TWI751302B - 鎳系鐵氧體燒結體、線圈零件、及鎳系鐵氧體燒結體的製造方法 - Google Patents

鎳系鐵氧體燒結體、線圈零件、及鎳系鐵氧體燒結體的製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明是一種鎳系鐵氧體燒結體，其具有下述組成：以氧化物換算計，含有47.0～48.3莫耳%的Fe2 O3 、14.5莫耳%以上且未滿25莫耳%的ZnO、8.2～10.0莫耳%的CuO、及超過0.6莫耳%且2.5莫耳%以下的CoO，且剩餘部分是由NiO和不可避免的雜質所構成；並且，該鎳系鐵氧體燒結體的平均結晶粒徑超過2.5μm且未滿5.5μm。

Description

鎳系鐵氧體燒結體、線圈零件、及鎳系鐵氧體燒結體的製造方法
本發明關於：開關電源等的變壓器、扼流圈(choke coil)等的線圈零件；構成該等零件的磁心中所使用的鎳(Ni)系鐵氧體燒結體；以及，鎳系鐵氧體燒結體的製造方法。
開關電源，被運用於各種需要電源供給的電子機器的電源電路中，該等電子機器例如有電動車（EV）、油電混合動力車（HEV）、行動通訊機器(攜帶電話、智慧型手機等)、個人電腦、伺服器等。
最近的電子機器，隨著小型、輕量化，為了提高能量效率，也更加要求低耗電。因此，電子機器中所使用的DSP(數位訊號處理器)、MPU(微處理器)等的LSI(大型積體電路)和功能元件也隨著小型、高性能化而被要求要低耗電化。另一方面，LSI伴隨著微細配線化所帶來的電晶體的高密度化，使得電晶體的耐壓降低，並且消耗電流增加，工作電壓的低電壓化和大電流化也在進展。
對LSI供給電源的DC－DC(直流對直流)轉換器等的電源電路，也需要針對LSI的工作電壓的低電壓化和大電流化作出對應。例如，由於LSI的工作電壓的低電壓化使得可正常運作的電壓範圍變窄，因此若是由於從電源電路供給而來的供給電壓的變動(漣漪，ripple)而造成LSI的電壓電源範圍上下浮動，則會導致LSI運作不穩定，因此採用以下的對策：提高電源電路的開關頻率，例如設定成500kHz以上的開關頻率。
這種針對電源電路的高頻化或大電流化的對應，還有以下的優點：可將構成電路中所使用的變壓器、扼流圈等電子零件的磁心小型化。例如在以正弦波來驅動變壓器的情況下，對1次側線圈的施加電壓Ep(V)，可使用1次側線圈的卷繞數Np、磁心的剖面積A(cm2 )、頻率f(Hz)及勵磁磁束密度Bm(mT)，並利用下式來加以表示：Ep＝4.44×Np×A×f×Bm×10-7 。從上式可知，針對規定的對於1次側線圈之施加電壓Ep，若提高頻率(開關頻率)f，便能夠縮小磁心的剖面積A。又，最大勵磁磁束密度(以下單純稱為「勵磁磁束密度」)Bm會伴隨大電流化而提高，因此要求在高磁束密度下是低耗損的材料。
又，電源電路的工作環境有時會因為構成零件和周邊電路的發熱等而到達100℃的程度，因此也要求電源電路要在這種高溫下亦穩定運作。特別在汽車用途中，會在行進時對電子零件產生各式各樣的機械性和電性的負載狀態，並且所使用的環境溫度也有各種情況，所以要求一種勵磁磁束密度高、在高頻率中運作，並且在寬廣的溫度範圍中為低磁心損耗的磁性材料。
作為在高頻區域中以高勵磁磁束密度來運作且適合小型化的磁心用的磁性材料，主要使用錳系鐵氧體。相較於鎳(Ni)系鐵氧體，錳系鐵氧體的初始磁導率和飽和磁束密度更大，並且相較於鐵(Fe)系或鈷(Co)系非晶質合金、純鐵、Fe-Si(矽)合金、Fe-Ni合金、Fe-Si-Cr(鉻)合金、Fe-Si-Al(鋁)合金等金屬系磁性材料，錳系鐵氧體的磁心損耗更小。然而，錳系鐵氧體相較於鎳系鐵氧體，因為電阻率較小所以渦電流損耗的影響較大，並且因為磁導率較高所以使用極限頻率較低。因此，錳系鐵氧體在超過2MHz的頻率中損耗會增大，所以具有用途受限的問題。
因此，已有在進行可在超過2MHz的高頻中運作的鎳系鐵氧體的開發。例如在日本特開平06－061033號公報中，提案有一種低耗損的鎳系鐵氧體，其是由在含有48.5～49.9莫耳%的Fe2 O3 、22.5～28.5莫耳%的ZnO、15～20莫耳%的NiO、及6.5～9.5莫耳%的CuO之基本組成中添加了0.1～1.2重量%的Co3 O4­­­ 而成的燒結體所構成，並且具有1～3μm的平均結晶粒徑。
日本特開平06－120021號公報中，提案有一種鎳系鐵氧體，其是由在含有45～49莫耳%的Fe2 O3 、15～30莫耳%的ZnO、及2～8莫耳%的CuO且剩餘部分為NiO的基本組成中添加了0.1～2.0重量%的Co3 O4 而成的燒結體所構成，並且具有0.05～8μm的平均結晶粒徑。
國際公開2008/133152號公報中，提案有一種鎳系鐵氧體，其含有46.5～49.5莫耳%的Fe2 O3 、17～26莫耳%的ZnO、4～12莫耳%的CuO、及0.2莫耳%以上但未滿1.2莫耳%的CoO且剩餘部分為NiO，並且進一步以SnO2 換算計，含有0.03～1.4質量份%的Sn，並且平均結晶粒徑為0.7～2.5μm。
為了減低高頻中的磁心損耗，日本特開平06－061033號公報、日本特開平06－120021號公報及國際公開2008/133152號公報的鎳系鐵氧體皆含有Co，並且國際公開2008/133152號公報除了Co之外進一步含有Sn。然而，在5MHz以上的頻率且工作電流增加(例如勵磁磁束密度高達20mT)的情況下，已知隨著工作環境的溫度增高，磁心損耗會顯著增大。
(發明所欲解決的問題) 因此，本發明的第一目的在於提供一種鎳系鐵氧體燒結體，其在高頻和高勵磁磁束密度的工作條件中為低磁心損耗，並可抑制在100℃以上高溫中的磁心損耗的增加，因而在更寬廣的溫度中為低磁心損耗。
本發明的第二目的在於提供一種線圈零件，其具有由此種鎳系鐵氧體燒結體所構成的磁心。
本發明的第三目的在於提供一種此種鎳系鐵氧體燒結體的製造方法。
(用於解決問題的手段) 本發明的鎳系鐵氧體燒結體，其特徵在於，具有下述組成：以氧化物換算計，含有47.0～48.3莫耳%的Fe2 O3 、14.5莫耳%以上且未滿25莫耳%的ZnO、8.2～10.0莫耳%的CuO、及超過0.6莫耳%且2.5莫耳%以下的CoO，且剩餘部分是由NiO和不可避免的雜質所構成；並且，該鎳系鐵氧體燒結體的平均結晶粒徑超過2.5μm且未滿5.5μm。
本發明的鎳系鐵氧體燒結體，較佳為：將Fe2 O3 、ZnO、CuO、CoO及NiO的總量作為100質量份，以SnO2 換算計，含有未滿4質量份的Sn。
本發明的鎳系鐵氧體燒結體的組成，較佳為：以氧化物換算計，含有47.3～48.2莫耳%的Fe2 O3 、14.8～24.8莫耳%的ZnO、8.3～9.5莫耳%的CuO、及0.65～2.4莫耳%的CoO，且剩餘部分是由NiO和不可避免的雜質所構成。
本發明的鎳系鐵氧體燒結體的密度，較佳為4.85g/cm3 以上。
在5MHz的頻率和20mT的勵磁磁束密度中，較佳為：本發明的鎳系鐵氧體燒結體在20℃時的磁心損耗Pcv20在1800kW/m3 以下，並且在100℃時的磁心損耗Pcv100在3000kW/m3 以下。
本發明的鎳系鐵氧體燒結體的磁心損耗Pcv的極小溫度較佳為未滿80℃。
本發明的鎳系鐵氧體燒結體中，較佳為根據下述式(1)所求出的磁心損耗的變化率Ps為185%以下： Ps(%)=[(Pcv100-Pcv20)/Pcv20]×100 (1)。
本發明的線圈零件的特徵在於，對由上述鎳系鐵氧體燒結體所構成的磁心，施加繞線而成。
製造上述鎳系鐵氧體燒結體的本發明的方法，其具有下述步驟：將氧化鐵粉末、氧化鋅粉末、氧化銅粉末及氧化鎳粉末加以混合來製作原料粉末；以700～850℃的溫度對前述原料粉末進行預燒來製作預燒體；將前述預燒體與氧化鈷、或是與氧化鈷和氧化錫一起進行0.5～8小時的粉碎處理來製作粉碎粉末；將前述粉碎粉末加以成形來製作成形體；以及，以900～1000℃的溫度將前述成形體進行燒結。
前述粉碎粉末的粒徑較佳為0.5～1.5μm。
以下，詳細地說明本發明的實施型態，在沒有特別註明的情況下，與一個實施型態有關的說明，亦適用於其他實施型態。又，下述說明並非加以限定，在本發明的技術性思想的範圍內可施行各種變化及追加。
[1]鎳系鐵氧體燒結體 (A) 組成 (1)必需成分 本發明的鎳系鐵氧體燒結體，其具有下述組成：以氧化物換算計，含有47.0～48.3莫耳%的Fe2 O3 、14.5莫耳%以上且未滿25莫耳%的ZnO、8.2～10.0莫耳%的CuO、及超過0.6莫耳%且2.5莫耳%以下的CoO，且剩餘部分是由NiO和不可避免的雜質所構成。本發明的鎳系鐵氧體燒結體，相對於總量100質量份的Fe2 O3 、ZnO、CuO、CoO及NiO，以SnO2 換算計，可進一步包含未滿4質量份的Sn。
(a)Fe2 O3 Fe2 O3 在未滿47.0莫耳%或是超過48.3莫耳%時，在5MHz的頻率和20mT的勵磁磁束密度中，20～100℃的溫度範圍中的磁心損耗的減低效果不足。此外，若Fe2 O3 未滿47.0莫耳%則初始磁導率μi偏低。Fe2 O3 的含量的下限較佳為47.3莫耳%，更佳為47.4莫耳%。又，Fe2 O3 的含量的上限較佳為48.2莫耳%，更佳為48.1莫耳%。
(b)ZnO ZnO在未滿14.5莫耳%或是25莫耳%以上時，在5MHz的頻率和20mT的勵磁磁束密度中，20～100℃的溫度範圍中的磁心損耗的減低效果不足。此外，若ZnO未滿14.5莫耳%則初始磁導率μi偏低。ZnO的含量的下限較佳為14.8莫耳%。又，ZnO的含量的上限較佳為24.8莫耳%，更佳為24.6莫耳%，最佳為24.4莫耳%。
Fe2 O3 和ZnO的含量若在上述範圍內，則鎳系鐵氧體燒結體的居里溫度(Tc)為250～450℃，在100℃程度的環境溫度中使用便不會有問題。
(c)CuO CuO未滿8.2莫耳%時，要使其緊密化需要在高溫進行煅燒，如此在燒結體中會出現粗大的結晶粒而不容易獲得微細的結晶構造。另一方面，若CuO超過10莫耳%，則容易在結晶粒邊界析出多餘的Cu而因此增加燒結性，同樣不容易獲得微細的結晶構造。CuO的含量的下限較佳為8.3莫耳%，更佳為8.5莫耳%。又，CuO的含量的上限較佳為9.5莫耳%，更佳為9.0莫耳%。此外，鎳系鐵氧體燒結體是否具有微細的結晶構造，是針對以低於煅燒溫度的溫度來對鎳系鐵氧體燒結體進行熱蝕刻過的試料，根據以下的手法來加以判定。首先，(a)拍攝試料剖面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片(3000倍和5000倍)；(b)在3000倍的SEM照片(觀察面積：33μm×43μm)中，對被圍繞在晶粒邊界中的最大直徑為10μm以上的結晶粒的數量加以計數；(c)在3000倍的SEM照片(觀察面積：33μm×43μm)或5000倍的SEM照片(觀察面積：20μm×26μm)中，根據後述的方法來求出平均結晶粒徑；(d)若最大直徑為10μm以上的結晶粒的數量在10個以下，且平均結晶粒徑未滿5.5μm，便判定為具有微細的結晶構造。此外，熱蝕刻只要是以能夠確認結晶粒邊界的溫度來進行即可，典型來說，較佳為以比鎳系鐵氧體燒結體的煅燒溫度低50℃至100℃程度的溫度來進行。在鎳系鐵氧體燒結體的煅燒溫度不明的情況下，可由較低的溫度來開始熱蝕刻，然後逐漸提高溫度直到能夠確認到晶粒邊界為止。
(d)CoO CoO是有助於減低高頻時的磁心損耗的成分。一般而言鎳系鐵氧體燒結體具有負值的結晶磁性異向性常數，若在尖晶石中固溶進Co，則結晶磁性異向性常數會變小而減低磁心損耗。若CoO在0.6莫耳%以下或超過2.5莫耳%，則難以減低5MHz的頻率和20mT的勵磁磁束密度中的磁心損耗。特別是若CoO超過2.5莫耳%，不僅在低溫中的磁心損耗會增加，初始磁導率μi也大幅降低。CoO的含量的下限較佳為0.65莫耳%，更佳為0.70莫耳%。又，CoO的含量的上限較佳為2.4莫耳%，更佳為2.3莫耳%，最佳為2.0莫耳%。
(e)NiO NiO的含量，是從必需成分100莫耳%減去上述成分的合計量後的剩餘部分，較佳為18.0莫耳%以上。根據本發明，藉由將構成鎳系鐵氧體燒結體的Fe、Zn、Cu、Ni及Co的含量限定在特定的範圍中來調整結晶磁性異向性常數，能夠在典型而言為5MHz的頻率及20mT的勵磁磁束密度時，於寬廣的溫度範圍中減低磁心損耗。
(2)任意成分 Sn作為穩定的4價離子固溶於結晶粒內，藉由減低晶格應變來縮小飽和磁致伸縮常數λs和磁性異向性常數K1，從而具有抑制磁心損耗的作用。相對於Fe2 O3 、ZnO、CuO、CoO及NiO的合計100質量份，若添加以SnO2 換算計為未滿4質量份的Sn，可減低鎳系鐵氧體燒結體的磁心損耗。然而，若Sn的含量以SnO2 換算計成為4質量份以上，便會阻礙燒結並增加磁心損耗，因此Sn的較佳含量以SnO2 換算計為未滿4質量份。Sn的含量以SnO2 換算計更佳為2質量份以下，最佳為1.5質量份以下。Sn藉由與Co複合添加，能夠在寬度的溫度範圍中減低磁心損耗。
在含有阻礙燒結的元素也就是Sn的情況下，為了提高燒結性可含有少量的Bi(鉍)，並且為了將煅燒後的結晶粒徑調整成良好的粒徑，相對於Fe2 O3 、ZnO、CuO、CoO及NiO的合計100質量份，較佳為將Bi設成以Bi2 O3 換算計為0.3質量份以下。
(3)其他成分 本發明的鎳系鐵氧體燒結體，只要是不會阻礙磁心損耗的減低效果的程度，亦可含有其他成分。例如，相對於Fe2 O3 、ZnO、CuO、CoO及NiO的合計100質量份，可含有以CaO換算計為0.1質量份以下的Ca及以SiO2 換算計為0.1質量份以下的Si。有時Ca和Si是作為不可避免的雜質而被包含於鎳系鐵氧體燒結體中，或者有時是為了抑制結晶粒的成長並提高晶粒邊界電阻而添加來增加鎳系鐵氧體燒結體的電阻率。Na(鈉)、S(硫)、Cl(氯)、P(磷)、Mn、Cr、B(硼)等的不可避免的雜質，以盡可能減少為佳，該等雜質在工業上的可容忍範圍，相對於Fe2 O3 、ZnO、CuO、CoO及NiO的合計100質量份，為合計0.05質量份以下。特別是為了低損耗化，較佳為作成合計未滿0.03質量份。
構成鎳系鐵氧體燒結體的成分的定量，能夠藉由螢光X射線分析和ICP(感應耦合電漿)發光分光分析來進行。預先藉由螢光X射線分析來進行含有元素的定性分析，然後藉由將各元素與標準樣本加以比較之檢量線法(calibration curve method)來加以定量。
(B)平均結晶粒徑 鎳系鐵氧體燒結體的平均結晶粒徑為超過2.5μm且未滿5.5μm。由結晶粒的微細化來將磁區細分化，藉此減低磁壁移動帶來的損耗，並且藉由緊密化來抑制由磁釘作用所造成的殘餘損耗。然而，若平均結晶粒徑為2.5μm以下，磁心損耗的變化率Ps會超過185%，不僅不容易獲得相對於溫度而穩定的磁心損耗，也會單磁區化而使初始磁導率μi降低，導致磁滯損耗增大。平均結晶粒徑的下限較佳為3.0μm。另一方面，若平均結晶粒徑為5.5μm以上，伴隨著磁壁共振而導致的殘餘損耗增大，因而不容易獲得在5MHz以上的高頻處的磁心損耗的減低效果。平均結晶粒徑的上限較佳為5.0μm。
[2]鎳系鐵氧體燒結體的製造方法 將構成鎳系鐵氧體燒結體的各元素的化合物(主要是氧化物)粉末用來作為原料，以規定比例將該等原料進行溼式混合後再加以乾燥，作成原料粉末。以700℃以上且低於燒結溫度之溫度來將原料粉末進行預燒，使尖晶石化進展而獲得預燒體。
隨著尖晶石化的進展，要將預燒體加以粉碎會變得需要消耗不少時間，因此比燒結溫度低的預燒溫度具體而言是在850℃以下，較佳為830℃以下。另一方面，若預燒溫度未滿700℃，尖晶石化太慢會使得預燒時間拉得太長，因此必須要是700℃以上。預燒溫度較佳為750℃以上。預燒體可由構成鎳系鐵氧體燒結體的全部元素來加以構成，亦可僅由尖晶石的主要元素也就是Fe、Zn、Cu及Ni來構成，然後在將預燒體加以粉碎時再添加(後添加)Co和Sn。因為Co和Sn僅為微量，藉由後添加可易於進行Co和Sn的組成調整且容易獲得均勻的分散。
將預燒體與離子交換水一起放入球磨機，加以溼式粉碎而作成漿料。預燒體的粉碎，較佳為進行到粉碎粉末的平均粒徑(利用空氣透過法來測量)成為0.5～1.5μm為止，更佳為進行到平均粒徑成為0.95～1.10μm為止。粉碎時間較佳為0.5～8小時。未滿0.5小時有時無法獲得較佳的粉碎粒徑，又，超過8小時則擔憂因粉碎機的粉碎介質或容器等的構件磨損等而造成雜質混入的增加。
在漿料中加入聚乙烯醇等的黏結劑，並藉由噴霧乾燥機來加以顆粒化後，進行加壓成形而獲得規定形狀的成形體。將成形體在煅燒爐中以900～1000℃的溫度來加以燒結，而作出鎳系鐵氧體燒結體。煅燒步驟具有昇溫步驟、高溫保持步驟及降溫步驟。煅燒步驟中的環境，可為惰性氣體環境，亦可為大氣環境。高溫保持步驟中，將最高溫度設為900℃～1000℃。高溫保持步驟中，可在規定的溫度範圍中保持規定時間，亦可不這麼進行。若預燒粉末的平均粉碎粒徑較小，則燒結反應活性較高，因此，從較低的煅燒溫度開始來促進緊密化，而即便是1000℃以下的低溫燒結也能夠獲得結晶粒徑小且均勻而緊密的鎳系鐵氧體燒結體。若燒結溫度未滿900℃，會擔憂燒結不充分而使得鎳系鐵氧體燒結體變得強度不足。另一方面，若超過1000℃會使燒結過度，而難以作成希望的結晶粒徑。
[3]線圈零件 本發明的線圈零件，能夠藉由已形成規定形狀的上述鎳系鐵氧體燒結體所構成。線圈零件的形狀並未加以限定，但較佳為圓環狀。
藉由以下的實施例來更詳細地說明本發明，但本發明並不限定於該等實施例。
(實施例1～25及比較例1～18) 將以能夠獲得表1所示的組成的各鎳系鐵氧體燒結體的方式來秤重出的Fe2 O3 粉末、ZnO粉末、CuO粉末及NiO粉末加以溼式混合後，加以乾燥並以表2所示的溫度來進行1小時的預燒。將所獲得的各預燒體與表1所示的比例的氧化鈷(Co3 O4 )粉末和離子交換水一起放入球磨機中加以粉碎，而作成漿料。此外，表1中的氧化鈷(Co3 O4 )粉末的含量是以CoO換算來表示。將所獲得的漿料的一部分加以乾燥，並藉由空氣透過法來評價平均粉碎粒徑。將作為黏結劑的聚乙烯醇添加進剩餘的漿料中，藉由噴霧乾燥機來加以乾燥及顆粒化，並進行加壓成形而獲得環狀的各成形體。
以表2所示的溫度將各成形體進行燒結，而獲得外徑8mm×內徑4mm×厚度2mm的圓環狀的各鎳系鐵氧體燒結體。表2所示的「煅燒溫度」，是煅燒步驟中的高溫保持溫度。高溫保持時間設為2小時。各鎳系鐵氧體燒結體的密度、平均結晶粒徑、初始磁導率μi、品質係數Q、居里溫度Tc、磁心損耗Pcv及磁心損耗的變化率Ps，是藉由下述方法來測量或是算出。
(1)燒結體密度 從鎳系鐵氧體燒結體的尺寸和重量，藉由體積重量法來算出密度。燒結體密度以4.85g/cm3 作為閾值 (threshold value)，將4.85g/cm3 以上判斷成「良好」。若燒結體密度偏小，則機械性強度不佳，容易產生缺損或破裂。又，若鎳系鐵氧體燒結體的密度太低，則鎳系鐵氧體燒結體會具有空洞，因此當為了作為磁心來使用而施加樹脂模製或藉由黏著劑來固定於基板等上時，會產生以下的問題：因含浸於空洞中的樹脂與鐵氧體的線膨脹係數差而產生特性劣化、或是在黏著界面的樹脂不足而使得黏著強度不足。
(2)平均結晶粒徑 以比煅燒溫度低50℃程度的溫度來對鎳系鐵氧體燒結體進行熱蝕刻，並拍攝其表面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片(3000倍和5000倍)。SEM照片的觀察面積，在3000倍中是33μm×43μm，在5000倍中是20μm×26μm。在SEM照片上劃出長度L1的3條任意直線，對存在於各直線上的結晶粒的數量N1加以計數，並針對各直線算出將長度L1除以粒子數量N1後的值L1/N1，再將L1/N1的值的合計除以3，而求出平均結晶粒徑。此外，在平均結晶粒徑未滿2μm的情況中，使用5000倍的SEM照片，而在2μm以上的情況中，使用3000倍的SEM照片。
(3)初始磁導率μi 將圓環狀的鎳系鐵氧體燒結體作為磁心，卷繞7圈導線來作成線圈零件。利用LCR計(電感─電容─電阻計，安捷倫科技(Agilent Technologies)股份有限公司製的4285A(商品名))，在室溫中以100kHz和5MHz的頻率以及1mA的電流來測量阻抗。從所獲得的阻抗，藉由下述式(2)來求出初始磁導率μi。此外，5MHz中的初始磁導率μi較佳為40以上。 μi=(le×L)/(μ0 ×Ae×N2 )．．．(2) (le：磁路長；L：阻抗(H)；μ0 ：真空的磁導率=4π×10-7 (H/m)；Ae：磁心的剖面積；N：導線的卷繞數)。
(4)品質係數Q 將圓環狀的鎳系鐵氧體燒結體作為磁心，與上述同樣地利用LCR計在室溫中以5MHz和10MHz的頻率以及1mA的電流，藉由下述式(3)來求出品質係數Q。 Q=2πfL/R．．．(3) (f：頻率；L：阻抗(H)；R：高頻中的繞線的電阻成分)。
(5)居里溫度Tc 藉由計算，利用「鐵氧體」(丸善股份有限公司於昭和61年(西元1986年)11月30日出版，第6刷，第79頁)所記載的下述式(4)來求得。 TC =12.8×[x-(2/3)×z]-358(℃)．．．(4) (其中，x和z分別為Fe2 O3 和ZnO的莫耳%)。
(6)磁心損耗Pcv 將圓環狀的鎳系鐵氧體燒結體作為磁心，製作出具有卷繞5圈的一次側繞線和卷繞5圈的二次側繞線之線圈零件。利用岩通量測股份有限公司製的B-H(磁化)分析器SY-8218，(a)在5MHz的頻率和10mT的最大磁束密度中，於20℃、100℃及120℃的溫度中分別測量磁心損耗Pcv(kW/m3 )，並且(b)在5MHz的頻率和20mT的最大磁束密度中，於0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃及120℃的溫度中分別測量磁心損耗Pcv(kW/m3 )。在5MHz的頻率和20mT的勵磁磁束密度中，若在20℃時的磁心損耗Pcv20為1800 kW/m3 以下，且在100℃時的磁心損耗Pcv100為3000 kW/m3 以下，則評價為「良好」。
(7)磁心損耗的變化率Ps 從前項所測量到的磁心損耗，藉由下述式(5)來算出磁心損耗的變化率Ps。為了要評價磁心損耗相對於溫度是否穩定，使用磁心損耗的變化率Ps，若磁心損耗的變化率Ps為185%以下，則將磁心損耗的溫度穩定性判斷為「良好」。 Ps(%)=[(Pcv100-Pcv20)/Pcv20]×100．．．(5) (Pcv20：在5MHz的頻率和20mT的勵磁磁束密度中的20℃的磁心損耗；Pcv100：在5MHz的頻率和20mT的勵磁磁束密度中的100℃的磁心損耗)
各鎳系鐵氧體燒結體的組成表示於表1，製造條件表示於表2，物性(平均結晶粒徑、密度、居里溫度、初始磁導率及品質係數)表示於表3，磁心損耗的溫度特性表示於表4。又，在第1圖中表示了實施例5和6以及比較1的在5MHz的頻率和20mT的勵磁磁束密度中的磁心損耗的溫度特性。
[表1-1]
Figure 107108807-A0304-0001
[表1-2]
Figure 107108807-A0304-0002
[表2-1]
Figure 107108807-A0304-0003
[表2-2]
Figure 107108807-A0304-0004
[表3-1]
Figure 107108807-A0304-0005
[表3-2]
Figure 107108807-A0304-0006
 註：(1)平均結晶粒徑。 (2)燒結體密度。 (3)居里溫度。 (4)初始磁導率。 (5)品質係數。 (6)未測量。
[表4-1]
Figure 107108807-A0304-0007
[表4-2]
Figure 107108807-A0304-0008
[表4-3]
Figure 107108807-A0304-0009
[表4-4]
Figure 107108807-A0304-0010
從表4可明顯看出，本發明的鎳系鐵氧體燒結體在寬廣的溫度範圍中表現出低磁心損耗。另一方面，比較例3～7的鎳系鐵氧體燒結體雖然是低磁心損耗，但燒結體密度未滿4.85g/cm3 ，是偏低的。
針對以比煅燒溫度低50℃程度的溫度來對各鎳系鐵氧體燒結體進行熱蝕刻過的試料，在3000倍的SEM照片(觀察面積：33μm×43μm)中，對被晶粒邊界所圍繞的最大直徑在10μm以上的結晶粒的數量加以計數的結果，任一實施例的鎳系鐵氧體燒結體皆為10個以下。
(實施例26～33及比較例19～23) 將以能夠獲得表5所示的組成的鎳系鐵氧體燒結體的方式來秤重出的Fe2 O3 粉末、ZnO粉末、CuO粉末及NiO粉末，與實施例1同樣加以溼式混合後，加以乾燥並以800℃來進行1小時的預燒。將所獲得的各預燒體與表5所示的比例的氧化鈷(Co3 O4 )粉末、氧化錫SnO2 粉末及離子交換水一起放入球磨機中加以粉碎，而作成漿料。此外，表5中的氧化鈷(Co3 O4 )粉末的含量是以CoO換算來表示。將所獲得的漿料的一部分加以乾燥，並藉由空氣透過法來測量平均粉碎粒徑。又，將作為黏結劑的聚乙烯醇添加進剩餘的漿料中，藉由噴霧乾燥機來加以乾燥及顆粒化，並進行加壓成形而獲得環狀的各成形體。
以950℃將各成形體進行燒結，而獲得外徑8mm×內徑4mm×厚度2mm的圓環狀的鎳系鐵氧體燒結體。高溫保持步驟中的保持時間設為2小時。各鎳系鐵氧體燒結體的密度、平均結晶粒徑、初始磁導率μi、品質係數Q、居里溫度Tc、磁心損耗Pcv及磁心損耗的變化率Ps，是藉由與實施例1相同的方法來測量或是算出。
各鎳系鐵氧體燒結體的組成表示於表5，製造條件表示於表6，物性(平均結晶粒徑、密度、居里溫度、初始磁導率及品質係數)表示於表7，磁心損耗的溫度特性表示於表8。表6所示的「煅燒溫度」，是煅燒步驟中的高溫保持溫度。
[表5]
Figure 107108807-A0304-0011
[表6]
Figure 107108807-A0304-0012
[表7]
Figure 107108807-A0304-0013
 註：(1)平均結晶粒徑。 (2)燒結體密度。 (3)居里溫度。 (4)初始磁導率。 (5)品質係數。
[表8-1]
Figure 107108807-A0304-0014
[表8-2]
Figure 107108807-A0304-0015
 註：(1)未測量。
從表8可明顯看出，本發明的鎳系鐵氧體燒結體在寬廣的溫度範圍中表現出低磁心損耗。又，針對以比煅燒溫度低50℃程度的溫度來對各鎳系鐵氧體燒結體進行熱蝕刻過的試料，在3000倍的SEM照片(觀察面積：33μm×43μm)中，對被晶粒邊界所圍繞的最大直徑在10μm以上的結晶粒的數量加以計數的結果，任一實施例的鎳系鐵氧體燒結體皆為10個以下。此外，在Sn量增加到4質量份為止的過程中，出現了磁心損耗的最小值。
(實施例34～40及比較例24、25) 將以能夠獲得表9所示的組成的鎳系鐵氧體燒結體的方式來秤重出的Fe2 O3 粉末、ZnO粉末、CuO粉末及NiO粉末，與實施例1同樣加以溼式混合後，加以乾燥並以700～800℃來進行1.5小時的預燒。將所獲得的各預燒體與表9所示的比例的氧化鈷(Co3 O4 )粉末及離子交換水一起放入球磨機中加以粉碎，而作成漿料。此外，表9中的氧化鈷(Co3 O4 )粉末的含量是以CoO換算來表示。將漿料的一部分加以乾燥，並藉由空氣透過法來測量平均粉碎粒徑。又，將作為黏結劑的聚乙烯醇添加進剩餘的漿料中，藉由噴霧乾燥機來加以乾燥及顆粒化，並進行加壓成形而獲得環狀的各成形體。
以900～1000℃將各成形體進行燒結，而獲得外徑8mm×內徑4mm×厚度2mm的圓環狀的鎳系鐵氧體燒結體。高溫保持步驟中的保持時間設為1.5小時。各鎳系鐵氧體燒結體的密度、平均結晶粒徑、初始磁導率μi、品質係數Q、居里溫度Tc、磁心損耗Pcv及磁心損耗的變化率Ps，是藉由與實施例1相同的方法來測量或是算出。
各鎳系鐵氧體燒結體的組成表示於表9，製造條件表示於表10，物性(平均結晶粒徑、密度、居里溫度、初始磁導率及品質係數)表示於表11，磁心損耗的溫度特性表示於表12。表10所示的「煅燒溫度」，是煅燒步驟中的高溫保持溫度。
[表9]
Figure 107108807-A0304-0016
[表10]
Figure 107108807-A0304-0017
[表11]
Figure 107108807-A0304-0018
 註：(1)平均結晶粒徑。 (2)燒結體密度。 (3)居里溫度。 (4)初始磁導率。 (5)品質係數。
