專利名稱：一種低溫?zé)Y(jié)六角晶系軟磁鐵氧體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種可直接低溫?zé)Y(jié)的六角晶系軟磁鐵氧體材料。

背景技術(shù)：
片式電感作為三大無源片式元件之一，在各種電子設(shè)備中均有廣泛的應(yīng)用。近幾年，隨著移動(dòng)通信技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品的應(yīng)用頻率越來越高，已經(jīng)超過GHz，這要求各種電子元件的應(yīng)用頻率也要相應(yīng)提高。目前，片式電感采用NiZnCu鐵氧體作為磁介質(zhì)，但NiZnCu鐵氧體受其立方系晶體結(jié)構(gòu)的限制，截止頻率最高僅100MHz左右，無法用于甚/超高頻段。六角晶系軟磁鐵氧體(Y型、Z型、W型、M型、X型、U型)，由于具有平面各向異性，其截止頻率比立方晶系鐵氧體高出一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，能夠達(dá)到幾GHz，可以用作甚/超高頻片式電感類元件的核心材料。
目前，片式電感類元件采用疊層共燒工藝生產(chǎn)而成，其工藝技術(shù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)是鐵氧體磁介質(zhì)與金屬內(nèi)電極的異質(zhì)共燒。從導(dǎo)電性、耐氧化性及成本三個(gè)方面考慮，導(dǎo)電漿料一般選擇銀漿料，但是銀的熔點(diǎn)只有961℃。這就要求鐵氧體材料在具有高磁導(dǎo)率和高品質(zhì)因數(shù)的同時(shí)，燒結(jié)溫度必須低于900℃。但是鐵氧體的燒結(jié)溫度一般在1100℃以上，例如Y型六角鐵氧體的燒結(jié)溫度約是1200℃，Z型六角鐵氧體的燒結(jié)溫度超過了1300℃。為降低鐵氧體的燒結(jié)溫度，目前生產(chǎn)中普遍采用添加助燒劑的方法來降低其燒結(jié)溫度。助燒劑高溫熔融，在鐵氧體晶界處形成液相，促進(jìn)燒結(jié)。但是助燒劑與鐵氧體混合需要進(jìn)行二次混料，會(huì)引入更多雜質(zhì)；主料與助燒劑也很難混合得十分均勻，影響燒結(jié)效果；而且助燒劑在晶界處富集，可能促進(jìn)Ag沿晶界擴(kuò)散，降低元件性能。
因此，急需一種無需外加助燒劑即可在900℃以下燒結(jié)的六角晶系軟磁鐵氧體，以滿足高性能甚/超高頻片式電感的要求。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種可直接低溫?zé)Y(jié)的六角晶系軟磁鐵氧體材料和使用該材料的片式元件。該材料具有燒結(jié)溫度低的優(yōu)點(diǎn)，無需外加助燒劑即可在900℃以下燒結(jié)致密，可滿足高性能片式電感類元件的工藝要求。
一種低溫?zé)Y(jié)六角晶系軟磁鐵氧體，其特征在于所述低溫?zé)Y(jié)六角晶系軟磁鐵氧體，為含有Bi3+取代的Y型、Z型、W型、M型、X型或U型六角晶系軟磁鐵氧體，其分子式分別為Y型-Ba2-xBixMe2+xFe12-xO22(0＜x＜0.5)、Z型-Ba3-xBixMe2+xFe24-xO41(0＜x＜0.5)、W型-Ba1-xBixMe1.5+xCo0.5Fe16-xO27(0＜x＜0.5)、M型-Ba1-xBixTiyMey+xFe12-2y-xO19(0＜x＜0.5，1.0＜y＜1.5)，X型-Ba2-xBixMe2+xFe28-xO46(0＜x＜0.5)，U型-Ba4-xBixMe2+xFe36-xO60(0＜x＜1)，其中Me為Co、Zn、Cu、Mg、Mn、Ni中的一種或幾種，即Me為Co或Zn或Cu或Mg或Mn或Ni，或Co-Zn或Co-Cu或Co-Mg或Co-Mn或Co-Ni，或Zn-Cu，或Zn-Mg，或Zn-Mn，或Zn-Ni，或Cu-Mg，或Cu-Mn，或Cu-Ni，或Mg-Mn，或Mg-Ni，或Co-Zn-Cu，或Co-Zn-Mg，或Co-Zn-Mn，或Co-Zn-Ni，或Zn-Cu-Mg，或Zn-Mg-Mn，或Zn-Mn-Ni，或Cu-Mg-Mn，或Cu-Mg-Ni，或Mg-Mn-Ni，或Co-Zn-Cu-Mg，或Co-Zn-Cu-Mn，或Co-Zn-Cu-Ni，或Co-Cu-Mg-Mn，或Co-Cu-Mg-Ni，或Co-Mg-Mn-Ni，或Zn-Cu-Mg-Mn，或Zn-Cu-Mg-Ni，或Zn-Cu-Mn-Ni，或Zn-Mg-Mn-Ni，或Cu-Mg-Mn-Ni，或Co-Zn-Cu-Mg-Mn，或Co-Zn-Cu-Mg-Ni，或Co-Zn-Cu-Mn-Ni，或Co-Zn-Mg-Mn-Ni，或Co-Cu-Mg-Mn-Ni，或Co-Zn-Cu-Mg-Mn-Ni。使用該材料的片式元件可以為片式電感、片式磁珠或含有感性部件的組合片式元件，這些片式元件可用于數(shù)百M(fèi)Hz至數(shù)GHz的頻段。
