專利名稱：磁性材料和感應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用作感應(yīng)元件磁芯部分的磁性材料，同時也涉及用此種磁性材料作磁芯的感應(yīng)器，具體地說，本發(fā)明涉及可用來作為樹脂模壓型片狀感應(yīng)器的磁芯材料的和具有這種磁芯的感應(yīng)器。
背景技術(shù)：
通常用作感應(yīng)元件的鐵素體，其磁導(dǎo)率的溫度特征通常是有一正溫度系數(shù)。這是因?yàn)樵诼?lián)接中使用電容器以組成感應(yīng)元件，并形成電路，而電容器的電容在通常情況下具有負(fù)溫度特性，因此采取了一種措施使結(jié)合物質(zhì)特性因溫度變化的變化盡可能小。
然而，感應(yīng)元件與電容器并不是簡單地結(jié)合，應(yīng)考慮整個電路中的溫度系數(shù)，因除電容器以外，組成電路的其它部分的溫度系數(shù)呈現(xiàn)正值，所以需要具有磁導(dǎo)率負(fù)溫度系數(shù)的感應(yīng)器，以減小整個電路的溫度系數(shù)，而滿足磁導(dǎo)率溫度系數(shù)為負(fù)值的需要，則需要上面所說的鐵素體。
另一方面，近來在片狀感應(yīng)器、固定線圈和其它迅速傳播并用于電視機(jī)、錄像機(jī)或移動通訊器材中的樹脂模壓型線圈的領(lǐng)域中，為滿足小型、輕質(zhì)、高精度的需要，對這些部件的窄公差及高可靠性的要求增加了。在樹脂模壓類型元件中，因?yàn)楦袘?yīng)值隨著模壓樹脂引起的抗壓應(yīng)力的變化而變化，所以很難獲得具有較小感應(yīng)公差的高質(zhì)量部件。因此，需求對外應(yīng)力的感應(yīng)變化較小，也就是說，具有良好抗應(yīng)力特性的鐵素體。
因此，為了滿足這些要求，必需要具有磁導(dǎo)率負(fù)溫度系數(shù)以及良好抗應(yīng)力性能的磁性材料。
磁導(dǎo)率溫度系數(shù)為負(fù)值的鐵素體在JP-A-59-121803、JP-A-59-121804、JP-A-59-121806、JP-A-59-121155和JP-A-59-121156中均證明了在0-80℃范圍內(nèi)鐵素體的初始磁導(dǎo)率溫度系數(shù)同樣為負(fù)值。而且，這些公開的實(shí)施例也說明燒結(jié)坯塊的密度被提高了，其對于改善產(chǎn)品的強(qiáng)度是有效的。然而，當(dāng)外應(yīng)力改變時，其所引起的感應(yīng)變化問題是無法解決的。
另一方面，JP-A-1-179402涉及的感應(yīng)器用磁芯，其中以含鎳氧化物的鐵素體材料作為必要成分，同時含有1.5-5wt％的Bi2O3和V2O5中的至少一種，這樣盡管外應(yīng)力在波動，但感應(yīng)的變化卻很小。然而，這種組合物的鐵素體材料不能滿足磁導(dǎo)率溫度系數(shù)為負(fù)的要求。
JP-A-3-93667描述了一種高頻率的磁性材料，其具有尖晶石類型組合物，即25-40mol％Fe2O3，0-20mol％ZnO，其余為NiO和CuO，且NiO的摩爾比率比CuO的摩爾比率大，另外也含有作為少量組分的0.1-12wt％Bi2O3以及0.05-4.0wt％SiO2，并且該材料即使是在1MHz以上損失也很小。此外，另一個例子是向上述高頻率磁性材料中加入0.01-1.5wt％的Co3O4或等量的鈷氧化物或碳化鈷。同樣的例子度量了加壓所引起的感應(yīng)變化，并證明因壓力而引起感應(yīng)的變化較小。然而，初始磁導(dǎo)率的相對溫度系數(shù)都是正值，不可能滿足磁導(dǎo)率溫度系數(shù)為負(fù)的需要。
