高 bs 高阻抗镍锌铁氧体材料及其制备方法：解决国内 nizn 系铁氧体材料问题的关键

高 bs 高阻抗镍锌铁氧体材料及其制备方法：解决国内 nizn 系铁氧体材料问题的关键

本发明涉及软磁铁氧体技术领域，特别涉及一种可广泛应用于通讯、汽车、办公自动化设备、电子数据处理设备、消费电子产品、家用电器等领域的EMI抑制产品，一种高BS高阻抗镍锌铁氧体材料及其制备方法。

背景技术：

由于镍锌铁氧体具有高磁导率、高电阻率、使用频率高的特点，因此在计算机、通讯、消费电子等领域得到广泛的应用。国内NiZn铁氧体材料存在的主要问题是：1）当材料磁导率达到1500以上时，饱和磁感应强度BS约为250mt(室温)，居里温度TC为100℃，不能满足大电流、高密度安装的应用要求(散热条件受限)；2）将BS提高到380mt后，居里温度TC虽能达到170℃，但其磁导率不足1000，不能满足电子设备小型化的要求(平面系统)。

如今电子产品朝着扁平化、薄型化、表贴化发展，软磁元件尺寸越来越小，因此要求抗EMI材料具有较高的饱和磁感应强度bs、阻抗z、较高的磁导率，且成本较低。

各种EMI抑制元件均由软磁铁氧体制成，广泛应用于各种电子设备中，以防止无用信号的反馈和耦合，避免寄生振荡，并有效抑制传导和辐射噪声。现有的抗EMI技术存在高频阻抗低、磁阻率低、居里温度低等问题，限制了电子设备抵抗EMI的能力。

中国专利文献公开了“一种铁氧体材料及其制备方法、叠层片式磁珠”，其申请公开号为。该发明在铁氧体主要成分Fe2O3、CuO、ZnO、NiO中添加Co2O3、CaCO3、Bi2O3杂质，以达到高频阻抗和高材料电阻率的效果，但其添加的Co2O3价格昂贵，且烧结后的磁导率较低，低于100，不能满足电子设备小型化（平面系统）的要求。

中国专利文献公开了“一种用于抗EMI的锰锌铁氧体材料及其制备方法”，其申请公开号为。该发明具有高BS、高TC的特点，但其高频阻抗性能较差，不能用于10MHz以上的高频环境。

技术实现要素：

为了克服现有镍锌铁氧体材料磁导率低、高频阻抗低、居里温度低的问题，本发明提供了一种高磁导率、高BS、高阻抗的高性能抗EMI镍锌铁氧体材料。

本发明还提供了一种高bs高阻抗镍锌铁氧体材料的制备方法，该方法生产成本低，对设备无特殊要求，可实现批量生产。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种镍锌铁氧体材料，由主组份和添加剂组成，主组份由如下原料按摩尔百分比组成：0.1-49.6mol％、10-14mol％NiO、30-35mol％ZnO，余量为CuO，主组份中各组分之和为％。添加剂由如下原料按含量组成，以主组份总质量为基准，0.005-0.012wt％、0.08-0.2wt％、0.05-0.35wt％、0.1-0.4wt％。

本发明提供的NiZn铁氧体材料，主要成分如下：Fe2O3含量为48～49.6mol％，当Fe2O3含量高于49.7mol％时，易生成Fe2+离子，导致电阻率下降，也影响材料烧结后的高频阻抗性能，且Fe2O3含量过低，缺铁增加也会导致材料电阻率下降；ZnO含量为30～35mol％，当ZnO含量过高时，起始磁导率增大，影响阻抗的高频性能；CuO含量为5～8mol％，CuO对低温烧结的NiZn铁氧体材料的电阻率影响最大，当CuO含量增加时，材料的电阻率明显下降，含量较低会影响材料的烧结；因此本发明中NIO的含量有利于提高产品的耐电流性能和高频特性。

为了实现低温烧结并获得优异的电磁性能，本发明在主成分的基础上添加了Bi2O3和V2O5，以促进材料的低温烧结。V2O5的加入，改善了材料的阻抗高频特性，也起到了一定的抑制Fe2+的作用。CaCO3和SIO2的加入有利于增加晶界厚度，抑制晶粒长大，提高材料的电阻率。当辅助成分添加量为SIO2 0.005~0.012wt%、.1~0.4wt%、V2O5 0.05~0.35wt%、.08~0.2wt%时，材料可以获得较高的磁导率和高频阻抗特性。

通过以上各组分的协同作用，本发明提供的NiZn铁氧体材料可在1100℃以下烧结，所得材料的电阻率在109ω·cm以上，能起到绝缘的作用；所得材料的初始磁导率为2000，具有良好的高频阻抗特性，特别适合制作抗EMI及共模设计的产品。

本发明的镍锌铁氧体材料具有高磁导率、高阻抗的特性：

μi[25℃]=2000±25%(@,0.25mt);

bs[25℃]≥330mt(@50hz,1194a/m);

