專利名稱：：復(fù)合磁性材料和感應(yīng)器元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及含有鐵氧體粉和樹脂的復(fù)合磁性材料和采用它構(gòu)造的感應(yīng)器元件。具體地說，本發(fā)明涉及可有利地用于高頻用途電子零件中的復(fù)合磁性材料和感應(yīng)器元件。在用于包括便攜式電話機(jī)、無(wú)線電LAN等移動(dòng)通訊裝置的高頻電路中，具有可使用于高達(dá)幾個(gè)GHz頻率的線圈結(jié)構(gòu)的感應(yīng)器元件，例如芯片感應(yīng)器，可用于阻抗匹配、共振的用途或用作扼波器。然而，線圈是將線纏繞在一個(gè)非磁性材料的磁芯上制成的，即在非磁性材料上形成一個(gè)線圈，這樣就不得不使線圈的圈數(shù)很大，來(lái)獲得所要求的阻抗，結(jié)果對(duì)小型化發(fā)展產(chǎn)生限制作用。因?yàn)榫€圈的電阻隨纏繞圈數(shù)的數(shù)目增大而增高，也就存在不能得到高Q值(增益)感應(yīng)器的問題。為了解決這些問題，也研究了具有用于高頻鐵磁芯的感應(yīng)器。使用鐵磁芯，就有可能控制磁芯材料的磁導(dǎo)率來(lái)降低線圈的纏繞圈數(shù)，實(shí)現(xiàn)小型化。然而，鐵氧體燒結(jié)體呈現(xiàn)來(lái)自于磁疇邊界運(yùn)動(dòng)的頻率松弛現(xiàn)象，即使使用六方結(jié)構(gòu)氧體平面型鐵氧體的燒結(jié)體(據(jù)認(rèn)為它具有最佳的高頻性能)，只有當(dāng)頻率限制在最大高達(dá)約300MHZ時(shí)，才能夠保持高的Q值。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供這樣一種磁性材料，它與非磁性材料相比在從幾個(gè)MHZ到幾個(gè)GHz的頻率帶上具有較大磁導(dǎo)率，而且能夠在高達(dá)幾個(gè)GHz的頻率帶上保持較高增益的Q值。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種感應(yīng)器元件，通過使用上述磁性材料，它能夠小型化，而仍然能夠提供高的Q值。本復(fù)合磁性材料含有鐵氧體粉末和樹脂，所述鐵氧體粉末至少是包含Ni和Co的尖晶石型鐵氧體。優(yōu)選的是，鐵氧體是組成由(NiO)x(CoO)y(MeO)z(Fe2O3)1-x-y-z表示的尖晶石型鐵氧體，其中Me是至少一種選自Mg、Cu和Zn的元素，x、y和z各自滿足下面條件0．10≤x≤0．550；0．025≤y≤0．200；0≤z≤0．200；0．400≤(x+y+z)≤0．600。本復(fù)合磁性材料適宜用于感應(yīng)器元件。根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得這樣一種復(fù)合磁性材料，它能夠在從幾個(gè)MHZ到幾個(gè)GHz的頻率帶內(nèi)提供較大的磁導(dǎo)率，而且在高達(dá)GHz的范圍能夠保持高增益的Q值。因此，用該復(fù)合磁性材料作磁性元件而構(gòu)造的感應(yīng)器元件，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化和高Q值。為了說明本發(fā)明，在附圖中示出了幾個(gè)實(shí)施方式，它們?cè)谀壳笆莾?yōu)選的，然而應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明并不局限于所示的具體安排和實(shí)施方式。圖1是說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的感應(yīng)器元件1的透視圖，它是部分外露的。圖2是說明根據(jù)本發(fā)明制備的樣品8的復(fù)合磁性材料和對(duì)比例的鐵氧體燒結(jié)體的磁導(dǎo)率μ′與頻率之間的關(guān)系圖。圖3是說明根據(jù)本發(fā)明制備的樣品8的復(fù)合磁性材料和對(duì)比例的鐵氧體燒結(jié)體的增益Q值與頻率之間的關(guān)系圖。圖4是說明含有49．5摩爾％Fe2O3的體系的磁導(dǎo)率μ′與其CoO含量之間的關(guān)系圖。圖5是說明含有49．5摩爾％Fe2O3的體系的增益Q值與其CoO含量之間的關(guān)系圖。