JP-A-3-91209提出了一種鐵素體組合物，其也是一種尖晶石類型組合物，即含有25-40mol％Fe2O3，0-20mol％ZnO，其余為NiO和CuO，且NiO的摩爾比率比CuO的摩爾比率大，也含有作為少量組分的0.1-5wt％Bi2O3以及0.05-4.0wt％SiO2。然而，該實(shí)施例只顯示了如下組合物基本組分為38.2mol％Fe2O3，50.3mol％NiO，8.4mol％ZnO，3.1mol％CuO，加入3wt％Bi2O3和0.8wt％SiO2。對于這個實(shí)施例，通過施加壓力來測定感應(yīng)變化，并由此計(jì)算變化率。但是，所計(jì)算的變化率并不是由預(yù)測壓力引起的，而是脫樹脂前后的感應(yīng)計(jì)算值。因此，在如50kPa的壓力下，感應(yīng)是否在±5％之內(nèi)是不知道的。而且，所示感應(yīng)的溫度系數(shù)為正值，其不可能滿足磁導(dǎo)率溫度系數(shù)為負(fù)的需求。
另外，JP-A-11-87126公開了含有至少鐵氧化物和鎳氧化物的主要組分，含有鉍氧化物、釩氧化物、磷氧化物及硼氧化物中的一種或兩種或多種作為添加劑，而且加入了第一副成分和第二副成分。添加劑，如鉍氧化物，占主要成分的比率為0.5-15wt％。第一副成分是二氧化硅，其相對于主要組分的比率為0.1-10.0wt％。第二副成分是鎂氧化物、鈣氧化物、鋇氧化物及鍶氧化物中的一種或兩種或多種，其相對于主要成分的比率是0.1-10.0wt％。對于這種鐵素體，當(dāng)施加壓力為50kPa時，其感應(yīng)變化率在±5％以內(nèi)，在溫度為-20-60℃范圍內(nèi)時，初始磁導(dǎo)率相對溫度系數(shù)為±20ppm/℃。然而，在同樣的實(shí)施例中，初始磁導(dǎo)率相對系數(shù)全是正值，并且不可能滿足磁導(dǎo)率溫度系數(shù)為負(fù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，還不存在任何具有初始磁導(dǎo)率負(fù)溫度系數(shù)且抗應(yīng)力性能優(yōu)良的磁性材料。因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種磁性材料，其初始磁導(dǎo)率相對溫度系數(shù)為負(fù)值，且具有優(yōu)良的抗應(yīng)力性能。本發(fā)明的另一個目的是提供一種樹脂模壓類型感應(yīng)器，其通過使用本磁性材料而具有負(fù)的感應(yīng)溫度系數(shù)值，并具有較小的感應(yīng)公差。
本發(fā)明第一方面的磁性材料，其特性在于100重量份主要成分中含有46.0-51.0mol％Fe2O3、0.5-15.0mol％CuO，其余為NiO，加入的添加劑為以Bi2O3計(jì)的4.0-10.0重量份鉍氧化物、按MgO計(jì)的1.0-5.0重量份鎂氧化物、按SiO2計(jì)的2.0-8.0重量份硅氧化物以及按CoO計(jì)的0.2-0.5重量份鈷氧化物。
在第一方面的磁性材料中，初始磁導(dǎo)率相對溫度系數(shù)是負(fù)值，同時可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良抗應(yīng)力性能。所以，完全可能實(shí)現(xiàn)一種樹脂模壓類型感應(yīng)器，其通過使用此磁性材料而具有負(fù)感應(yīng)溫度系數(shù)，并具有較小的感應(yīng)公差。
此處，詳細(xì)說明上述組合物的原因如下。在主要組分中，如果Fe2O3少于46.0mol％，則燒結(jié)坯塊的密度將下降。在大氣氛中焙燒期間，當(dāng)Fe2O3超過化學(xué)計(jì)量成分時，由于Fe3O4的析出，燒結(jié)坯塊密度及芯的電阻率開始下降。在Fe2O3超過51.0mol％時，析出將十分明顯。
如果CuO少于0.5mol％，鐵素體的燒結(jié)性能會衰退，并且燒結(jié)坯塊密度會下降。相反，若CuO大于15.0mol％，芯的電阻率會降低。
在本發(fā)明中，含有的NiO是作為主要成分的一種指示物，這意味著可用其它組分調(diào)節(jié)不同特性，并產(chǎn)生指示。如果不含NiO，則電阻率將降低。
另一方面，在添加劑中，當(dāng)鉍氧化物在晶粒間界變溫和擴(kuò)展時，抗應(yīng)力性能將有明顯的改進(jìn)。如果含有的鉍氧化物較多，溫度特性的改善效果也將增加。若鉍氧化物的含量少于4.0重量份，那么抗應(yīng)力性能幾乎不提高，而且具有初始磁導(dǎo)率負(fù)溫度系數(shù)的這種溫度特性也會退化。若鉍氧化物的含量比率大于10.0重量份，特性將被分散，其在燒結(jié)時流出，粘附于其它磁芯，并沾污燒結(jié)設(shè)備如耐火架子。
