MnZn系铁氧体及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种损耗小、断裂韧性值高的MnZn系铁氧体。将MnZn系铁氧体的基本成分与辅助成分调节为适当范围、且作为不可避免的杂质的P和B的量分别抑制在P：小于10质量ppm以及B：小于10质量ppm，晶粒内空隙数相对于上述MnZn系铁氧体的总空隙数小于40％，进而，上述MnZn系铁氧体在100℃、300KHz、100mT的损耗值为450kW/m

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MnZn系铁氧体及其制造方法
本专利技术涉及特别适合供给汽车搭载部件的磁芯的MnZn系铁氧体及其制造方法。
技术介绍
MnZn系铁氧体是被广泛用作开关电源等噪音滤波器、变压器、天线的磁芯的材料。作为其优点，可举出：在软磁性材料中，在kHz区域为高磁导率、低损耗，此外，与非晶态金属等相比，价格低廉。其中，随着近年来汽车的混合动力化、电装化，汽车搭载用途的电子设备的磁芯的需求不断扩大，供给上述磁芯的MnZn系铁氧体要求断裂韧性值高。这是因为：MnZn系铁氧体是陶瓷、是脆性材料，因而容易破损，而且与现有的家电制品用途相比，其用于汽车搭载用途，即，在不断地受到震动、容易破损的环境下持续使用。但是，与此同时，在汽车用途中，由于也要求轻质化、省空间化，因此，除高断裂韧性值以外，即使在高温下也兼具适当的磁特性也很重要。作为面向汽车搭载用途的MnZn系铁氧体，过去进行了各种各样的研究。作为所提及的良好的磁特性的铁氧体，专利文献1和2等有所报道，并且，作为提高了断裂韧性值的MnZn系铁氧体，专利文献3和4等有所报道。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-51052号公报；专利文献2：日本特开2012-76983号公报；专利文献3：日本特开平4-318904号公报；专利文献4：日本特开平4-177808号公报。
技术实现思路
专利技术要解决的问题通常，减小磁各向异性与磁致伸缩对于降低MnZn系铁氧体的损耗很有效。为了实现这些，需要将作为MnZn系铁氧体的主要成分的Fe2O3、ZnO和MnO的配合量设定在优选的范围。此外，通过在烧结工序中施加充分的热，使铁氧体内的晶粒适度地生长，由此能够使磁化工序中的晶粒内的磁壁容易移动，进而通过添加会在晶界中发生偏析的成分，生成具有适度且均匀厚度的晶界，由此保持电阻率使涡流损耗降低、实现在100～500kHz区域的低损耗。关于汽车车载用电子部件的磁芯，除上述磁特性以外，要求在不断受到震动的环境下也不破损的高断裂韧性值。如果在作为磁芯的MnZn系铁氧体发生破损的情况下，电感会大幅降低，因此电子部件不能发挥期望的功能，在其影响下，汽车整体将无法运行。综上所述，对于供给汽车车载用电子部件的MnZn系铁氧体，要求低损耗这样良好的磁特性和高断裂韧性值二者。然而，在专利文献1、专利文献2中，虽然提及了为了实现期望的磁特性的组成，但是完全没有对断裂韧性值进行阐述，认为其不适合作为汽车车载用电子部件的磁芯。此外，在专利文献3和专利文献4中，虽然提及了改善断裂韧性值，但其磁特性作为车载用电子部件的磁芯而言不甚充分，仍然不适合该用途。因此，本专利技术的目的在于提供一种MnZn系铁氧体，其具有在100℃、300KHz、100mT的损耗值为450kW/m3以下这样良好的磁特性，进而兼具对平板状试样按照JISR1607测定的断裂韧性值为1.10MPa·m1/2以上这样的机械特性。用于解决问题的方案因此，作为能够降低100℃、300kHz的损耗值的MnZn系铁氧体的基本成分，本专利技术人首先对Fe2O3和ZnO的适当量进行了研究。结果，发现能够使磁各向异性和磁致伸缩小、电阻率也得到保持、损耗的温度特性显示极小值的第二峰也能够出现在100℃附近，基于该结果，发现能够实现低损耗的适当范围。接着，发现通过适量添加在晶界中会发生偏析的非磁性成分的SiO2、CaO和Nb2O5来作为辅助成分，能够生成均匀厚度的晶界、提高电阻率，由此能够进一步地降低损耗。此外，专利技术人调查了提高断裂韧性值的有效因素，结果根据抛光、蚀刻MnZn系铁氧体的剖面后对观察到的图像进行解析，发现在材料内的空隙(void)中，残存的晶粒内的空隙的比率与断裂韧性值之间存在关联。即，探明了如下实情，空隙有存在于晶界的空隙和存在于晶粒内的空隙，通过减少残存在晶粒内的空隙(以下也称为晶粒内空隙)，可抑制作为脆性材料的MnZn系铁氧体的裂缝传播，其结果是，材料的断裂韧性值提高。基于该观点，专利技术人进一步进行调查，结果发现了用于减少晶粒内空隙的2种方法。首先，在烧结铁氧体时，由于颗粒生长平衡被打破，会出现异常颗粒，该异常颗粒在颗粒内含有大量的空隙。为了抑制该异常颗粒的产生、降低晶粒内空隙数，需要降低杂质的含量。另外，由于异常颗粒的出现会使损耗增大，因此从磁特性的观点出发，也要求避免异常颗粒。另一种方法是，在通常的MnZn系铁氧体的制造中，会经过预煅烧工序，通过适当地控制此时预煅烧的最高温度、和冷却时的速度或环境，能够防止材料吸收过量的氧、减少在烧结时进行还原反应时脱离的氧量，由此减少空隙的出现数量、减少晶粒内空隙。通过适当地控制这2种方法，能够从一开始就提高材料的断裂韧性值。如上所述，为了得到低损耗且断裂韧性值高的MnZn系铁氧体，需要将作为基本成分的Fe2O3与ZnO的量、以及作为非磁性成分的SiO2、CaO和Nb2O5的量调节为适当量、且减少晶粒内空隙。另外，在上述的专利文献1和专利文献2中，完全没有提及断裂韧性值，不可能实现对其的改善。此外，在专利文献3和专利文献4中，虽然韧性得以改善，但由于不能选择适当的组成范围，因此不能实现低损耗。因此，仅基于这些见解，不能制作在实用上有用的、适合汽车车载用电子部件的磁芯的MnZn系铁氧体。本专利技术是基于上述见解而完成的。即，本专利技术的主要结构如下所述。1.一种MnZn系铁氧体，其由基本成分、辅助成分和不可避免的杂质组成，在以Fe2O3、ZnO、MnO换算计的铁、锌、锰的合计为100mol％时，上述基本成分为：铁：以Fe2O3换算计为51.5～55.5mol％；锌：以ZnO换算计为5.0～15.5mol％；以及锰：余量；相对于上述基本成分，上述辅助成分为：SiO2：50～300质量ppm；CaO：100～1300质量ppm；以及Nb2O5：100～400质量ppm；上述不可避免的杂质中的P和B的量分别抑制在P：小于10质量ppm；以及B：小于10质量ppm；晶粒内空隙数相对于上述MnZn系铁氧体的总空隙数小于40％，进而所述MnZn系铁氧体在100℃、300KHz、100mT的损耗值为450kW/m3以下，按照JISR1607测定的断裂韧性值为1.10MPa·m1/2以上。2.根据上述1所述的MnZn系铁氧体，其中，上述辅助成分进一步含有选自下述成分中的一种或两种：CoO：3500质量ppm以下，以及NiO：15000质量ppm以下。3.一种MnZn系铁氧体的制造方法，是得到上述1或2所述的MnZn系铁氧体的制造方法，具有：预煅烧工序，将所述基本成分的混合物进行预煅烧、冷却，得到预煅烧粉末；混合-粉碎工序，在上述预煅烧粉末中添加上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MnZn系铁氧体，其由基本成分、辅助成分和不可避免的杂质组成，/n在以Fe

