一种低温烧结NiCuZn铁氧体材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电子陶瓷材料及其制备技术领域，具体涉及一种低温烧结NiCuZn铁氧体材料及其制备方法。本发明专利技术材料的分子结构表达式为Ni0.29‑x‑yZn0.53+xCu0.18+yFe1.95O4(x＝0～0.02；y＝0～0.02)，同时采用BBSZ玻璃、Co2O3、TiO2和CaCO3作为掺杂剂。通过以上材料配方、工艺的优化设计并结合4种掺杂剂的组合改性，以实现900℃的低温烧结，并兼顾起始磁导率μi在80～96之间；抗直流偏置磁场H70％在950～800A/m，比温度系数≤2×10

A low temperature sintered NiCuZn ferrite material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低温烧结NiCuZn铁氧体材料及其制备方法
本专利技术属于电子陶瓷材料及其制备
，具体涉及一种低温烧结NiCuZn铁氧体材料及其制备方法。
技术介绍
LTCC叠层片式电感/磁珠器件凭借其体积小、成本低、屏蔽性能优良、可靠性高、易于实现表贴等优异特性，在移动通信、计算机、汽车电子、电视、广播卫星等领域获得广泛应用。近年来，随着电子产品大数据量的传输和处理速度的提高，促使LTCC片式电感/磁珠器件承载功率密度需要不断提升，因此对该类器件的抗电流偏置能力提出了更高的技术要求。即在有较大偏置电流作用下，片式电感/磁珠器件的性能(特别是感量/阻抗值)衰减尽量小，以满足小尺寸大功率的要求。此外，在汽车电子、广播卫星等应用领域，对片式电感/磁珠产品性能的稳定性要求也越来越高，希望这些电子元器件性能(特别是感量/阻抗值)随工作环境温度、工作时间等的变化量越小越好。为了提升LTCC叠层片式电感/磁珠器件的稳定性，包括在直流偏置条件下的稳定性，关键需要在提升材料性能上下功夫，通过材料研制方案的改进和创新，提升材料磁性能的稳定性，进而改善片式电感/磁珠器件性能的稳定性。目前研发LTCC叠层片式电感/磁珠器件的主要材料为低温烧结的NiCuZn铁氧体。因此，如何提高低温烧结NiCuZn铁氧体材料的稳定性，包括抗直流偏置特性，具有十分重要的现实意义。专利技术专利(ZL201410432796.8)公开了：Ni0.30-xZn0.47+xCu0.18Co0.05Fe1.95O4(其中x的取值范围为0～0.05)配方特征的NiCuZn铁氧体材料基础上，通过复合掺入Bi2O3：0.5～1wt％，SnO2：0.8～1.2wt％，SiO2：0.1～0.2wt％，CaCO3：0.1～0.2wt％等掺杂改性剂，可获得起始磁导率μi在65～70之间，且抗直流偏置磁场H70％(磁导率下降到初始值70％时可承载的偏置磁场)可达770～850A/m的抗直流偏置低温烧结NiCuZn铁氧体材料。但这种材料的磁导率还有些偏低，与目前片式电感/磁珠产品主流采用的磁导率为80～100的铁氧体材料还有些差距，另外这种材料只考虑提升了铁氧体材料的抗直流偏置特性，对NiCuZn铁氧体温度稳定性的提升未做考虑。因此，开发一种具有更高磁导率，且材料的抗直流偏置特性和温度稳定性都很好的低温烧结NiCuZn铁氧体材料，具有极大的意义，以便在高稳定性片式电感/磁珠产品中获得广泛的应用。
技术实现思路
针对上述存在问题或不足，为解决如何兼顾低温烧结NiCuZn铁氧体材料的高磁导率、抗直流偏置特性和温度稳定性的问题，本专利技术提供了一种低温烧结NiCuZn铁氧体材料及其制备方法。一种低温烧结NiCuZn铁氧体材料，其主相为尖晶石结构，分子结构表达式为Ni0.29-x-yZn0.53+xCu0.18+yFe1.95O4(x＝0～0.02；y＝0～0.02)。在上述NiCuZn铁氧体材料配方基础上，同时采用BBSZ玻璃、Co2O3、TiO2和CaCO3作为掺杂剂，其中BBSZ玻璃：1.6～2wt％，Co2O3：0.1～0.2wt％，TiO2：0.8～1.2wt％，CaCO3：0.3～0.5wt％。作为一种优选，添加的掺杂剂BBSZ玻璃：2.0wt％，Co2O3：0.15wt％，TiO2：1.0wt％，CaCO3：0.4wt％。所述低温烧结NiCuZn铁氧体材料由分析纯的原料NiO、ZnO、CuO、Fe2O3按摩尔比NiO：ZnO：CuO：Fe2O3＝(0.29-x-y):(0.53+x):0.18+y:0.975(x＝0～0.02；y＝0～0.02)的比例配制构成。上述低温烧结NiCuZn铁氧体材料以尖晶石NiCuZn铁氧体为主晶相组成，抗直流偏置特性H70％(当铁氧体磁芯上承载直流偏置磁场使得其增量磁导率下降到其起始磁导率的70％时所对应的偏置磁场的大小称为H70％，是工程应用上衡量铁氧体材料抗直流偏置特性的主要技术指标)950～800A/m，H70％≥800A/m；比温度系数≤2×10-6/℃(20℃～80℃)，可实现900℃低温烧结；起始磁导率μi为80～96，磁导率≥80。基于该低温烧结NiCuZn铁氧体材料研制的叠层片式电感/磁珠器件不仅可承受更大的直流偏置磁场的叠加，而且环境稳定性更好，非常适合在汽车电子、广播卫星等需要高可靠性的片式电感/磁珠中应用以及更大功率的场合应用。上述低温烧结NiCuZn铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤:步骤1、以NiO、ZnO、CuO、Fe2O3为初始原料，按摩尔比NiO：ZnO：CuO：Fe2O3＝(0.29-x-y):(0.53+x):0.18+y:0.975(x＝0～0.02；y＝0～0.02)的比例折算出NiO、ZnO、CuO、Fe2O3的质量比，进行称料、混料、一次球磨后烘干；步骤2、将步骤1所得的一次球磨烘干料过筛后在坩埚中压实打孔，按3℃/分的升温速率升至950℃进行预烧，保温2小时，随炉冷却到室温得到预烧料；步骤3、将步骤2所得的预烧料从坩埚中取出后放入研钵中进行粗粉粹，然后加入预烧料重量百分比1.6～2wt％BBSZ玻璃和0.1～0.2wt％Co2O3和0.8～1.2wt％TiO2和0.3～0.5wt％CaCO3四种掺杂剂后，在球磨机中进行二次球磨，二次球磨后粉料的平均粒度控制在0.8微米以下，然后将二次球磨料烘干；步骤4、在步骤3得到的二次球磨烘干料中加入相当于二次球磨烘干料重量的10％～15％的PVA溶液进行造粒并压制成形；步骤5、将步骤4所得的样品放入烧结炉中，以2℃/分的升温速率升温至300℃保温1小时排水，然后再以2℃/分的升温速率升温至600℃保温1小时排胶，然后再以2℃/分的升温速率升温至900℃保温3小时，然后按2℃/分的降温速率降至500℃，再在500℃保温3小时，最后再随炉冷却至室温得到所述的低温烧结NiCuZn铁氧体材料。所述掺杂的BBSZ玻璃制备方法如下：取分析纯的H3BO3,Bi2O3,SiO2,ZnO,按照27％Bi2O3-35％H3BO3-6％SiO2-32％ZnO的摩尔比称料，混合均匀。以去离子水作为润滑剂，在行星式球磨机球磨中球磨6小时后取出干燥。然后放在烧结炉中以2℃/min的升温速率升温至1000℃，在1000℃保温2个小时，然后直接从炉子中取出倒入去离子水中实现快淬，最后将快淬后的玻璃粉烘干，碾磨细即可备用。