此外，使用含有鎂氧化物添加劑，溫度性能將有所改進(jìn)，形成具有初始磁導(dǎo)率負(fù)溫度系數(shù)的溫度特性。如果鎂氧化物的比小于1.0重量份，那么溫度特性將不會有所改善。反之，鎂氧化物的組成比超過5.0重量份時，抗應(yīng)力性能會變差。
進(jìn)而，使用除含有鎂氧化物外還含有硅氧化物，使溫度特性及抗應(yīng)力性能更加改善，而且改善效果比只添加鎂氧化物時更顯著。如果硅氧化物的組成比小于2.0重量份，則將幾乎不能獲得溫度特性改善的效果。若硅氧化物的組成比大于8.0重量份，則抗應(yīng)力性能將會下降。
另外，使用含有鈷氧化物添加劑，使上述的溫度特性可被改善，而且Q值也可增加。如果鈷氧化物的組成比小于0.2重量份，那么溫度特性的改善效果將幾乎無法獲得，同時Q值也不會增加。但當(dāng)鈷氧化物的組成比超過0.5重量份時，Q值增加，而溫度特性下降。
本發(fā)明第二方面的磁性材料的特征在于，在本發(fā)明的第一方面中，向100份主要組分中以滑石[Mg3Si4O10(OH)2]的形式加入3.0-10.0重量份鎂氧化物和硅氧化物添加劑。
在第二方面的磁性材料中，鎂氧化物和硅氧化物以滑石的形式同時加入。通過加入滑石，可獲得具有少量初始磁導(dǎo)率負(fù)溫度系數(shù)的溫度特性，并且抗應(yīng)力性能被提高。如果滑石的組成比小于3.0重量份，則幾乎不能獲得溫度特性的改善效果。反過來，組成比超過10.0重量份時，抗應(yīng)力性能會變差。
第三方面的磁性材料的特性在于，在第一或第二方面中，溫度范圍為-20-20℃及20-60℃時，初始磁導(dǎo)率相對溫度系數(shù)是負(fù)值。
對于本發(fā)明中的磁性材料，其是在-20-60℃的溫度范圍內(nèi)形成的，從而使初始磁導(dǎo)率溫度系數(shù)分別在20℃或更高以及20℃或更低的范圍內(nèi)均為負(fù)值。因此，在上面的部分范圍內(nèi)，初始磁導(dǎo)率溫度系數(shù)并不為負(fù)，而在聯(lián)接有正溫度系數(shù)的其它電子元件的電路中，避免了由于溫度引起的變化。
第四方面的磁性材料的特性在于，在一到三任一方面特性中，當(dāng)承壓壓力為50kPa時，感應(yīng)變化率在±5％范圍內(nèi)。
在承壓壓力為50kPa、感應(yīng)變化率在±5％以內(nèi)的情況下，第四方面的磁性材料實(shí)際上具有充分的抗應(yīng)力性能。
第五方面感應(yīng)器的特性在于，此感應(yīng)器包括一個含有由第一至第四任一方面特性所提出的磁性材料的磁芯，而且此磁芯經(jīng)過樹脂模壓。
當(dāng)把含有本發(fā)明磁性材料的磁芯應(yīng)用到樹脂模壓感應(yīng)器中時，有可能實(shí)現(xiàn)使這種樹脂模壓類型感應(yīng)器具有感應(yīng)負(fù)溫度系數(shù)、高抗應(yīng)力性能以及較小感應(yīng)公差。


圖1是顯示本發(fā)明感應(yīng)器的一個實(shí)施方案的半透視和透視圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的磁性材料包括上述主要組分和添加劑，其制備過程如下。鐵氧化物α-Fe2O3、鎳氧化物NiO及銅氧化物CuO用作主要組分。對于作為添加劑的鉍氧化物、鎂氧化物、硅氧化物和鈷氧化物，可使用通過燃燒的方法轉(zhuǎn)變成這些氧化物的各種化合物，優(yōu)選氧化物，特別是非常希望使用各種類型的上述氧化物。按照最終組合物的上述組成比混合原料。
然后，煅燒混合物。通?？稍诖髿夥罩羞M(jìn)行煅燒，煅燒溫度是800-1100℃，煅燒時間優(yōu)選是1-3小時。
接著，采用如球磨的方法把所得到的煅燒物料磨碎，直到磨成預(yù)定大小。在磨碎煅燒物料后，適量地加入合適的粘合劑如聚乙烯醇，以形成預(yù)定形狀。