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190131 JP 2019-0161931.一种MnZn系铁氧体，其由基本成分、辅助成分和不可避免的杂质组成，
在以Fe2O3、ZnO、MnO换算计的铁、锌、锰的合计为100mol％时，所述基本成分为：
铁：以Fe2O3换算计为51.5～55.5mol％，
锌：以ZnO换算计为5.0～15.5mol％，以及
锰：余量；
相对于所述基本成分，所述辅助成分为：
SiO2：50～300质量ppm，
CaO：100～1300质量ppm，以及
Nb2O5：100～400质量ppm；
所述不可避免的杂质中的P和B的量分别抑制在
P：小于10质量ppm、以及
B：小于10质量ppm；
晶粒内空隙数相对于所述MnZn系铁氧体的总空隙数小于40％，进而
所述MnZn系铁氧体在100℃、300KHz、100mT的损耗值为450kW/m3以下，
按照JISR1607测定的断裂韧性值为1.10MPa·m1/2以上。


2.根据权利要求1所述的MnZn系铁氧体，其中，所述辅助成分还含有选自下述成分中的一种或两种：
CoO：3500质量ppm以下；以及
NiO：15000质量ppm以下。


3.一种MnZn系铁氧体的制造方法，是得到权利要求1或2所述的MnZn系铁氧体的制造方法，具有以下工序：
预煅烧工序，将所述基本成分的混合物进行预煅烧、冷却，得到预煅烧粉末；
混合-粉碎工序，在所述预煅烧粉末中添加所述辅助成分，进行混...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村由纪子，吉田裕史，平谷多津彦，田川哲哉，
申请(专利权)人：杰富意化学株式会社，杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP