專利名稱：高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)中高頻疊層片式電感材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電感材料制備技術(shù)范圍，特別涉及高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)中高頻多層片式電感材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
制備疊層片式電感器(Multi-layer Chip Inductors or Multi-layer Ferrite Inductor，簡(jiǎn)稱MLCI或MLFI)的工藝技術(shù)關(guān)鍵是磁介質(zhì)材料和內(nèi)導(dǎo)體材料(一般為Ag電極)共燒。這就要求其中的軟磁鐵氧體具有較低的燒結(jié)溫度，同時(shí)具有高磁導(dǎo)率和高品質(zhì)因數(shù)。目前國內(nèi)外中高頻通用片感材料主要是NiCuZn鐵氧體軟磁材料。為降低燒結(jié)溫度加入CuO形成NiCuZn鐵氧體固溶體，燒結(jié)溫度可降低到1050℃，然后再加入助燒劑，可使燒結(jié)溫度降低到900℃以下。但由于助燒劑的加入，使磁性能下降，初始磁導(dǎo)率降低。一般現(xiàn)用的片感材料初始磁導(dǎo)率最高在400左右。采用化學(xué)方法制備的NiCuZn鐵氧體納米粉磁導(dǎo)率可以達(dá)到600左右，但在燒結(jié)過程中容易出現(xiàn)晶粒的不均勻和異常長大，對(duì)材料性能的重復(fù)性有一定影響。因此如何控制NiCuZn鐵氧體納米粉體的制備及燒結(jié)工藝以獲得細(xì)晶、高磁導(dǎo)率且性能穩(wěn)定的MLCI材料是本發(fā)明所要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)中高頻疊層片式電感材料及其制備方法。所述疊層片式電感材料由主料和輔料組成，其特征在于所述主料是鎳銅鋅鐵氧體，其分子式為(Ni0.2-xCu0.2Zn0.6+xO)(Fe2-yMnyO3+0.5y)1-z，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.05，0≤z≤0.10；所述輔料是低溫?zé)Y(jié)助燒劑氧化鉍Bi(NO3)3。所述主料在配方中所占質(zhì)量百分比為99～100％，所述輔料助燒劑含量為0～1.0％。
所述主料的初始原料為Fe(NO3)3，Ni(CH3COO)2，Cu(CH3COO)2，Zn(CH3COO)2，Mn(CH3COO)2或Ni、Cu、Zn、Mn的硝酸鹽及檸檬酸。
具體工藝步驟如下①將初始原料Fe3+和檸檬酸按照化學(xué)計(jì)量比配成溶液，其中Fe3+離子的濃度在0.5～5M之間，F(xiàn)e3+與檸檬酸摩爾比在0.5～1.5之間；②將Ni2+，Zn2+，Cu2+，Mn2+，Bi3+的鹽按照化學(xué)計(jì)量比加入①配成的溶液中，并加入質(zhì)量比為5～10％的PEG作為絡(luò)合劑，加熱至80～100℃反應(yīng)兩小時(shí)，形成穩(wěn)定的溶膠；③將步驟②生成的溶膠置于120～150℃的烘箱中烘干，形成干凝膠；④干凝膠在高溫爐中于600～800℃預(yù)燒，保溫2～6小時(shí)，即可獲得納米級(jí)粗細(xì)的鎳銅鋅軟磁鐵氧體粉料；⑤將上述粉料經(jīng)球磨6～8小時(shí)，以水或乙醇為介質(zhì)得超細(xì)鎳銅鋅軟磁鐵氧體漿料；⑥球磨后的漿料烘干，過100～200目篩，造粒，成型；⑦生坯燒結(jié)可采用常規(guī)燒結(jié)和兩段式燒結(jié)工藝。(a)常規(guī)燒結(jié)，即將步驟⑥生成的成型料在高溫爐中升溫至860～950℃保溫120～360分鐘。(b)兩段式燒結(jié)，即將步驟⑥生成的成型料在高溫爐中升溫至910～950℃，短暫保溫0～10分鐘，然后降溫至860～900℃燒結(jié)120～360分鐘，即可得到高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)片式電感材料。
本發(fā)明的有益效果是低溫?zé)Y(jié)配方可調(diào)，工藝簡(jiǎn)便易行，可重復(fù)性好，燒成溫度低，燒成溫區(qū)寬(860～950℃)，獲得的低溫?zé)Y(jié)鐵氧體材料性能穩(wěn)定，可靠性好，具有高的初始磁導(dǎo)率600～1000和高的體積電阻率1010Ω·cm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有磁導(dǎo)率高，制造成本低，工藝穩(wěn)定的特點(diǎn)，易于工業(yè)化生產(chǎn)，是一種高性能的新一代片感材料，完全滿足高可靠性中高頻疊層片感材料的要求，為進(jìn)一步縮小元件尺寸和提高電感量提供了可能。它可使低溫?zé)Y(jié)的電感材料的磁導(dǎo)率提高。


圖1(a)、(b)是實(shí)施例1樣品的燒結(jié)曲線，其中圖1(a)曲線1為兩段式燒結(jié)，曲線圖1(b)為常規(guī)燒結(jié)。
圖2是實(shí)施例1樣品的磁頻譜特性曲線。
圖3是實(shí)施例1樣品的品質(zhì)因數(shù)曲線。
圖4是實(shí)施例2樣品的磁頻譜特性曲線。
圖5是實(shí)施例2樣品的品質(zhì)因數(shù)曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)中高頻疊層片式電感材料及其制備方法。所述疊層片式電感材料由主料和輔料組成，所述主料的初始原料為Fe(NO3)3，Ni(CH3COO)2，Cu(CH3COO)2，Zn(CH3COO)2，Mn(CH3COO)2或Ni、Cu、Zn、Mn的硝酸鹽及檸檬酸的鎳銅鋅鐵氧體的分子式為(Ni0.2-xCu0.2Zn0.6+xO)(Fe2-yMnyO3+0.5y)1-z，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.05，0≤z≤0.10；所述輔料為低溫?zé)Y(jié)助燒劑氧化鉍Bi(NO3)3。所述主料在配方中所占質(zhì)量百分比為99～100％，所述輔料助燒劑含量為0～1.0％。
所述主料初始原料為Fe(NO3)3、Ni(CH3COO)2、Cu(CH3COO)2、Mn(CH3COO)2或Ni、Cu、Zn、Mn的硝酸鹽及檸檬酸。
具體工藝步驟如下①將初始原料Fe3+和檸檬酸按照化學(xué)計(jì)量比配成溶液，其中Fe3+離子的濃度在0.5～5M之間，F(xiàn)e3+與檸檬酸摩爾比在0.5～1.5之間；②將Ni2+，Zn2+，Cu2+，Mn2+，Bi3+的鹽按照化學(xué)計(jì)量比加入①配成的溶液中，并加入質(zhì)量比為5～10％的PEG作為絡(luò)合劑，加熱至80～100℃反應(yīng)兩小時(shí)，形成穩(wěn)定的溶膠；③將步驟②生成的溶膠置于120～150℃的烘箱中烘干，形成干凝膠；④干凝膠在高溫爐中于600～800℃預(yù)燒，保溫2～6小時(shí)，即可獲得超細(xì)(納米)鎳銅鋅軟磁鐵氧體粉料；⑤將上述粉料經(jīng)球磨6～8小時(shí)，以水或乙醇為介質(zhì)得超細(xì)鎳銅鋅軟磁鐵氧體漿料；⑥球磨后的漿料烘干，過100～200目篩，造粒，成型；⑦生坯燒結(jié)可采用常規(guī)燒結(jié)和兩段式燒結(jié)工藝。(a)常規(guī)燒結(jié)，即將步驟⑥生成的成型料在高溫爐中升溫至860～950℃保溫120～360分鐘。(b)兩段式燒結(jié)，即將步驟⑥生成的成型料在高溫爐中升溫至910～950℃，短暫保溫0～10分鐘，然后降溫至860～900℃燒結(jié)120～360分鐘，即可得到高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)片式電感材料。下面再舉例對(duì)本發(fā)明予以說明實(shí)施例1，化學(xué)法合成NiZnCu軟磁鐵氧體超細(xì)粉，氧化鉍為助燒劑。初始原料為Fe(NO3)3，Ni(CH3COO)2，Cu(CH3COO)2，Zn(CH3COO)2，Mn(CH3COO)2，可溶性鹽及檸檬酸。組成是(Ni0.15Cu0.2Zn0.65O)(Fe1.98Mn0.02O3.01)0.992，助燒劑Bi(NO3)3為0.1～0.5wt％。將初始原料Fe(NO3)3.9H2O和檸檬酸按照化學(xué)計(jì)量比配成溶液，然后按配方將化學(xué)計(jì)量Ni(CH3COO)2，Cu(CH3COO)2，Zn(CH3COO)2，Mn(CH3COO)2加入上述溶液，攪拌均勻，得到深棕色膠體溶液。膠體溶液經(jīng)烘干，煅燒，得到紅棕色NiCuZn鐵氧體超細(xì)粉料。粉料用氧化鋯球進(jìn)行球磨，干燥后，過篩，造粒，成型，燒結(jié)。圖1(a)、(b)為實(shí)施例1樣品的燒結(jié)曲線，其中圖1(a)中曲線1為兩段式燒結(jié)，圖1(b)中曲線2為常規(guī)燒結(jié)。分別按照?qǐng)D1中的曲線1和曲線2進(jìn)行燒結(jié)得到的樣品記為樣品1-1和1-2。圓環(huán)樣品，外徑20mm，內(nèi)徑10mm，厚度3mm，成型壓力8MPa；圓片樣品，直徑10mm，厚度1mm，成型壓力為2MPa。燒成的圓片上下被銀后測(cè)量其電阻率。燒成的圓環(huán)樣品用HP4194A(1K～40MHz)阻抗分析儀測(cè)量磁頻譜，用HP4192A(5Hz～13MHz)低頻阻抗分析儀測(cè)量磁溫譜。圖2給出樣品的磁頻譜特性曲線，兩段式燒結(jié)初始磁導(dǎo)率在970左右，品質(zhì)因數(shù)見圖3所示。所獲得樣品性能參數(shù)見表1。
表1

實(shí)施例2，化學(xué)法合成NiZnCu軟磁鐵氧體超細(xì)粉，氧化鉍為助燒劑。初始原料為Fe(NO3)3，Ni(CH3COO)2，Cu(CH3COO)2，Zn(CH3COO)2，Mn(CH3COO)2，可溶性鹽及檸檬酸。組成是(Ni0.15Cu0.2Zn0.65O)(Fe1.99Mn0.01O3.01)0.99，助燒劑Bi(NO3)3為0.1～0.5wt％。將初始原料Fe(NO3)3.9H2O和檸檬酸按照化學(xué)計(jì)量比配成溶液，然后按配方將化學(xué)計(jì)量Ni(CH3COO)2，Cu(CH3COO)2，Zn(CH3COO)2，Mn(CH3COO)2加入上述溶液，攪拌均勻，得到深棕色膠體溶液。膠體溶液經(jīng)烘干，煅燒，得到紅棕色NiCuZn鐵氧體超細(xì)粉料。粉料用鋼球球磨，干燥后，過篩，造粒，成型，分別按照?qǐng)D1中曲線1燒結(jié)作平行實(shí)驗(yàn)，記為樣品2-1，2-2，和2-3。圓環(huán)樣品，外徑20mm，內(nèi)徑10mm，厚度3mm，成型壓力8MPa；圓片樣品，直徑10mm，厚度1mm，成型壓力為2MPa。燒成的圓片上下被銀后測(cè)量其電阻率。燒成的圓環(huán)樣品用HP4194A(1K～40MHz)阻抗分析儀測(cè)量磁頻譜，用HP4192A(5Hz～13MHz)低頻阻抗分析儀測(cè)量磁溫譜。圖4給出樣品的磁頻譜特性曲線，兩段式燒結(jié)初始磁導(dǎo)率均在850左右，品質(zhì)因數(shù)見圖5所示。所獲得樣品性能參數(shù)見表2。
表2