之后，燒制形成的物料。燒制通?？稍诖髿夥罩羞M(jìn)行，而且燒制溫度為900-1200℃，燒制時間優(yōu)選2-5小時。
本發(fā)明的鐵素體被加工成預(yù)定形狀的磁芯，并纏繞上必要的金屬線圈，之后用樹脂模壓，以用作一種固定感應(yīng)器或片狀感應(yīng)器，從而應(yīng)用于各種器材，如電視機(jī)、錄像機(jī)，或者用于移動通訊器材例如手機(jī)和汽車用電話。對于磁芯的形狀，并沒有特別限制，可以使用外徑和長度都為2mm或更小(例如1.8mm×1.5mm)的鼓狀磁芯。
用作模壓材料(防護(hù)材料)的樹脂也沒有具體限定，這種用途的樹脂有，例如熱塑性樹脂和熱固性樹脂，具體是聚烯樹脂、聚酰胺樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂、尿素樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯等。用來模壓物料的方法有浸漬、涂布或吹塑，也可用注射成型法或鑄模法。
圖1顯示一個使用本發(fā)明鐵素體的片狀感應(yīng)器的組成實(shí)施例的半透視和透視圖。所例舉的片狀感應(yīng)器使用本發(fā)明鐵素體，這種感應(yīng)器包括一個在兩端具有大直徑邊緣的鼓狀磁芯1，纏繞于磁芯1的桶壁的金屬線2，端子電極3，其可把金屬線2末端與外電路相連并保護(hù)樹脂(模壓材料)內(nèi)的磁芯1，以及覆蓋這些器件的模壓材料4。
片狀感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)并不限于所示的實(shí)施例，它可以采用不同的實(shí)施方案。例如，鉛金屬線從磁芯的圓柱軸中心部分軸向連接，這種結(jié)構(gòu)是很多的。另外，帶有金屬線的線圈間或磁芯上的鉛線植入箱形樹脂盒中，而且開口部分用模壓材料密封，這種結(jié)構(gòu)也是相當(dāng)多的。
實(shí)施例每一主要組分原料與添加劑原料按表1A所示的組成比稱重，并在球磨機(jī)中混合5小時。順便提一句，每一添加劑的組成比是相對于100重量份主要組分。樣品1-7是本發(fā)明組成范圍內(nèi)的實(shí)施例，而樣品8-10是本發(fā)明組成范圍之外的對比實(shí)施例。
如上述得到的混合物在大氣氛中于900℃下煅燒2小時，在球磨機(jī)中混合20小時并磨碎。干燥磨碎后的混合物，并向其中加入1.0wt％的聚乙烯醇，然后在100kPa的壓力下成型，得到尺寸為50mm×10mm×7mm的方形和外徑20mm、內(nèi)徑10mm、高度5mm的環(huán)形。這些成型體在大氣中于表1A所示溫度下燃燒2小時，從而獲得方形磁芯樣品以及環(huán)形磁芯樣品，其每一種都含有鐵素體。
方形磁芯樣品在中心部分纏繞14圈金屬線，并以恒定速度施加同軸壓縮力，并連續(xù)測定此時的感應(yīng)值，那么根據(jù)獲得的測定值，可計(jì)算感應(yīng)變化率。表1B顯示了施加50kPa同軸壓縮力時的感應(yīng)變化率ΔL/L。其中，L是加壓之前的感應(yīng)，而ΔL是因加壓引起的感應(yīng)變化量，即加壓時的感應(yīng)值減去加壓前的感應(yīng)值。
順便說，同軸壓力可通過Aiko Engineering Inc.公司生產(chǎn)的負(fù)載測定儀(Measuring Stand MODEL 1321，Measuring AmplifierMODEL 1011 CREEP and LOAD CELL MODEL 3800)施加的，而感應(yīng)值可用HewlettPackard公司生產(chǎn)的Precision LCR儀4284A進(jìn)行測量。
金屬線在環(huán)形磁芯樣品上纏繞40圈，然后用LCR儀測定感應(yīng)值。100kHz時的初始磁導(dǎo)率(μi)，以及在-20-20℃及20-60℃下的相對溫度系數(shù)αμir都可用等式1計(jì)算。在等式1中，T1和T2分別是測定磁導(dǎo)率的溫度，μi1和μi2分別是在溫度T1和T2時的初始磁導(dǎo)率。