[表12-1]
Figure 107108807-A0304-0019
[表12-2]
Figure 107108807-A0304-0020
 註：(1)未測量。
從表12可明顯看出，本發明的鎳系鐵氧體燒結體在寬廣的溫度範圍中表現出低磁心損耗。又，針對以比煅燒溫度低50℃程度的溫度來對各鎳系鐵氧體燒結體進行熱蝕刻過的試料，在3000倍的SEM照片(觀察面積：33μm×43μm)中，對被晶粒邊界所圍繞的最大直徑在10μm以上的結晶粒的數量加以計數的結果，任一實施例的鎳系鐵氧體燒結體皆為10個以下。在預燒溫度與煅燒溫度的差異高達300℃的比較例24中，平均結晶粒徑較大，且磁心損耗的變化率Ps超過185%。又，在預燒溫度與煅燒溫度小到只有100℃的比較例25中，平均結晶粒徑較小，且燒結體密度未滿4.85g/cm3 。
(發明的功效) 本發明的鎳系鐵氧體燒結體，在高頻率和高勵磁磁束密度的工作條件中，於寬廣的溫度範圍中具有低磁心損耗。具有這樣特徵的鎳系鐵氧體燒結體，適合用來作為低損耗的線圈零件用磁心。
無
第1圖是針對實施例5、6及比較例1的磁心來表示磁心損耗的溫度特性的圖表。
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Claims (10)

  1. 一種鎳系鐵氧體燒結體，其特徵在於，具有下述組成：以氧化物換算計，含有47.0~48.3莫耳%的Fe2O3、14.5莫耳%以上且未滿25莫耳%的ZnO、8.2~10.0莫耳%的CuO、及超過0.6莫耳%且2.5莫耳%以下的CoO，且剩餘部分是由NiO和不可避免的雜質所構成；並且，該鎳系鐵氧體燒結體的平均結晶粒徑超過2.5μm且未滿5.5μm；根據下述式(1)所求出的磁心損耗的變化率Ps為185%以下：Ps(%)=[(Pcv100-Pcv20)/Pcv20]×100 (1)；其中，Pcv20是在5MHz的頻率和20mT的勵磁磁束密度中的20℃的磁心損耗，Pcv100是在5MHz的頻率和20mT的勵磁磁束密度中的100℃的磁心損耗。
  2. 如請求項1所述之鎳系鐵氧體燒結體，其中，平均結晶粒徑在3.0μm以上且未滿5.5μm。
  3. 如請求項1所述之鎳系鐵氧體燒結體，其中，將Fe2O3、ZnO、CuO、CoO及NiO的總量作為100質量份，以SnO2換算計，含有未滿4質量份的Sn。
  4. 如請求項1所述之鎳系鐵氧體燒結體，其中，具有下述組成： 以氧化物換算計，含有47.3~48.2莫耳%的Fe2O3、14.8~24.8莫耳%的ZnO、8.3~9.5莫耳%的CuO、及0.65~2.4莫耳%的CoO，剩餘部分是由NiO和不可避免的雜質所構成。
  5. 如請求項1所述之鎳系鐵氧體燒結體，其中，該鎳系鐵氧體燒結體具有4.85g/cm3以上的密度。
  6. 如請求項1所述之鎳系鐵氧體燒結體，其中，在5MHz的頻率和20mT的勵磁磁束密度中，該鎳系鐵氧體燒結體在20℃時的磁心損耗Pcv20為1800kW/m3以下，並且在100℃時的磁心損耗Pcv100為3000kW/m3以下。
  7. 如請求項1所述之鎳系鐵氧體燒結體，其中，磁心損耗Pcv的極小溫度未滿80℃。
  8. 一種線圈零件，其是對由請求項1~7中任一項所述之鎳系鐵氧體燒結體所構成的磁心，施加繞線而成。
  9. 一種鎳系鐵氧體燒結體的製造方法，其是製造請求項1~7中任一項所述之鎳系鐵氧體燒結體的方法，具有下述步驟：將氧化鐵粉末、氧化鋅粉末、氧化銅粉末及氧化鎳粉末加以混合來製作原料粉末；以700~850℃的溫度對前述原料粉末進行預燒來 製作預燒體；將前述預燒體與氧化鈷、或是與氧化鈷和氧化錫一起進行0.5~8小時的粉碎處理來製作粉碎粉末；將前述粉碎粉末加以成形來製作成形體；以及，以900~1000℃的溫度將前述成形體進行燒結。
  10. 如請求項9所述之鎳系鐵氧體燒結體的製造方法，其中，前述粉碎粉末的粒徑為0.5~1.5μm。
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