叠层片式电感用NiCuZn铁氧体材料的性能研究

论文摘要

随着电子元件的小型化、片式化发展,为了满足片式元件性能的需求,对片式元件材料的性能提出了更高的要求。片式电感用NiCuZn铁氧体材料的开发成为片式电感发展的瓶颈问题。本文正是围绕提高的NiCuZn铁氧体材料综合性能这一中心,通过理论分析、制备工艺的优化以及性能测试分析实现材料性能的调控,为开发高性能的NiCuZn铁氧体材料奠定理论和实践的基础。本文以NiO、CuO、ZnO和Fe203为原料,采用传统的氧化物混合工艺制备NiCuZn铁氧体磁环。经过球磨、预烧、造粒、成形和烧结等工艺,最后制得NiCuZn铁氧体试样。采用HP4294A阻抗分析仪对样品进行磁性能评价,SEM观察试样微观形貌通过调整主配方中Fe/Ni比、并对预烧、二次球磨、烧结等工艺参数及掺杂量和掺杂方式等因素系统研究了各因素对材料的显微结构和电磁性能的影响,并提出了新的掺杂工艺。首先,确定主配方中的Fe/Ni比进而确定主配方。研究了不同Fe/Ni对NiCuZn铁氧体性能的影响。结果表明：当Fe203为51.50mol%, NiO为28.59 mol%时获得最大的烧结密度5.05 g／cm3,适当的内外径收缩率和最大的起始磁导率μi为87,因此确定主配方为Ni0.57Cu0.19Zn0.21Fe2.06O3.97。其次,研究了预烧温度、二次球磨时间、烧结温度等工艺因素对NiCuZn铁氧体的微观结构和电磁性能的影响。研究发现：适当的升高预烧温度,可使晶粒尺寸均匀长大,气孔减小,有利于改善材料的磁性能,当预烧温度过高时,粉料的活性下降,烧结激活能增大,磁性能降低；随着二次球磨时间的延长,粉料平均粒径减小后小幅回升；适当的提高烧结温度,使晶粒均匀生长,致密化程度提高,有利于改善磁性能,而当烧结温度过高时,晶粒异常长大,气孔增多,恶化磁性能。从而确定工艺参数为：预烧温度为850℃C、二次球磨时间为6h、烧结温度为1100℃C。最后讨论单独掺杂微量元素MnCO3、Co2O3以及复合添加对NiCuZn铁氧体微观结构和电磁性能的影响。结果表明：预烧前单独掺杂0.75wt%MnCO3或预烧后单独掺杂0.80wt%Co2O3可获得最佳的综合性能。之后研究了MnCO3+Co2O3复合掺杂量和掺杂方式对铁氧体性能的影响,为了兼顾高磁导率和高品质因数,确定掺杂模式为：预烧前加入0.25wt%MnCO3+预烧后加入1.00wt%Co2O3,μi为82,Q为95。本文还研究了不同预烧活性粉料（750℃和900℃预烧）的定量配比后对NiCuZn铁氧体显微结构和电磁性能的影响。结果表明：粉料配比为10wt%750℃预烧料+90wt%900℃预烧料可获得较好的显微结构和电磁性能,μi为63,Q为92。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 NiCuZn铁氧体理论基础
• 1.1.1 NiCuZn铁氧体的晶体结构
• 1.1.2 影响金属离子分布的因素
• 1.1.3 NiCuZn铁氧体的基本特性
• 1.2 国内外片式电感和NiCuZn铁氧体材料的发展现状
• 1.2.1 国内外片式电感器的发展现状
• 1.2.2 国内外铁氧体材料的发展现状
• 1.3 镍铜锌铁氧体的制备工艺
• 1.3.1 固相合成法（干法）
• 1.3.2 软化学合成法（湿法）
• 1.3.3 软磁铁氧体的主要性能参数
• 1.4 片式电感的发展对NiCuZn铁氧体材料的要求
• 1.5 本课题主要研究目的及内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 2 实验过程
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 各原料作用
• 2.1.3 实验仪器和设备
• 2.2 制备NiCuZn软磁铁氧体的工艺流程
• 2.2.1 原料及预处理
• 2.2.2 配料
• 2.2.3 一次球磨
• 2.2.4 预烧
• 2.2.5 成型
• 2.2.6 烧结
• 2.3 NiCuZn铁氧体宏观性能的侧试
• 2.3.1 试样密度测试
• 2.3.2 试样的收缩率
• 2.3.3 粉料的粒径测试
• 2.4 NiCuZn铁氧体的物相及显微结构测试
• 2.4.1 扫描电子显微镜（SEM）检测
• 2.4.2 电阻率测试
• 2.4.3 磁学性能的测试
• 2.5 本章小结
• 3 配方及工艺优化
• 3.1 NiCuZn铁氧体性能影响分析
• 3.2 主配方设计分析
• 3.3 主配方中Fe/Ni变化对NiCuZn铁氧体磁性能影响
• 3.4 NiCuZn铁氧体制备工艺的优化
• 3.4.1 预烧温度对NiCuZn铁氧体性能的影响
• 3.4.2 二次球磨时间NiCuZn铁氧体性能的影响
• 3.4.3 烧结温度对NiCuZn铁氧体性能的影响
• 3.5 本章小结
• 4 掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响
• 2O₃对NiCuZn铁氧体的显微结构及电磁性能的影响'>4.1 Co₂O₃对NiCuZn铁氧体的显微结构及电磁性能的影响
• 2O₃对NiCuZn铁氧体的显微结构的影响'>4.1.1 Co₂O₃对NiCuZn铁氧体的显微结构的影响
• 2O₃对NiCuZn铁氧体的电磁性能的影响'>4.1.2 Co₂O₃对NiCuZn铁氧体的电磁性能的影响
• 3对NiCuZn铁氧体的显微结构及电磁性能的影响'>4.2 MnCO₃对NiCuZn铁氧体的显微结构及电磁性能的影响
• 4.3 复合掺杂对NiCuZn铁氧体的电磁性能的影响
• 4.4 复合掺杂离子加入方式对NiCuZn铁氧体的电磁性能的影响
• 4.5 不同预烧活性粉料配比对NiCuZn铁氧体显微结构和电磁性能的影响
• 4.5.1 不同预烧活性粉料配比对铁氧体显微结构的影响
• 4.5.2 不同预烧活性粉料配比对铁氧体电磁性能的影响
• 4.6 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在校学习期间获奖情况