強度高Bs鎳鋅鐵氧體，其特征在于相對所述主成分總量, 所述副成分以各自標準物計的含量如下CaCO3 O. 04wt%、Co2O3 O. 02wt%、ZrO2 O. 08wt%、 Li2CO3 O. 05wt%、V205 0. 05wt%、SiO2 0. 04wt%。
3.—種如權利要求f 2所述高強度高Bs鎳鋅鐵氧體的制備方法，其特征在于，依次包括混合、預燒、粉碎、造粒、壓制和燒結步驟，其中(O混合按主成分配比配料后進行干法混合，混合時間為10(Γ120分鐘；(2)預燒將混合好的材料在推板窯中進行預燒，預燒溫度控制在960±20°C，預燒時間為360 500分鐘；(3)粉碎在上步預燒得到的主成分預燒料中加入副成分后進行濕法粉碎，粉碎時間為 120^180分鐘，粉碎后料漿粒徑控制在O. 9 I. 5 μ m ;(4)造粒在上步的料漿加入相當于料漿重量的I.5%的PVA，采用噴霧造粒，得到顆粒料；(5)壓制將上步的顆粒料采用粉末成型機壓制得到坯件，坯件的壓制密度控制在3.2±0· 15g/cm3 ；(6)燒結在電阻爐中進行燒結，燒結溫度控制在1180°C 1250°C，保溫24(Γ360分鐘， 燒結氣氛為空氣，燒結結束后隨爐冷卻至室溫。
4.如權利要求Γ3所述高強度高Bs鎳鋅鐵氧體磁性材料的制備方法，其特征在于，燒結后制品的結晶晶粒尺寸為3 5 μ m,晶界鮮明。
全文摘要
本發明涉及一種功率電感適用的高強度高Bs鎳鋅鐵氧體及其制備方法。該鎳鋅鐵氧體主成分為氧化鐵、氧化鎳、氧化鋅和氧化銅，以各自標準物計的含量為Fe2O349~52.5mol%、NiO20~29.5mol%、ZnO18~28mol%、CuO2.5~5mol%；副成分包括碳酸鈣、氧化鈷、氧化鋯、碳酸鋰、五氧化二釩和二氧化硅，副成分相對主成分總量，以各自標準物計的含量為CaCO30.03~0.15wt%，Co2O30.01~0.05wt%，ZrO20.03~0.13wt%，Li2CO30.03~0.10wt%，V2O50.03~0.15wt%，SiO20.01~0.10wt%。采用氧化物法制備，在一定條件下燒結。燒結后制品的結晶晶粒尺寸為3～5μm，晶界鮮明，制品具有高強度和高直流偏置的特點，適應功率電感的小型化對材料的高強度和高直流偏置的雙重要求。
文檔編號C04B35/26GK102603279SQ201210056750
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月7日 優先權日2012年3月7日
發明者孫蔣平, 徐方舟, 申志剛, 聶敏 申請人:天通控股股份有限公司