低温烧结NiCuZn铁氧体材料微结构及磁特性研究

摘要

随着电子工业的不断发展，电子设备对元件的要求越来越苛刻。这对作为感性元件的常用材料NiCuZn铁氧体的性能提出了更高的要求。主要体现在以下几个方面：材料的磁谱特性调控，材料的耐直流冲击特性，材料的直流偏置特性，及材料的温度稳定性等。本文的研究工作正是围绕这几个方面的性能要求而展开，以固相反应法烧结NiCuZn铁氧体为研究对象，分析了主配方，添加剂含量，以及微观形貌对NiCuZn铁氧体各方面性能的影响，为开发高性能NiCuZn铁氧体元件提供了理论指导。另外无线互联网的发展催生了新的产品-电磁屏蔽片，本文对于NiCuZn铁氧体电磁屏蔽片的工业化生产方法进行了初步的研究。
　　本文首先运用临界尺寸理论，磁导率分量组成理论，NMGB（Non-Magnetic Grain Boundaries）非磁性晶界模型对材料的微观形貌和磁谱特性进行了分析，研究结果表明，若要制备高磁导率，高使用通频带的铁氧体材料，必须控制材料的平均晶粒尺寸在单畴临界尺寸之下；Co2O3的添加对两种磁化率分量的影响呈现出不同的规律；尝试采用将阻尼因子看成是频率的函数的方式来拟合磁谱，所得的拟合曲线在整个频段与实测曲线更加吻合，提出了阻尼因子可以作为分析材料配方，工艺，微观形貌与磁谱形状之间关系媒介的思路。其次，运用NMGB模型对材料耐直流冲击特性的研究结果发现，通过玻璃相掺杂可以加厚材料的晶界，能有效的降低实际作用在磁性相上的冲击磁场；通过磁谱拟合的方法研究不同晶粒尺寸的样品发现，受到磁场冲击后畴壁位移磁化率的变化幅度远小于磁矩转动分量，并且畴壁的存在，会使磁矩转动分量的变化幅度也大大减小。再次，对材料直流偏置特性的研究结果表明：采用低熔点玻璃与Bi2O3复合添加的做法，既能获得比单一添加剂材料更细小的晶粒尺寸，又能获得更厚的晶界，从而能得到更好的偏置性能；提出了理想的助烧剂的研究方向，既具有Bi2O3与铁氧体的浸润性，又能在烧结末期阻碍离子的扩散。对材料温度系数的研究结果表明：通过调节助烧剂的含量可以改变退磁场 Hd从而达到调节温度系数的作用，该方法适用所有尖晶石铁氧体。最后，对铁氧体电磁屏蔽片的批量生产工艺进行了研究，设计了每道工序的设备和工艺过程；充分利用粘合剂存在软化温度的特点，开发了压烘工艺，在粘合剂软化温度下长时间压烘，尽量排出溶剂，可以使坯片在排胶时不会卷曲变形；发明了不规则裂片工艺，相比规则裂片，生产速度更快，成本更低；使用测试天线 S11曲线的方法来表征铁氧体电磁屏蔽片的作用，发现插入电磁屏蔽片与原始状态的S11吸收峰中心频率差值与两种情形下可通信距离差值呈线性关系，使用测试 S11曲线的方法可以用来进行电磁屏蔽片与天线的匹配设计。

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1 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.2 NiCuZn铁氧体国内外研究进展

1.3 NiCuZn铁氧体在近场通信（NFC）中的应用

1.4 研究内容及创新点

2 NiCuZn铁氧体材料的磁谱特性

2.1 引言

2.2 晶粒尺寸对磁谱的影响

2.3 不同晶粒尺寸情况下Co离子对磁谱的影响

2.4 不同Fe2O3含量对磁谱的影响

2.5 磁谱拟合方法研究

2.6 小结

3 NiCuZn铁氧体材料耐直流冲击特性

3.1 引言

3.2 晶界厚度对材料磁导率受磁场冲击变化率的影响

3.3 Fe2O3含量对材料磁导率受磁场冲击变化率的影响

3.4 晶粒尺寸对材料磁导率受磁场冲击变化率的影响

3.5 Co2O3添加量对材料磁导率受磁场冲击变化率的影响

3.6 小结

4 NiCuZn材料直流偏置特性

4.1 引言

4.2 主配方对偏置特性的影响

4.3 各种添加剂对材料偏置特性的影响

4.4 助烧剂与添加剂的选择与搭配

4.5 复合铁氧体材料的偏置特性

4.6 采用不同助烧剂铁氧体材料的温度稳定性

4.7 小结

5 铁氧体电磁屏蔽片的生产工艺与表征

5.1 前言

5.2 铁氧体粉的制备

5.3 制浆与流延

5.4 排胶与烧结

5.5 贴胶与裂片

5.6 测试系统

5.7 电磁屏蔽片的尺寸设计对性能的影响

5.8 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表论文目录