CN1542875A - 一种宽频磁电双性复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种宽频磁电双性复合材料及其制备方法，它是由主相铁氧体相为磁导率为500－1000的NiCuZn铁氧体软磁材料(例如Ni0.24Cu0.07Zn0.5Fe1.92O4)和陶瓷介质相选用钙钛矿BaTiO3组成；Ni0.24Cu0.07Zn0.5Fe1.92O4与钙钛矿BaTiO3的混合比例为1∶x，根据复合材料性能的优化方向，选用Co3+、Mn2+、Bi3+等离子进行掺杂来改善提高本发明材料的磁电性能。由本发明的宽频磁电双性复合材料制成的抗电磁干扰滤波器、片式或筒状器件，可广泛应用于家电、通信、计算机接插件等领域。

Description

一种宽频磁电双性复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电子技术领域，它特别涉及用于电子信息***中抗电子干扰(EMI)器件的磁芯材料，
背景技术
抗电磁干扰磁芯材料最早使用的是软磁铁氧体材料，此材料具有磁导率高的特点，但使用频率较低，约在300MHz以下，且此种材料制成的抗电磁***件体积大、不利于实现器件的表面组装。新型抗电磁干扰材料的研究美国开始于20世纪80年代末期，作为射频段抗电磁干扰材料主要有Co基和Fe基材料。Co基和Fe基材料是一种纳米晶软磁材料，具有高的磁导率，μi可达1000以上，高的电阻率，并具有很好的频率特性([K.Shimizu，Filter Solves Connectors EMIProblem，Adapts to Automatic Mounting，JEE，1993，09，p43-47；和Y.Mitsuya，ChipEMI Filter Keep noise Out of Transmissions CommuanicationsJEE，1994，01，p78-81)。90年代初，美国Steward公司、Filter Concepls公司和Motorola公司产品系列多用于各种军事设备和电台、发射机间的抗电磁干扰。随后开发出新型Co基膜状抗电磁干扰滤波器和性能更为优良的ZnO/NiZnCu复合材料系列及抗电磁干扰滤波器，主要使用于抑制计算机信息的外泄及固态有源电路自身噪声辐射([T.Tsutaoka，M.Vesmin，and T.Tokunaga，Frequency Dispersion andTemperature Variation of Complex Permeability of Ni-Zn Ferrite CompositeMaterials，J.Appl.Phys，78(6)，1995，p3983-3991
和Kichul Han，Hyung Do Cho，Tak Jin Moon，Dispersion Characteristics of theComplex Permeability of Ni-Zn Ferrite-Epoxy composities，J.of MaterialsScience，Vol.30，1995，p3567-3570
以及T.Kodama，Y.Kitayama，M.Tsuji and Y.Tarmaura，Characterization of UltrafineNixFe3-xO4 Particles Synthesized by Co-Precipitation：Size Regulation and MagneticProperties，J.Mag.Soc.Japan，Vol.20，1996，p305-308)。
但是，现有的抗电磁干扰磁芯材料虽然具有很好的磁性能且较好的高频特性，但功能单一，不能实现材料感性与容性的有机结合，且在宽的频率内使用时存在一定困难。在抗电磁***件向小型化及表面封装技术发展过程中，现有材料在应用中的缺点日益明显，器件不仅体积庞大且成本很高。
发明内容
本发明的任务是提供一种使用频域宽、兼备电感性和电容性的宽频磁电双性复合材料的配方及其制备方法。
本发明的宽频磁电双性复合材料的配方由二部分组成，一是主相铁氧体相的配方，二是陶瓷介质相的配方，再加上适当的离子掺杂。综合考虑磁性相材料的磁导率、频率特性等因素，其主相铁氧体相为磁导率为500-1000的NiCuZn铁氧体软磁材料，例如Ni0.24Cu0.07Zn0.5Fe1.92O4；陶瓷介质相选用钙钛矿BaTiO3；Ni0.24Cu0.07Zn0.5Fe1.92O4与钙钛矿BaTiO3的混合比例为1∶x，其中x＝0.05～0.60。
需要说明的是，根据复合材料性能的优化方向选用Co3+、Mn2+、Bi3+等离子进行掺杂，可以改善提高本发明材料的磁电性能，如为改善材料的品质因数、频率特性可选用Co3+、Mn2+掺杂，掺杂量可控制在2mol％范围内；优化材料的烧结特性可选用Bi3+掺杂，掺杂量可控制在2mol％范围内。
本发明的宽频磁电双性复合材料的主要性能参数如下：磁导率μi＝3～9，介电常数ε＝10～200，使用频率f＝1MHz～1.8GHz。由本发明的宽频双性磁电双性复合材料制成的抗电磁干扰滤波器，其***损耗IL≥60dB(f＝500MHz)。
本发明的宽频磁电双性复合材料的制备方法采用固相反应烧结法制备，它具体采用下面步骤：
第一步配料步骤：将磁导率为500-1000的NiCuZn铁氧体软磁材料与钙钛矿结构的BaTiO3陶瓷材料按1∶x的比例混合，其中x＝0.05～0.60。为改善提高材料的磁电性，选用Co3+、Mn2+、Bi3+等离子进行掺杂。其中由于钙钛矿结构的BaTiO4陶瓷在粒度大于2μm时，压电效应增强，将不利于高频电容特性的改良，故BaTiO4粉体必须先经过沙磨处理，配料后称量；
第二步研磨步骤：采用球磨工艺混合和细化材料粒度，料/水/球比例为1/1.2/2，球磨转速在200转/分～300转/分之间，5～6小时可达粒度＜2μm；
第三步烘干、粉碎步骤：进行混合粉料的粒度分析，要求粉粒粒度达到＜2μm；
第四步预烧结步骤：根据成型方式不同，预烧方式有两种选择：
一是选择热铸胚成型时，预烧温度较高，为920℃～980℃，预烧时间10～12小时，其中保温2～3小时；
二是选择冷压胚成型时，预烧温度可适当降低，为800℃～920℃，预烧时间10～12小时，其中保温2小时；
第五步过筛制胚步骤：有两种成型方式：
一是可以采用热铸制胚，粉料与石蜡以1∶1.3热熔混合，搅拌均匀后在热铸机上热铸，热铸压强大于4个大气压，热铸后在有良好通风抽机炉***进行排蜡工艺，排蜡温度在500℃～500℃，升温为2℃/分钟；
二是也可以采用冷压制胚，常用油压机压制，压力控制在15kg～40kg/cm2。
第六步烧结步骤：将样胚在高温常压氧气气氛中烧结，烧结温度控制在1200℃～1240℃，烧结时间10～12小时，其中保温2小时，保温后样品在烧结炉中自然冷却。
经过上述六个步骤后，就可以得到本发明的宽频磁电双性复合材料。
采用本发明制备技术的宽频磁电双性复合材料其主要技术指标如下：磁导率μi＝3～9，介电常数ε＝10～200，使用频率f＝1MHz～1.8GHz。
本发明的宽频磁电双性复合材料的制备方法的关键技术在于软磁铁氧体与电子陶瓷材料的复合配方以及粉体材料的烧结工艺控制。
本发明的宽频磁电双性复合材料的主要优点在于：
1、使用频域宽，传统使用的抗电磁干扰材料是NiZn铁氧体材料，其使用频域是1MHz～300MHz，掺入Cu后，使用频域最高可在10MHz～1000MHz范围内，本发明宽频磁电双性复合材料的使用频域可提高至1800MHz，非常好地满足了目前通信***中电子元器件高频化的要求；
2、同时具备感性和容性，传统的抗电磁干扰滤波器由电感和电容两种基本元器件组成，且体积较大，若制成抗电磁干扰滤波器阵列，其体积将更加庞大。利用本发明宽频磁电双性复合材料的双性特点，在抑止电磁干扰时，既可以电感器使用，又可以电容器使用；在制备L/C滤波器时，可取得优异的效果，并大大减小器件的体积。
3、以本发明宽频磁电双性复合材料制作的器件具有小型化、轻量化、高稳定性的特点，且可满足表面贴装的工艺要求。
附图及图面说明
图1是本发明宽频磁电双性复合材料的制备方法工艺流程图
其中，工艺流程框图中配方、称料为第一步配料步骤；球磨为第二步研磨步骤；烘干、粉碎、粒度分析、改变球磨时间、转速为第三步烘干、粉碎步骤；预烧为第四步预烧结步骤；过筛、冷压、制坯、热铸、加石蜡混合、热铸、排蜡为第五步过筛制胚步骤，其中1表示冷压制胚，2表示热铸制胚；烧结为第六步烧结步骤。
由本发明的宽频磁电双性复合材料制成的抗电磁干扰滤波器、片式或筒状器件，可广泛应用于家电、通信、计算机接插件等领域，本发明的宽频磁电双性复合材料具有宽频化(1MHz～1.8GHz)、磁电双性、多功能化的特点，可满足器件对高频域、小型化、多功能性、高可靠性、高稳定性和表面组装技术的需求，也可用于多层片式电感器的磁芯材料。

Claims (4)

1、一种宽频磁电双性复合材料及其制备方法，其特征是：它由主相铁氧体相、陶瓷介质相和加上适当的离子掺杂组成；所述的主相铁氧体相为磁导率为500-1000的NiCuZn铁氧体软磁材料；陶瓷介质相选用钙钛矿BaTiO3；Ni0.24Cu0.07Zn0.5Fe1.92O4与钙钛矿BaTiO3的混合比例为1∶x，其中x＝0.05～0.60；根据宽频磁电双性复合材料性能的优化方向选用Co3+、Mn2+、Bi3+等离子进行掺杂。
2、根据权利要求1所述的一种宽频磁电双性复合材料及其制备方法，其特征是：所述的主相铁氧体相为磁导率为500-1000的NiCuZn铁氧体软磁材料可以是Ni0.24Cu0.07Zn0.5Fe1.92O4。
3、根据权利要求1或2所述的一种宽频磁电双性复合材料及其制备方法，其特征是：所述的根据宽频磁电双性复合材料性能的优化方向选用Co3+、Mn2+、Bi3+等离子进行掺杂的方法是可以选用Co3+、Mn2+掺杂，掺杂量控制在2mol％范围内，改善材料的品质因数、频率特性；选用Bi3+掺杂，掺杂量控制在2mol％范围内，可以优化材料的烧结特性。
4、根据权利要求1所述的一种宽频磁电双性复合材料及其制备方法，宽频磁电双性复合材料的制备方法采用固相反应烧结法制备，其特征是它具体采用下面步骤：
第一步配料步骤：将磁导率为500-1000的NiCuZn铁氧体软磁材料与钙钛矿结构的BaTiO3陶瓷材料按1∶x的比例混合，其中x＝0.05～0.60；可选用Co3+、Mn2+、Bi3+等离子进行掺杂；BaTiO4粉体先经过沙磨处理，配料后称量；
第二步研磨步骤：采用球磨工艺混合和细化材料粒度，料/水/球比例为1/1.2/2，球磨转速在200转/分～300转/分之间，5～6小时可达粒度＜2μm；
第三步烘干、粉碎步骤：进行混合粉料的粒度分析，要求粉粒粒度达到＜2μm；
第四步预烧结步骤：根据成型方式不同，预烧方式有两种选择：
一是选择热铸胚成型时，预烧温度较高，为920℃～980℃，预烧时间10～12小时，其中保温2～3小时；
二是选择冷压胚成型时，预烧温度可适当降低，为800℃～920℃，预烧时间10～12小时，其中保温2小时；
第五步过筛制胚步骤：有两种成型方式：
一是可以采用热铸制胚，粉料与石蜡以1∶1.3热熔混合，搅拌均匀后在热铸机上热铸，热铸压强大于4个大气压，热铸后在有良好通风抽机炉***进行排蜡工艺，排蜡温度在500℃～600℃，升温为2℃/分钟；
二是也可以采用冷压制胚，常用油压机压制，压力控制在15kg～40kg/cm2；
第六步烧结步骤：将样胚在高温常压氧气气氛中烧结，烧结温度控制在1200℃～1240℃，烧结时间10～12小时，其中保温2小时，保温后样品在烧结炉中自然冷却；
经过上述六个步骤后，就可以得到本发明的宽频磁电双性复合材料。
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