氧化物磁性材料,製造方法,天線線圈,和電感元件的製作方法

2023-09-14 07:37:45

專利名稱：氧化物磁性材料,製造方法,天線線圈,和電感元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及氧化物磁性材料，製造方法，天線線圈，和用於製備天線線圈的電感元件。
氧化物磁性材料常用來形成在天線線圈和電感元件中使用的磁芯，它們設置在適於在200至500MHz的高頻帶工作的尋呼機(或BP機)和其它電子設備。
如JP-A169005/1988所公開的，這樣的氧化物磁性材料用在電感元件中，如適於在約200MHz或更高的高頻帶工作的電子設備中的帶通濾波器。
帶有空心線圈的環形天線常在尋呼機中使用。環形天線的優點是高Q，但難以調整對如振動的外力引起的不穩定敏感的電感和其它性能。為提高電感，須增加繞組線圈的匝數，結果整體上增加了線圈尺寸。
相反，如上述引用的JP-A169005/1988所公開的帶有氧化物磁性材料製成的磁芯的線圈，其優點是易調整電感和降低尺寸，但不足是低Q。
氧化物磁性材料的Q的改進在JP-A339913/1996中有所公開。該氧化物磁性材料成功地獲取高Q，但高電感的溫度係數不合乎要求。氧化物磁性材料的典型例子是含有23mol％的Fe2O3、9mol％的CuO和68mol％的NiO作為主組分，並含有PbO、SiO2和CoO作為添加物。表1表示了這些材料的初始磁導率(μi)、280MHz時的Q值和100KHz時的電感的溫度係數(αμr)。
表1PbO SiO2CoO αμr(wt％) (wt％) (wt％)μiO(ppm/℃)3.0 1.7 2.0 3300 3803.0 0.7 1.0 3250 327從表1中可看出，這些材料對Q有改善，但具有高電感的溫度係數，其對用作如天線線圈的高頻感應線圈不合乎要求。
如上所述，環形天線通常用於尋呼機和其它電子設備。儘管具有高Q的優點，環形天線通常整體尺寸大。使用JP-A339913/1996的氧化物磁性材料的磁芯的線圈由於高電感和高Q，能降低尺寸，但缺點是電感的溫度係數高。由於電感的溫度係數高意味著電感隨溫度改變而變化較大，由這樣的氧化物磁性材料製成的天線線圈在調頻和靈敏度上變得不穩定。
本發明的目的是提供一種氧化物磁性材料，通過選擇添加物的種類和數量，從而所形成的磁芯可具有低電感溫度係數，同時保持高Q。
在第一方面，本發明提供氧化物磁性材料，其基本組成為含有15-30mol的Fe2O3、6-12mol％的CuO、和58-79mol％的NiO作為主組分，以及還含有1.5-4.5wt％的PbO、1.0-3.7wt％的SiO2、0.7-1.0wt％的CoO、和0.01-1.0wt％的ZnO作為添加物，所有組分按氧化物來計算。氧化物磁性材料適於在高頻帶工作，典型頻帶為200-500MHz。
在第二方面，本發明提供製備用於高頻帶的氧化物磁性材料的方法，包括步驟混合作為主組分的Fe2O3源(source)、CuO源、和NiO源，以及作為添加物的PbO源，滑石，CoO源和ZnO源，然後灼燒所得的混和物。選擇源的數量，使所得的氧化物磁性材料具有上面確定的組成。當氧化物Fe2O3、CuO、NiO、PbO、滑石、CoO和ZnO用作源時，除滑石以1.5-5.5wt％添加外，這些氧化物添加數量與灼燒的氧化物磁性材料的一樣。
同時本發明還提供含有上述氧化物磁性材料的磁芯的天線線圈或電感元件。


圖1表示氧化物磁性材料的Q和電感的溫度係數與PbO含量的關係圖。
圖2表示氧化物磁性材料的Q和電感的溫度係數與SiO2含量的關係圖。
圖3表示氧化物磁性材料的Q和電感的溫度係數與CoO含量的關係圖。
圖4表示氧化物磁性材料的Q和電感的溫度係數與ZnO含量的關係圖。
按本發明，作為添加劑的PbO、SiO2、CoO和ZnO加入到基本上由Fe2O3、CuO、和NiO作為主組分組成的氧化物磁性材料中。更準確地說，本發明的氧化物磁性材料的基本組成為含有作為主組分的15-30mol％的Fe2O3，6-12mol％的CuO，和58-79mol％的NiO，以及含有作為添加物的1.5-4.5wt％的PbO，1.0-3.7wt％的SiO2，0.7-1.0wt％的CoO，和0.01-1.0wt％的ZnO，所有組分按化學計量的氧化物計算。最好氧化物磁性材料含有1.5-3.0wt％的PbO，2.5-3.5wt％的SiO2，0.7-0.9wt％的CoO，和0.3-0.9wt％的尤其是0.5-0.9wt％的ZnO作為添加物。添加物PbO、SiO2、CoO、和ZnO出現在晶界。