本發(fā)明中所述的低溫?zé)Y(jié)六角晶系軟磁鐵氧體，將Bi2O3作為材料的組元之一，而非一種外加助燒劑，采用Bi3+取代成分中的Ba2+，同時(shí)采用等量的二價(jià)金屬取代Fe3+平衡整體電價(jià)。該材料中采用Bi3+取代低價(jià)的Ba2+，從而有效避免Bi3+被氧化成Bi5+所造成材料電性能的急劇惡化，確保材料的高頻應(yīng)用特性。本發(fā)明所述鐵氧體材料無需添加任何外加助燒劑即可在900℃以下燒結(jié)，因而避免了可能引入雜質(zhì)的二次混料過程，可保證最終產(chǎn)品具有高性能。此外，所述材料中的Me選自Co、Zn、Cu、Mg、Mn、Ni等二價(jià)金屬中一種或幾種，通過不同金屬離子或離子組合的選擇，可實(shí)現(xiàn)對(duì)材料電磁性能的有效調(diào)節(jié)，獲得性能各異的材料，以滿足實(shí)際應(yīng)用中不同的要求。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，所述的低溫?zé)Y(jié)六角晶系鐵氧體具有燒結(jié)溫度低(900℃以下)，燒成溫度寬，制備方法簡單，適于工業(yè)化生產(chǎn)，性能穩(wěn)定、可靠性好、材料性能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)。該六角晶系鐵氧體低溫?zé)Y(jié)樣品，磁導(dǎo)率在2～30，截止頻率在500MHz～8GHz，比溫度變化率不大于10-6/℃，電阻率大于108Ω·cm，介電常數(shù)10～20，完全滿足甚/超高頻片式電感、片式磁珠等感性元件以及各種組合片式元件對(duì)磁介質(zhì)的要求，具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。



圖1為本發(fā)明實(shí)施例2樣品的磁頻譜特性曲線圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2樣品的介電頻譜特性曲線圖；
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合一些實(shí)施例更具體的描述本發(fā)明。
實(shí)施例1，采用分析純的Fe2O3、BaCO3、Bi2O3、CuO、Co3O4、ZnO、MgO、MnO2、NiO、TiO2為初始原料，按表1所示成分比例(重量比)稱取原料，以無水乙醇為介質(zhì)球磨混合24小時(shí)，75℃烘干，過200目篩，預(yù)燒4小時(shí)；將所得粉料球磨過篩，造粒，成型，分別在890℃燒結(jié)保溫4小時(shí)。環(huán)形樣品，外徑20mm，內(nèi)徑10mm，厚度2.5mm，成型壓力7MPa；片狀樣品，直徑10mm，厚度1mm，成型壓力2MPa。燒成后的片狀樣品上下表面被銀后測量其介電常數(shù)和電阻率。燒成后的環(huán)狀樣品用HP4291B(1M-1GHz)射頻阻抗分析儀測量磁頻譜。所獲得樣品的性能參數(shù)見表1。
實(shí)施例2，采用分析純的Fe2O3、BaCO3、Bi2O3、CuO、Co3O4、ZnO為初始原料，按重量比Fe2O3∶BaCO3∶Bi2O3∶CuO∶Co3O4∶ZnO＝100∶37.7∶4.9∶3.4∶8.5∶6.9稱取原料，以無水乙醇為介質(zhì)球磨混合24小時(shí)，75℃烘干，過200目篩，在900℃預(yù)燒，保溫4小時(shí)，獲得純凈單相的Y-型六角鐵氧體粉料；球磨過篩，造粒，成型，分別在850℃、870℃、890℃、910℃燒結(jié)保溫2小時(shí)(記作樣品2-1，2-2，2-3和2-4)。環(huán)形樣品，外徑20mm，內(nèi)徑10mm，厚度2.5mm，成型壓力7MPa；片狀樣品，直徑10mm，厚度1mm，成型壓力2MPa。燒成后的片狀樣品上下表面被銀后測量其介電常數(shù)和電阻率。燒成后的環(huán)狀樣品用HP4291B(1M-1GHz)射頻阻抗分析儀測量磁頻譜及介電譜。圖1給出了樣品的磁頻譜特性曲線，圖2給出了介電頻譜特性曲線。所獲得樣品的性能參數(shù)見表2。
上述實(shí)例說明，本發(fā)明所述六角晶系鐵氧體無需外加助燒劑即可實(shí)現(xiàn)低溫?zé)Y(jié)，低溫?zé)Y(jié)樣品致密度高，晶粒尺寸均勻，具有優(yōu)異的電磁性能，材料的磁導(dǎo)率在2～30，截止頻率可高達(dá)1GHz以上，介電常數(shù)10～20，比溫度變化率不大于10-6/℃，電阻率大于108Ω·cm，而且實(shí)驗(yàn)表明本發(fā)明材料性能穩(wěn)定，再現(xiàn)性好。