上述實(shí)例說明，通過配方和工藝的調(diào)整，在860～950℃的溫度范圍內(nèi)，制備了低溫?zé)Y(jié)高性能的中高頻片式電感材料。加入少量助燒劑，實(shí)現(xiàn)了低溫?zé)Y(jié)，材料的燒結(jié)性能好、密度高，并通過新的燒結(jié)工藝——兩段式燒結(jié)，改善了材料的顯微結(jié)構(gòu)，提高了磁性能。低溫?zé)Y(jié)，材料室溫磁導(dǎo)率可以控制在600～1000，截止頻率在4～14MHz，電阻率大于109Ω·cm，比溫度變化率不大于10-5/℃。材料的晶粒均勻，晶粒尺寸≤2μm，可以用于大感量片式電感器，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的MLCI材料。而且實(shí)驗(yàn)表明本發(fā)明材料的性能穩(wěn)定和再現(xiàn)性優(yōu)異。
權(quán)利要求
1.一種高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)中高頻疊層片式電感材料，所述疊層片式電感材料由主料和輔料組成，其特征在于所述主料是鎳銅鋅鐵氧體，其分子式為(Ni0.2-xCu0.2Zn0.6+xO)(Fe2-yMnyO3+0.5y)1-z，其中0≤x≤0.1，0≤y≤0.05，0≤z≤0.10；所述輔料是低溫?zé)Y(jié)助燒劑氧化鉍Bi(NO3)3；所述主料在配方中所占質(zhì)量百分比為99～100％，所述輔料助燒劑含量為0～1.0％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)中高頻疊層片式電感材料，其特征在于所述主料的初始原料為Fe(NO3)3，Ni(CH3COO)2，Cu(CH3COO)2，Zn(CH3COO)2，Mn(CH3COO)2或Ni、Cu、Zn、Mn的硝酸鹽及檸檬酸。
3.權(quán)利要求1所述高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)中高頻疊層片式電感材料的制備方法，其特征在于①將初始原料Fe3+和檸檬酸按照化學(xué)計(jì)量比配成溶液，其中Fe3+離子的濃度在0.5～5M之間，F(xiàn)e3+與檸檬酸摩爾比在0.5～1.5之間；②將Ni2+，Zn2+，Cu2+，Mn2+，Bi3+的鹽按照化學(xué)計(jì)量比加入①配成的溶液中，并加入質(zhì)量比為5～10％的PEG作為絡(luò)合劑，加熱至80～100℃反應(yīng)兩小時(shí)，形成穩(wěn)定的溶膠；③將步驟②生成的溶膠置于120～150℃的烘箱中烘干，形成干凝膠；④干凝膠在高溫爐中于600～800℃預(yù)燒，保溫2～6小時(shí)，即可獲得納米級(jí)粗細(xì)的鎳銅鋅軟磁鐵氧體粉料；⑤將上述粉料經(jīng)以水或乙醇為介質(zhì)球磨6～8小時(shí)，得超細(xì)漿料；⑥球磨后的漿料烘干，過100～200目篩，造粒，成型；⑦生坯燒結(jié)可采用常規(guī)燒結(jié)和兩段式燒結(jié)工藝。(a)常規(guī)燒結(jié)，即將步驟⑥生成的成型料在高溫爐中升溫至860～950℃保溫120～360分鐘。(b)兩段式燒結(jié)，即將步驟⑥生成的成型料在高溫爐中升溫至910～950℃，短暫保溫0～10分鐘，然后降溫至860～900℃燒結(jié)120～360分鐘，即可得到高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)片式電感材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于電感器材料制備技術(shù)范圍的一種高磁導(dǎo)率低溫?zé)Y(jié)中高頻疊層電感器材料及其制備方法。它是以Ag為內(nèi)電極，與軟磁性鐵氧體(Ni
文檔編號(hào)H01F41/02GK1405800SQ0214668
公開日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2002年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月5日
發(fā)明者王曉慧, 屈衛(wèi)國, 李龍土, 周濟(jì), 桂治輪, 岳振星, 張力 申請(qǐng)人:清華大學(xué)