本發明氧化物磁性材料製備方法為混合作為主組分的Fe2O3源、CuO源、和NiO源，向其中添加作為添加物的PbO源、滑石、CoO源、和ZnO源，並灼燒所得的混合物。典型地，氧化物Fe2O3、CuO、NiO、PbO、CoO、和ZnO用作起始材料，同時由於滑石廉價便用作SiO2源。當這些氧化物被用作源時，除滑石以1.5-5.5wt％添加外，所添加的氧化物量與灼燒的氧化物磁性材料的一樣。由於滑石的構成為Mg3(Si4O10)(OH)2，灼燒後剩下少量MgO。其中殘留有MgO的灼燒氧化物磁性材料等同於無MgO的氧化物磁性材料並在性能上區別很小。本發明的氧化物磁性材料對改善電感的溫度係數同時保持200至500MHz頻帶上的高Q有效。
可按傳統方式完成本製備方法。源通常為平均粒徑小於約10μm的粉末形式。灼燒步驟在800至1000℃溫度進行約1/2至5小時。
使用上述氧化物磁性材料的磁芯的天線線圈和電感元件改善了電感的溫度係數並在高頻帶特別是200至500MHz上具有高Q。
下面給出本發明實施例用以說明而不是限制。
例1按傳統工藝製備樣品Nos.1和2混合源材料，從而最終得到下面所示組成的組合物，煅燒混合物，研磨混合物，把粉末加壓模壓成所設定的形狀(適於磁芯的棒或環形)，並在800至1,000℃溫度下灼燒壓坯約2小時。
最終組成的基本組分為23mol％的Fe2O3、9mol％的CuO、和68mol％的NiO，以及作為添加物的3.0wt％的PbO、1.7wt％的SiO2、1.0wt％的CoO。此外，樣品Nos.1和2分別還含有0.3wt％和0.7wt％的ZnO。混合步驟中，氧化物以與最終組分相同的數量用作源。
棒形磁芯長21mm，寬9mm，和厚5.5mm。環形磁芯的外徑18.6mm，內徑10.4mm，和厚度4.75mm。
通過沿棒形磁芯繞兩匝1.3mm寬和0.25mm厚的包馬口鐵的軟銅箔製備線圈。應用阻抗分析儀，在280MHz測量線圈的Q。分別地，通過沿環形磁芯繞三十匝直徑0.35mm的銅線來製備線圈。該線圈被置於溫控室中並利用阻抗分析儀測試在100KHz的電感的溫度係數。結果如表2所示。
表2樣品 PbOSiO2CoOZnOαμrNo. (wt％)(wt％) (wt％) (wt％) μiO(ppm/℃)1 3.01.71.00.333602202 3.01.71.00.73330200與JP-A339913/1996的已知的氧化物相比，本發明的樣品在Q值上至少相同並改善了電感的溫度係數。
例2按傳統工藝製備一系列樣品混合源材料，從而可最終得到下面所示組成的組合物，煅燒混合物，研磨混合物，把粉末加壓模壓成所要形狀(適於磁芯的棒或環形)，並在800-1,000℃溫度下灼燒約2小時。
最終組合物的基本組成為23mol％的Fe2O3，9mol％的CuO，和68mol％的NiO，以及作為添加劑的0.5-6.0wt％的PbO，0.3-4.0wt％的SiO2，0.5-3.0wt％的CoO，和0-1.0wt％的ZnO。混合步驟中，氧化物以上述數量用作源，同時滑石以0.6-8.0wt％的量用作SiO2源。
棒形磁芯長21mm，寬9mm，和厚5.5mm。環形磁芯的外徑18.6mm，內徑10.4mm，和厚度4.75mm。如例1那樣測試它在280MHz的Q和在100KHz的電感的溫度係數(αμr)。
圖1是表示氧化物磁性材料的Q和電感的溫度係數與PbO含量的關係圖。氧化物磁性材料含有2.5wt％的滑石，1.0wt％CoO和0％的ZnO以及變化量的PbO。曲線11表示Q的變化而曲線12表示電感的溫度係數的變化。
一般地，具有250或更高的Q值的氧化物磁性材料可用於在高頻帶工作。從這一方面考慮，當PbO在1.5wt％到4.5wt％範圍時，上述組分的氧化物磁性材料的Q至少為250而電感的溫度係數為250ppm/℃或更低。也就是說，可以獲得具有高Q和低的電感的溫度係數的氧化物磁性材料。