阻抗z[10mhz]≥35ω(@线长160mm,线径0.5mm,1ts);

z[25mhz]≥45ω(@线长160mm,线径0.5mm,1ts);

z[50mhz]≥60ω(@线长160mm，线径0.5mm，1ts)。

优选地，其主要成分由以下原料按摩尔百分比组成：.2~49.5mol％，NiO11~13mol％，ZnO30~33mol％，余量为CuO。

优选地，所述添加剂由如下含量的原料组成：SIO2 0.008～0.01wt％、.1～0.2wt％、V2O5 0.08～0.25wt％、.15～0.3wt％。

一种镍锌铁氧体材料的制备方法，包括如下步骤：（1）配料；（2）一次磨砂；（3）预烧结；（4）二次磨砂；（5）喷雾造粒；（6）成型；（7）烧结。

优选的，步骤（2）中，将材料经过一次砂磨后，进行喷雾造粒，得到喷雾材料。

优选的，步骤（3）中预烧温度为700～950℃，预烧时间为3～5小时。

优选的，步骤（4）中，二次打磨后得到的二次打磨材料的粒度分布为：x50：0.8-1.2μm，x99：1.8-3.6μm。

优选的，步骤（5）中，喷雾造粒前，在二次砂磨料中添加以干粉重量计0.04wt％～0.12wt％的PVA、以干粉重量计0.001wt％～0.05wt％的消泡剂，所述消泡剂优选为正辛醇。

优选的，步骤(5)中采用喷雾造粒，得到的颗粒粒径为50～200μm。

优选的，步骤（7）中烧结方法采用辊道窑低温快速空气气氛烧结，辊道窑低温快速空气气氛烧结方法可以快速批量生产磁芯样品，大大降低了生产成本。

优选的，步骤 (7) 中，温度在 120 分钟内由室温快速升温至 350-450 ℃，在 350-450 ℃持续加热 60 分钟，然后在 90 分钟内由 350-450 ℃升温至 800 ℃，再在 90 分钟内由 800 ℃升温至 1050-1120 ℃，然后持续加热 120-240 分钟，在 60-90 分钟内降温至 800-1000 ℃，保温 60-90 分钟，最后快速降温 120-180 分钟。

因此，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明NiZn铁氧体材料各组分协同作用，可在1100℃以下烧结，所得材料电阻率在109ω·cm以上，可起到绝缘作用，所得材料初始磁导率为2000，具有良好的高频阻抗特性，特别适合制作抗EMI、共模设计的产品。

(2)该制备方法工艺条件容易控制，生产成本低，对设备无特殊要求，可实现大规模生产。

详细描述

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本发明中，除非另有说明，所有设备及原材料均可从市场购买或为行业内常用的，下述实施例中的方法，除非另有说明，均为本领域的常规方法。

以下实施例及比较例的烧结磁环的测试及评价方法如下：

在匝数n=20ts条件下，用LCR测试仪测试磁环样品的初始磁导率μi；用阻抗分析仪测试h17*10*6的阻抗z值；用SY-分析仪测试样品的饱和磁感应强度BS（50Hz/1600A/m），用LCR-4225电感分析仪及专用烘箱测试样品的居里温度TC；用高阻仪测试ф10*2mm两端的绝缘电阻值R，并计算电阻率ρ。结果见表1、表2。

示例 1

（1）配料：按表1计算Fe2O3、ZnO、NiO、CuO的比例，分别称取.4mol%、.5mol%、.6mol%、.7mol%CuO和6.6mol%配制成主成分；

(2)初步砂磨：将主成分加入砂磨机中，再加入去离子水混合粉碎40分钟；混合​​均匀后进行喷雾造粒，即得喷雾料；

（3）预燃

将喷料放入回转窑预烧炉，在700℃下预烧5小时，进料速度为240公斤/小时；

（4）二次砂磨

按预烧材料重量百分比添加以下添加剂：SiO2 0.006wt％、.15wt％、V2O5 0.08wt％、.12wt％，然后将粉体放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，进料速度为240kg/小时（以干粉计）；粒度分布控制在x50：0.8μm；x99：3.6μm；

（5）喷雾造粒

将二次砂磨料中添加以干粉重量计0.04wt％的PVA、以干粉重量计0.05wt％的消泡剂(正辛醇)，然后放入喷雾塔进行离心喷雾造粒，形成50μm的颗粒；

（6）成型

将颗粒成型为h17*10*6mm标准样品环坯和圆盘样品，密度为3.1g/cm3

（7）烧结

烧结在辊道窑中空气气氛中进行，在120分钟内由室温快速升温至350℃，在350℃保温60分钟，然后在90分钟内由350℃升温至800℃，再在90分钟内由800℃升温至1050℃，继续加热120分钟，在60分钟内降温至800℃，保温60分钟，最后快速降温120分钟，即得到镍锌铁氧体材料。