鐵氧體燒結(jié)元件材料具有這樣一種磁化機(jī)理，它在AC磁場(chǎng)內(nèi)從低頻率到高頻率，經(jīng)過磁疇邊界運(yùn)動(dòng)松弛階段到達(dá)旋轉(zhuǎn)的磁化共振階段。從磁性材料的Q的頻率特性角度來(lái)看，Q在發(fā)生磁疇邊界運(yùn)動(dòng)松弛的頻率急劇降低，并在朝向旋轉(zhuǎn)磁化共振點(diǎn)的過程中進(jìn)一步下降。為了在高達(dá)幾個(gè)GHz的頻率帶保持高Q值，首先需要使磁疇邊界運(yùn)動(dòng)完全停止，然后，將旋轉(zhuǎn)的磁化共振頻率遷移至高于幾個(gè)GHz的頻率。本發(fā)明人的深入研究的結(jié)果確認(rèn)，通過將鐵氧體粉末分散于非磁性基質(zhì)中，該粉末具有使每個(gè)鐵顆粒都保持單疇顆粒的粒度，就能夠使磁疇邊界運(yùn)動(dòng)引起的Q值下降完全停止。總的來(lái)說，粉末中每個(gè)顆粒的最大尺寸約為3微米。也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ni鐵氧體中的Ni用Co替代，旋轉(zhuǎn)磁化共振頻率會(huì)隨替代量的增多而增高。本發(fā)明人注意到，采用兩種元素的組合，將NiCo鐵氧體粉末以高濃度分散于樹脂中制成的復(fù)合鐵氧體材料，就能夠獲得對(duì)用于高頻感應(yīng)器的磁芯有利的性能，這就實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。也就是說，本發(fā)明涉及一種復(fù)合磁性材料。該復(fù)合磁性材料的特征在于它含有鐵氧體粉末和樹脂，鐵氧體粉末含有至少包含Ni和Co的尖晶石型鐵氧體。在本發(fā)明的復(fù)合磁性材料中，要求上述鐵氧體是組成由(NiO)x(CoO)y(MeO)z(Fe2O3)1-x-y-z表示的尖晶石型鐵氧體，其中Me是至少一種選自Mg、Cu和Zn的元素，x、y和z各自滿足下面條件0．10≤x≤0．550；0．025≤y≤0．200；0≤z≤0．200；和0．400≤(x+y+z)≤0．600。在上述組成中，一部分Ni可以用Be、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Me等，一部分Fe可以用Al、Ga、In、Tl等替代，只要它們對(duì)復(fù)合磁性材料的磁性能沒有不利影響。將鐵氧體粉末混入樹脂，使得不致發(fā)生磁疇邊界運(yùn)動(dòng)松弛，可制成與鐵氧體燒結(jié)體不同的本發(fā)明復(fù)合磁性材料。該復(fù)合磁性材料在高達(dá)幾個(gè)GHz范圍能夠保持較高的Q值，因?yàn)殍F氧體粉末的旋轉(zhuǎn)磁化共振頻率增大至高于幾個(gè)GHz的頻率。圖1是說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的感應(yīng)器元件1的外觀的透視圖。在圖1中，感應(yīng)器元件1顯示為部分外露的。感應(yīng)器元件1是一個(gè)芯片感應(yīng)器，其中有一個(gè)圓柱形磁芯2。帶涂層的線的線圈3纏繞在磁芯2的外周上。磁芯2的兩端各覆有一個(gè)帽型的金屬接頭元件4或5。除去線圈3線兩端的涂層，分別將一端與接頭元件4電連接，另一端與接頭元件5電連接。本發(fā)明的復(fù)合磁性材料能夠有利地用作例如構(gòu)成磁芯2的材料，磁芯2用于上述感應(yīng)器元件1中，也可以在結(jié)構(gòu)不同的感應(yīng)器中用作磁性元件。本發(fā)明的復(fù)合磁性材料含有上述組成。下面根據(jù)一些實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。先制備各種用作原料的金屬氧化物，用球磨機(jī)濕混24小時(shí)，制成如表1所示的鐵氧體組合物(摩爾比)。表1<tablesid="table1"num="001"><table>樣品編號(hào)NiOCoOMgOCuOZnOFe2O3*10．0500．20000．15000．60020．1000．20000．10000．60030．5500．0500000．400*40．5750．025000．400*50．50500000．495*60．4950．0100000．49570．4800．0250000．49580．4550．0500000．49590．4050．1000000．495100．3550．1500000．495110．3050．2000000．495*120．2550．2500000．495*130．2050．3000000．495140．4050．0500．050000．495150．4050．05000．05000．495160．4050．050000．0500．495170．3050．1000．100000．495180．2050．1000．200000．495*190．1050．1000．300000．495*200．5500．1000000．350210．5000．1000000．400220．4500．1000000．450230．3500．1000000．550240．3000．1000000．600*250．2500．1000000．650</table></tables>然后，將上述混合粉末于1000℃空氣焙燒2小時(shí)，然后用球磨機(jī)濕磨24小時(shí)。用氣體排除法測(cè)量所得的鐵氧體粉末的真密度。利用該結(jié)果，將鐵氧體粉末和聚丙烯樹脂以50／50的體積比進(jìn)行混合，制成復(fù)合材料。然后，將上述復(fù)合材料用熱碾子再進(jìn)行混合，接著壓制成圓柱狀試樣，其直徑為8毫米，軸線方向長(zhǎng)度為15毫米。對(duì)試樣進(jìn)行車床加式，然后，用S-參數(shù)法分別在500MHZ、1GHz和2GHZ頻率下測(cè)量磁性能。作為對(duì)比實(shí)施例，也制備了Ni(Mg，Cu)鐵氧體燒結(jié)體，并根據(jù)上述同樣方法測(cè)量磁性能。表2分別表示了表1復(fù)合磁性材料和上述對(duì)比例燒結(jié)體的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實(shí)數(shù)部分μ′和增益Q值，其中磁性能的的測(cè)量如上所述。表2表2顯示了樣品8和對(duì)比用的對(duì)比例樣品的磁導(dǎo)率μ′與頻率之間的關(guān)系。圖3顯示了同樣情形的增益Q與頻率之間的關(guān)系。圖4顯示了含有49．5摩爾％Fe2O3的體系在2GHz頻率的磁導(dǎo)率μ′與CoO含量之間的關(guān)系。圖5顯示了同樣情形的2GHz頻率下增益Q值與CoO含量之間的關(guān)系。從圖2、圖3和表2中可見，與對(duì)比例比較，總的來(lái)說，樣品1-25(除樣品5外，因?yàn)樗缓珻o，不屬于本發(fā)明)趨于表現(xiàn)出較優(yōu)良的磁性能；即在高達(dá)GHz的區(qū)域具有優(yōu)良的磁導(dǎo)率μ′和優(yōu)良的增益Q值，此時(shí)沒有磁疇邊界共振引起的磁性能降低，盡管磁導(dǎo)率受非磁性樹脂的影響而下降。由表1可見，樣品1-4中NiO的含量在0．050-0．575摩爾％范圍內(nèi)變化，樣品5-13中CoO含量在0-0．300摩爾％范圍內(nèi)變化，樣品14-19中有一部分NiO被MgO、CuO或ZnO替代，在樣品20-25中，MgO含量在0．050-0．300摩爾％的范圍內(nèi)變化，F(xiàn)e2O3的含量在0．350-0．650摩爾％的范圍內(nèi)變化。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如上所述，鐵氧體是組成由(NiO)x(CoO)y(MeO)z(Fe2O3)1-x-y-z表示的尖晶石型鐵氧體，其中Me是至少一種選自Mg、Cu和Zn的元素，x、y和z各自滿足下面條件0．10≤x≤0．550；0．025≤y≤0．200；0≤z≤0．200；和0．400≤(x+y+z)≤0．600。在表1和2中，那些不在優(yōu)選實(shí)施方式范圍內(nèi)的樣品編號(hào)用符號(hào)“*”作了標(biāo)記。根據(jù)表1和2可以確認(rèn)位于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式范圍內(nèi)的組成范圍。在樣品1-4中，樣品2和3位于優(yōu)選范圍內(nèi)，樣品1和4位于優(yōu)選范圍之外。當(dāng)樣品1-4彼此比較時(shí)，NiO的摩爾比小于0．10的樣品1和NiO的摩爾比大于0．550的樣品4具有比樣品2和3低的磁導(dǎo)率μ′。在樣品5-13中，樣品7-11位于優(yōu)選范圍內(nèi)，樣品5、6、12和13位于優(yōu)選范圍之外。當(dāng)樣品5-13彼此比較時(shí)，CoO的摩爾比小于0．