圖2是表示氧化物磁性材料的Q和電感的溫度係數與SiO2含量的關係圖。氧化物磁性材料含有3.0wt％的PbO，1.0wt％的CoO和0％的ZnO和變化量的SiO2。曲線21表示Q的變化而曲線22表示電感的溫度係數的變化。當SiO2為1.0wt％至3.7wt％範圍，上述組成的氧化物磁性材料的Q至少為250而電感的溫度係數為250ppm/℃或更低。
圖3是表示氧化物磁性材料的Q和電感的溫度係數與CoO含量的關係圖。氧化物磁性材料含有3.0wt％的PbO，1.7wt％的SiO2和0％的ZnO和變化量的CoO。曲線31表示Q的變化和曲線32表示電感的溫度係數的變化。當CoO為0.7wt％至1.0wt％範圍時，上述組成的氧化物磁性材料的Q至少為250而電感的溫度係數為250ppm/℃或更低。
圖4是表示氧化物磁性材料的Q和電感的溫度係數與ZnO含量的關係圖。氧化物磁性材料包含3.0wt％的PbO，1.7wt％的SiO2和1.0％的CoO和變化量的ZnO。曲線41表示Q的變化而曲線42表示電感的溫度係數的改變。當ZnO為0.01wt％至1.0wt％範圍時，上述組成的氧化物磁性材料的Q至少為250而電感的溫度係數為250ppm/℃或更低。
因此很明顯，當氧化物磁性材料的基本組成包括本領域公知的作為主組分的15-30mol的Fe2O3，6-12mol％的CuO，和58-79mol％的NiO，還包括用作添加物的1.5-4.5wt％的PbO，1.0-3.7wt％的SiO2，0.7-1.0wt％的CoO，和0.01-1.0wt％的ZnO時，其Q至少為250而電感的溫度係數可達250ppm/℃。
當用滑石代替SiO2製備氧化物磁性材料時，未產生明顯的性能變化。只需混合1.5-5.5wt％的滑石，從而所灼燒的氧化物磁性材料最終含有1.0-3.7wt％的SiO2。
應用本發明氧化物磁性材料製成的磁芯，製備用於尋呼機和其它電子設備的天線線圈和電感元件。它們表現出理想的高Q和穩定的溫度特性。
這裡已經描述了表現出理想的高Q和在高於100MHz的高頻帶的溫度穩定性的氧化物磁性材料。在通過灼燒氧化物混和物製備這樣的氧化物磁性材料的方法中，滑石用作SiO2的替代品。儘管少量MgO留在氧化物磁性材料中，但基本上不改變材料性能。應用比SiO2便宜的滑石在製備表現出所要求高Q和溫度穩定性的氧化物磁性材料方面具有經濟上的優勢。利用本發明氧化物磁性材料的磁芯製備的用於尋呼機和其它電子設備的天線線圈和電感元件，在保持所需要的高Q的同時表現出降低電感隨溫度的變化的特性。
日本專利申請No.81765/1997作為參考被引用。
在不脫離如權利要求所確定的本發明精神或範圍的情況下，可從上述公開作適當改進和變化。
權利要求
1.適用於在高頻帶工作的氧化物磁性材料，基本組成為含有15-30mol％的Fe2O3，6-12mol％的CuO，和58-79mol的NiO作為主組分，還含有作為添加物的1.5-4.5wt％的PbO，1.0-3.7wt％的SiO2，0.7-1.0wt％的CoO，和0.01-1.0wt％的ZnO，上述所有組分均按氧化物計算。
2.權利要求1的氧化物磁性材料，適於在200至500MHz的高頻帶工作。
3.製備氧化物磁性材料的方法，包括以下步驟混合作為主組分的Fe2O3源、CuO源、和NiO源以及作為添加物的PbO源、滑石、CoO源和ZnO源，和灼燒所得的混合物，通過選擇源的量，從而使所得的氧化物磁性材料基本組成為含有15-30mol％的Fe2O3、6-12mol的CuO，和58-79mol％的NiO作為主組分，以及還含有作為添加物的1.5-4.5wt％的PbO，1.0-3.7wt％的SiO2，0.7-1.0wt％的CoO，和0.01-1.0wt％的ZnO，上述所有組分均按氧化物計算。
4.包括權利要求1的氧化物磁性材料製成的磁芯的天線線圈。
5.包括權利要求1的氧化物磁性材料製成的磁芯的電感元件。
全文摘要
氧化物磁性材料基本組成為:按氧化物計算,含有作為主組分的15—30mol的Fe
文檔編號C04B35/26GK1197987SQ9810887
公開日1998年11月4日 申請日期1998年3月27日 優先權日1997年4月1日
發明者島崎達也, 齊藤裕 申請人:Tdk株式會社