[0047] 实施例2-7

实施例2-7与实施例1的区别在于主要成分的配方不同，如表1所示，其余工艺完全相同。

比较例1-6

对比例1-6与实施例1的区别在于主要成分的配方不同，如表1所示，其余工艺完全相同。

表1、实施例1-7和对比例1-6的主要成分配方及性能测试结果

从表1可以看出，当Fe2O3含量高于49.7mol%时（对比例2），容易生成Fe2+离子，导致电阻率下降，也影响材料烧结后的高频阻抗性能。当Fe2O3含量过低时（对比例1），缺铁增加也会导致材料电阻率下降；当ZnO含量过高时（对比例4），起始磁导率增大，影响阻抗的高频性能；CuO对低温烧结NiZn铁氧体材料电阻率影响最大，当CuO含量增加时，材料电阻率明显下降，较低的含量会影响材料的烧结。通过对比实施例1-7和对比例5、6，可以看出，本发明的NIO含量有利于提高产品的耐电流性能和高频特性。

[0087] 实施例8-9

实施例8-9与实施例1的区别在于添加剂的配方不同，如表2所示，其余工艺完全相同。

比较例7-12

对比例7-12与实施例1的区别在于添加剂的配方不同，如表2所示，其余工艺完全相同。

表2、实施例1、8-9和对比例7-12的添加剂配方及性能测试结果

从表2可以看出，添加V2O5改善了材料的阻抗高频特性，同时对Fe2+也起到了一定的抑制作用，而添加CaCO3和SIO2则有利于增加晶界厚度，抑制晶粒长大，提高材料的电阻率；通过实施例1、8、9和对比例7-12的对比可以看出，当添加剂的配方控制在SIO2 0.005-0.012wt％、.1-0​​.4wt％、V2O5 0.05-0.35wt％、.08-0.2wt％时，材料可以获得较高的磁导率和高频阻抗特性。

示例 10

（1）配料：按表1计算Fe2O3、ZnO、NiO、CuO的比例，称取.6mol%、%，余量CuO，各组分之和为%，制得主剂；

(2)初步砂磨：将主成分加入砂磨机中，再加入去离子水混合粉碎40分钟；混合​​均匀后进行喷雾造粒，即得喷雾料；

（3）预燃

将喷雾料放入回转窑预煅烧炉，在950℃下预煅烧3小时，进料速度为240公斤/小时；

（4）二次砂磨

按预烧材料重量百分比添加以下添加剂：SiO2 0.%、.08wt%、V2O5 0.35wt%、.1wt%，然后将粉体放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，进料速度为240kg/小时（以干粉计）；粒度分布控制在x50：1.2μm；x99：1.8μm；

（5）喷雾造粒

将二次砂磨料添加按干粉重量0.12wt%的PVA、按干粉重量0.001wt%的消泡剂（正辛醇），然后放入喷雾塔中离心喷雾造粒成50～200μm的颗粒；

（6）成型

将颗粒成型为h17*10*6mm标准样品环坯和圆盘样品，密度为3.1g/cm3

（7）烧结

烧结在辊道窑中空气气氛中进行，在120分钟内从室温快速升温至450℃，在450℃保温60分钟，然后在90分钟内从450℃升温至800℃，再在90分钟内从800℃升温至1120℃，然后继续升温240分钟，然后在90分钟内降温至1000℃，保温90分钟，最后快速降温180分钟，即得到镍锌铁氧体材料。

[0047] 实施例11

（1）配料：按表1分别计算Fe2O3、ZnO、NiO、CuO形式的Fe2O3、ZnO、NIO、CuO的比例，称取％、％、％、CuO，余量为主料中各组分之和，配制成主料；

(2)初步砂磨：将主成分加入砂磨机中，再加入去离子水混合粉碎40分钟；混合​​均匀后进行喷雾造粒，即得喷雾料；

（3）预燃

将喷料放入回转窑预烧炉，在900℃下预烧4小时，进料速度为240公斤/小时；

（4）二次砂磨

按预烧材料重量百分比添加以下添加剂：SiO2 0.005wt％、.02wt％、V2O5 0.05wt％、.4wt％，然后将粉体放入砂磨机中，加入去离子水进行二次砂磨，进料速度为240kg/小时（以干粉计）；粒度分布控制在X50：1.0μm；X99：3.0μm；

（5）喷雾造粒

将二次砂磨料中添加以干粉重量计0.08wt％的PVA、以干粉重量计0.04wt％的消泡剂(正辛醇)，然后放入喷雾塔进行离心喷雾造粒，形成150μm的颗粒；

（6）成型

将颗粒成型为h17*10*6mm标准样品环坯和圆盘样品，密度为3.1g/cm3

（7）烧结

烧结在辊道窑中空气气氛中进行，在120分钟内从室温快速升温至400℃，在400℃保温60分钟，然后在90分钟内从400℃升温至800℃，再在90分钟内从800℃升温至1100℃，继续加热200分钟，在80分钟内降温至900℃，保温80分钟，最后快速降温160分钟，即得到镍锌铁氧体材料。

实施例10和实施例11的镍锌铁氧体材料性能与实施例1-9相当，这里不再详细描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不以任何形式限制本发明，在不超出权利要求所描述的技术方案的情况下，还可以做出其他的变化和修改。