αμir=μi2-μi1μi12·1T2-T1]]>另外，對于一些樣品，金屬線纏繞三次，用Hewlett-Packard公司生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)/光譜分析儀4195A測定200MHz下的Q值，從而得到Q200。結(jié)果列于表1A和1B中。



從表1和表2可見，對于本發(fā)明范圍內(nèi)的樣品1-7，在溫度為-20-20℃及20-60℃時，感應(yīng)的相對溫度系數(shù)αμir都是負(fù)值。感應(yīng)變化率ΔL/L為-5.0或更低，同時可獲得較好的抗應(yīng)力性能。相反，如果Bi2O3、MgO和SiO2的組成比如對比實(shí)施例樣品8那樣，低于本發(fā)明范圍，并且不含CoO時，感應(yīng)的相對溫度系數(shù)αμir是正值，同時不僅值本身很大，而且感應(yīng)變化率ΔL/L也明顯很大，并且抗應(yīng)力性能較差。在樣品9和10中，CoO的組成比超過本發(fā)明范圍，感應(yīng)的相對溫度系數(shù)αμir為正。
如上所述，由于抗應(yīng)力性能較好并且壓縮所引起的感應(yīng)變化也較小，因此樹脂模壓所引起的感應(yīng)變化相應(yīng)地小，從而可獲得感應(yīng)公差小的感應(yīng)器。
權(quán)利要求
1.一種磁性材料，其包括含有46.0-51.0mol％Fe2O3、0.5-15.0mol％CuO，其余為NiO的主要組分；相對于100重量份上述主要組分，添加劑含有4.0-10.0重量份按Bi2O3計(jì)的鉍氧化物、1.0-5.0重量份按MgO計(jì)的鎂氧化物、2.0-8.0重量份按SiO2計(jì)的硅氧化物和0.2-0.5重量份按CoO計(jì)的鈷氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性材料，其中相對于100重量份上述主要組分，以滑石[Mg3Si4O10(OH)2]的形式加入3.0-10.0重量份的所述添加劑的所述鎂氧化物和所述硅氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性材料，其中在溫度為-20-20℃和20-60℃時，初始磁導(dǎo)率的相對溫度系數(shù)是負(fù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的磁性材料，其中在壓力為50kPa時，感應(yīng)的變化率在±5％范圍內(nèi)。
5.一種包括由磁性材料作成磁芯的感應(yīng)器，該磁性材料包括含有46.0-51.0mol％Fe2O3、0.5-15.0mol％CuO，其余為NiO的主要組分；相對于100重量份上述主要組分，添加劑含有4.0-10.0重量份按Bi2O3計(jì)的鉍氧化物、1.0-5.0重量份按MgO計(jì)的鎂氧化物、2.0-8.0重量份按SiO2計(jì)的硅氧化物和0.2-0.5重量份按CoO計(jì)的鈷氧化物，其中所述磁芯用樹脂模壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的感應(yīng)器，其中相對于100重量份上述主要組分，以滑石[Mg3Si4O10(OH)2]的形式加入3.0-10.0重量份的所述添加劑的所述鎂氧化物和所述硅氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的感應(yīng)器，其中在溫度為-20-20℃和20-60℃時，初始磁導(dǎo)率的相對溫度系數(shù)是負(fù)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的感應(yīng)器，其中在壓力為50kPa時，感應(yīng)的變化率在±5％范圍內(nèi)。
全文摘要
磁性材料包括46.0－51.0mol%Fe
文檔編號C01G49/00GK1351358SQ0113778
公開日2002年5月29日 申請日期2001年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月31日
發(fā)明者橫山亮 申請人:Tdk株式會社