025的樣品，例如樣品5和6，表現(xiàn)出低的增益Q值，盡管可獲得相對(duì)較高的磁導(dǎo)率μ′。另一方面，當(dāng)CoO的摩爾比大于0．200時(shí)，如樣品12和13的情形，磁導(dǎo)率μ′下降，盡管可獲得相對(duì)較高的增益Q值。上述性能可以用圖4和5來(lái)說明。當(dāng)Co含量不小于2．5摩爾％和不大于20摩爾％時(shí)，在磁導(dǎo)率μ′和增益Q值兩方面都可以觀察到相對(duì)優(yōu)良的磁性能。在樣品14-19中，樣品14-18位于優(yōu)選范圍內(nèi)，樣品19位于優(yōu)選范圍之外。當(dāng)作為替代組分的MgO摩爾比超過0．200時(shí)，如樣品19的情形，增益Q值下降，盡管可獲得相對(duì)較高的磁導(dǎo)率μ′。另外，為了說明樣品14-19所示的用Mg、Cu或Zn替代一部分Ni獲得的效果，比較了樣品8和樣品14-16，這些樣品，NiO加MgO、CuO或ZnO的總摩爾比是相等的。沒有觀察到磁性能有較大的下降。當(dāng)樣品17-19與樣品9對(duì)比時(shí)，獲得了較高的磁導(dǎo)率μ′，盡管增益Q值有下降的趨勢(shì)。雖然已經(jīng)揭示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是體現(xiàn)這里所揭示原理的各種方式都被視為在所附權(quán)利要求書的范圍。因此應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的范圍除了受到權(quán)利要求的限制外不受限制。權(quán)利要求1．一種復(fù)合磁性材料，它含有鐵氧體粉末和樹脂，其中所述的鐵氧體粉末含有包含Ni和Co的尖晶石鐵氧體的。2．如權(quán)利要求1所述的復(fù)合磁性材料，其中所述的鐵氧體含有Be、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Mg、Cu、Zn、Ga、In和Tl中的至少一種。3．如權(quán)利要求2所述的復(fù)合磁性材料，其中所述的鐵氧體是組成由(NiO)x(CoO)y(MeO)z(Fe2O3)1-x-y-z表示的尖晶石型鐵氧體，其中Me是至少一種選自Mg、Cu和Zn的元素，0．10≤x≤0．550；0．025≤y≤0．200；0≤z≤0．200；0．400≤(x+y+z)≤0．600。4．如權(quán)利要求3所述的復(fù)合磁性材料，其中所述的x是0．205-0．480，y是0．05-0．1，且0．450≤(x+y+z)≤0．550。5．如權(quán)利要求4所述的復(fù)合磁性材料，其中所述的z是0。6．如權(quán)利要求3所述的復(fù)合磁性材料，其中所述的Me是Mg。7．如權(quán)利要求3所述的復(fù)合磁性材料，其中所述的Me是Cu。8．如權(quán)利要求3所述的復(fù)合磁性材料，其中所述的Me是Zn。9．一種感應(yīng)器元件，它裝有采用權(quán)利要求8所述復(fù)合磁性材料的磁性元件。10．一種感應(yīng)器元件，它裝有采用權(quán)利要求7所述復(fù)合磁性材料的磁性元件。11．一種感應(yīng)器元件，它裝有采用權(quán)利要求6所述復(fù)合磁性材料的磁性元件。12．一種感應(yīng)器元件，它裝有采用權(quán)利要求5所述復(fù)合磁性材料的磁性元件。13．一種感應(yīng)器元件，它裝有采用權(quán)利要求4所述復(fù)合磁性材料的磁性元件。14．一種感應(yīng)器元件，它裝有采用權(quán)利要求3所述復(fù)合磁性材料的磁性元件。15．一種感應(yīng)器元件，它裝有采用權(quán)利要求2所述復(fù)合磁性材料的磁性元件。16．一種感應(yīng)器元件，它裝有采用權(quán)利要求1所述復(fù)合磁性材料的磁性元件。全文摘要一種復(fù)合磁性材料含有鐵氧體粉末和樹脂,其中鐵氧體粉末含有至少包含Ni和Co的尖晶石型的鐵氧體。文檔編號(hào)C01G49/00GK1294391SQ0013300公開日2001年5月9日申請(qǐng)日期2000年10月26日優(yōu)先權(quán)日1999年10月27日發(fā)明者伴野國(guó)三郎,戶田崇,大沢隆司,福島光宏,丸澤博申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所