作为一种优选，所述步骤三中在粗粉碎后的预烧料中加入预烧料重量百分比的BBSZ玻璃：2.0wt％，Co2O3：0.1wt％，TiO2：1.0wt％，CaCO3：0.4wt％四种掺杂剂。本专利技术首先在NiCuZn铁氧体材料的主配方设计上优化了Ni和Zn离子的比例，确保铁氧体材料配方的起始磁导率较高，在经过掺杂改性处理后仍然能够维持到80～100的较高磁导率。同时将主配方中Cu离子的含量优化确认为0.18～0.20，以确保得到的材料能够较好的实现低温烧结，且不产生另相。采用略缺铁的主配方，有利于提升材料体系的电阻率(对于铁氧体来说，如果出现了过铁，那么会出现二价铁离子，电阻率会大大下降，即在配方分子式中Fe离子含量略低于2)。同时，在材料掺杂改性过程中，同时复合掺入了4种掺杂改性剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温烧结NiCuZn铁氧体材料，其特征在于：主相为尖晶石结构，分子结构表达式为Ni0.29‑x‑yZn0.53+xCu0.18+yFe1.95O4，x＝0～0.02，y＝0～0.02；由分析纯的原料NiO、ZnO、CuO、Fe2O3按摩尔比NiO：ZnO：CuO：Fe2O3＝(0.29‑x‑y):(0.53+x):0.18+y:0.975的比例配制；采用BBSZ玻璃、Co2O3、TiO2和CaCO3作为掺杂剂，其中BBSZ玻璃：1.6～2wt％，Co2O3：0.1～0.2wt％，TiO2：0.8～1.2wt％，CaCO3：0.3～0.5wt％；起始磁导率μi为80～96，抗直流偏置特性H70％为950～800A/m，20℃～80℃比温度系数≤2×10

【技术特征摘要】
1.一种低温烧结NiCuZn铁氧体材料，其特征在于：主相为尖晶石结构，分子结构表达式为Ni0.29-x-yZn0.53+xCu0.18+yFe1.95O4，x＝0～0.02，y＝0～0.02；由分析纯的原料NiO、ZnO、CuO、Fe2O3按摩尔比NiO：ZnO：CuO：Fe2O3＝(0.29-x-y):(0.53+x):0.18+y:0.975的比例配制；采用BBSZ玻璃、Co2O3、TiO2和CaCO3作为掺杂剂，其中BBSZ玻璃：1.6～2wt％，Co2O3：0.1～0.2wt％，TiO2：0.8～1.2wt％，CaCO3：0.3～0.5wt％；起始磁导率μi为80～96，抗直流偏置特性H70％为950～800A/m，20℃～80℃比温度系数≤2×10-6/℃，900℃低温烧结。2.如权利要求1所述低温烧结NiCuZn铁氧体材料，其特征在于：所述掺杂剂BBSZ玻璃：2.0wt％，Co2O3：0.15wt％，TiO2：1.0wt％，CaCO3：0.4wt％。3.如权利要求1所述低温烧结NiCuZn铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、以NiO、ZnO、CuO、Fe2O3为初始原料，按摩尔比NiO：ZnO：CuO：Fe2O3＝(0.29-x-y):(0.53+x):0.18+y:0.975的比例折算出NiO、ZnO、CuO、Fe2O3的质量比，进行称料、混料、一次球磨后烘干，x＝0～0.02，y＝0～0.02；步骤2、将步骤1所得的一次球磨烘干料过筛后在坩埚中压实打孔，按3℃/分的升温速率升至950℃进行预烧，保温2小时，随炉冷却到室温得到预烧料；步骤3、将步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏桦，唐晓莉，张怀武，荆玉兰，李元勋，徐自强，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51