表2 表1
權(quán)利要求
1.一種低溫?zé)Y(jié)的六角晶系軟磁鐵氧體，其特征在于采用Bi2O3作為材料組元之一，以Bi3+取代六角晶系鐵氧體中的Ba2+，同時(shí)以等量二價(jià)金屬M(fèi)e2+取代Fe3+平衡整體電價(jià)，六角晶系軟磁鐵氧體的晶相為Y型六角鐵氧體，其分子式為Ba2-xBixMe2+xFe12-xO22，0＜x＜0.5，Me為Co或Zn或Cu或Mg或Mn或Ni，或Co-Zn或Co-Cu或Co-Mg或Co-Mn或Co-Ni，或Zn-Cu，或Zn-Mg，或Zn-Mn，或Zn-Ni，或Cu-Mg，或Cu-Mn，或Cu-Ni，或Mg-Mn，或Mg-Ni，或Co-Zn-Cu，或Co-Zn-Mg，或Co-Zn-Mn，或Co-Zn-Ni，或Zn-Cu-Mg，或Zn-Mg-Mn，或Zn-Mn-Ni，或Cu-Mg-Mn，或Cu-Mg-Ni，或Mg-Mn-Ni，或Co-Zn-Cu-Mg，或Co-Zn-Cu-Mn，或Co-Zn-Cu-Ni，或Co-Cu-Mg-Mn，或Co-Cu-Mg-Ni，或Co-Mg-Mn-Ni，或Zn-Cu-Mg-Mn，或Zn-Cu-Mg-Ni，或Zn-Cu-Mn-Ni，或Zn-Mg-Mn-Ni，或Cu-Mg-Mn-Ni，或Co-Zn-Cu-Mg-Mn，或Co-Zn-Cu-Mg-Ni，或Co-Zn-Cu-Mn-Ni，或Co-Zn-Mg-Mn-Ni，或Co-Cu-Mg-Mn-Ni，或Co-Zn-Cu-Mg-Mn-Ni。
2.如權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)六角晶系鐵氧體，其特征在于六角晶系軟磁鐵氧體的晶相為Z型六角鐵氧體，其分子式為Ba3-xBixMe2+xFe24-xO41，0＜x＜0.5。
3.如權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)六角晶系鐵氧體，其特征在于六角晶系軟磁鐵氧體的晶相為W型六角鐵氧體，其分子式為Ba1-xBixMe1.5+xCo0.5Fe16-xO27，0＜x＜0.5。
4.如權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)六角晶系鐵氧體，其特征在于六角晶系軟磁鐵氧體的晶相為M型六角鐵氧體，其分子式為Ba1-xBixTiyMey+xFe12-2y-xO19，0＜x＜0.5，1.1＜y＜1.5。
5.如權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)六角晶系鐵氧體，其特征在于六角晶系軟磁鐵氧體的晶相為X型六角鐵氧體，其分子式為Ba2-xBixMe2+xFe28-xO46，0＜x＜0.5。
6.如權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)六角晶系鐵氧體，其特征在于六角晶系軟磁鐵氧體的晶相為U型六角鐵氧體，其分子式為Ba4-xBixMe2+xFe36-xO60，0＜x＜1。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種可直接低溫?zé)Y(jié)的六角晶系軟磁鐵氧體材料。其特征在于采用Bi2O3作為材料組元之一，以Bi3+取代六角晶系鐵氧體中的Ba2+，同時(shí)以等量二價(jià)金屬M(fèi)e2+取代Fe3+平衡整體電價(jià)，六角晶系軟磁鐵氧體的晶相為Y型六角鐵氧體，其分子式為Ba2-xBixMe2+xFe12-xO22，0＜x＜0.5，Me為Co、Zn、Cu、Mg、Mn、Ni中的一種或幾種。本材料燒結(jié)溫度低，燒成溫度寬，制備方法簡單，適于工業(yè)化生產(chǎn)，性能穩(wěn)定、可靠性好、材料性能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)。燒結(jié)樣品磁導(dǎo)率在2～30，截止頻率在500MHz～8GHz，比溫度變化率不大于10-6/℃，電阻率大于108Ω·cm，介電常數(shù)10～20，完全滿足甚/超高頻片式電感、片式磁珠等感性元件以及各種組合片式元件對(duì)磁介質(zhì)的要求。
文檔編號(hào)C04B35/26GK101106004SQ200710118909
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者洋 白, 喬利杰, 芳 徐 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)