一种平板显示用高表面电阻镍铜锌铁氧体材料

摘要

本发明公开一种平板显示用高表面电阻镍铜锌铁氧体材料，由主成分和副成分制成；所述的主成分由下列物质组成：49.00～50.00mol％的Fe

说明书

技术领域

本发明属于电子材料中软磁铁氧体材料的技术领域，具体地讲是涉及一种平板显示用 高表面电阻镍铜锌铁氧体材料。

背景技术

以液晶显示为代表的平板显示技术的发展对功率铁氧体材料及其磁芯提出了许多新 的要求。不仅要求材质具备通常功率铁氧体材料所需的低功耗特性，还要求该铁氧体材料 具备耐高电压性能，目前一般使用MnZn功率铁氧体材料。随着大屏幕平板显示的超常规 发展，在降低成本与节能要求的双重推动下，液晶显示背光源逆变器的设计技术突破了传 统的一灯配一变压器的模式，迅速发展了二灯配一变压器的新模式，而这一新模式要求逆 变器磁芯材料的表面电阻更高，原先通常采用的MnZn铁氧体材料由于表面电阻通常在 100kΩ左右，已不能满足这一要求。为此，需开发不仅具备功率铁氧体的高饱和磁通密度、 低损耗的一般特性，同时还具有特别高的表面电阻，使变压器在2000V以上的高输出电 压下也能获得高可靠性，以解决变压器高压击穿打火的难题。它一方面迎合了平板显示发 展的最新科技对功率铁氧体材料的新需求，另一方面也引导了该领域铁氧体材料的发展方 向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅具有高饱和磁通密度、低损耗，同时还具有特别高的 表面电阻的一种平板显示用高表面电阻NiZn铁氧体材料。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种平板显示用高表面电阻镍铜锌铁氧体材料，由主成分和副成分制成；所述的主成 分由下列物质组成：49.00～50.00mol％的Fe₂O₃、27.50～28.10mol％的ZnO、4.85～4.95mol％ 的CuO和余量的NiO；以所有主成分的质量之和为基准，所述副成分包括0.01～0.03wt％ 的TiO₂，0.01～0.04wt％的SnO₂，0.01～0.04wt％的V₂O₅，0.1～0.5wt％的ZrO₂。发明人认 为，副成分SnO₂和TiO₂加入后，Sn⁴⁺和Ti⁴⁺离子溶入尖晶石晶体结构B位，形成Sn⁴⁺-Fe²⁺ 和Ti⁴⁺-Fe²⁺稳定电子对，能有效地抑制Fe³⁺与Fe²⁺间的电子跃迁，提高材料的晶粒电阻率 (R_g)；加入的ZrO₂和V₂O₅主要偏聚在晶界处，形成高电阻层，提高材料的晶界电阻率 (R_g.b)，而总电阻率R由晶界电阻率(R_g.b)和晶粒电阻率(R_g)组成，因此SnO₂、TiO₂、ZrO₂和V₂O₅的加入会使总电阻率(R＝R_g+R_g，b)增加。此外，由于Ti⁴⁺和Sn⁴⁺离子融入晶体结构 中，形成了稳定的Fe²⁺-Sn⁴⁺电子对，补偿了磁晶各向异性常数K，使材料总的各向异性常 数K趋向于零，从而使得起始磁导率增加。

作为本发明的一种改进，以所有主成分的质量之和为基准，所述副成分还包括 0.01～0.03wt％的SiO₂、0.01～0.04wt％的CaO。发明人认为，CaO与SiO₂的加入可促进烧 结体的致密化程度，提高烧结密度，且SiO₂与V₂O₅有协同效应，可形成适量的液相量， 不仅能促进晶粒的生长，而且在烧结过程中有助于好的显微结构的形成。

作为本发明的另一种改进，以所有主成分的质量之和为基准，所述副成分还包括 0.10～0.65wt％的MnO₂。发明人认为，MnO₂可进入晶格，调节磁性能，提高磁导率，降 低功率损耗。

所述的平板显示用高表面电阻镍铜锌铁氧体材料的表面电阻不小于320000MΩ。

本发明板显示用高表面电阻镍铜锌铁氧体材料的制备方法，采用本领域常规的制备方 法即可，具体可包括如下步骤：

(1)配料：按照主成分的摩尔配比进行配料；

(2)一次球磨：将上述主成分装入球磨罐在球磨机中湿磨。球磨时间为30～40分钟， 旋转速度为400～600r/min；

(3)预烧：将球磨好的粉料放入电阻炉中进行预烧，预烧温度800～900℃，保温时 间为1～4h；

(4)二次球磨并掺入副成分：将预烧好的粉料以及称量好的副成分放入球磨罐中进 行湿磨，球磨时间为2～3h，旋转速度为400～600r/min；

(5)造粒：向二次球磨和掺入副成分后的粉料内加入一定的有机溶液并进行过筛处 理，将粉料制成圆形细小颗粒；

(6)成型：使用台式电动压片机将圆形细小颗粒压制成特定形状尺寸的坯件；

(7)烧结：将坯件放入电阻炉中进行烧结处理。烧结时，压坯放置在ZrO₂承烧板上， 烧结温度为T＝1120～1180℃。温度控制过程为：室温到900℃时，升温速率为每小时 100～120℃；900℃到T时，升温速率为每小时300～400℃；在T保温2～8h后降温，T到 900℃时降温速率为每小时180～300℃，900℃到600℃时降温速率为每小时100～120℃， 600℃到250℃时降温速率为每小时100～120℃，从250℃到室温的降温速率为每小时 60～100℃。

本发明的制备方法不仅成本较低、工艺简单，而且制备出的镍铜锌铁氧体材料表面电 阻不小于320000MΩ；且当同时加入副成分TiO₂、SnO₂、V₂O₅、ZrO₂、SiO₂、CaO和MnO₂时，所得镍铜锌铁氧体室温功率损耗低于250kw/m³、高温功率损耗低于180kw/m³、室 温饱和磁通密度大于400mT、居里温度不低于180℃。

具体实施方式

以下为本发明的具体实施方式，对本发明的技术特征做进一步的说明，但本发明不仅 限于这些实施例。

实施例1

(1)配料：分别称取纯度为99.5％的Fe₂O₃、纯度为99.8％的NiO、纯度为99.8％的 ZnO及纯度为99.7％的CuO，四者的摩尔比为49.00∶18.05∶28.10∶4.85；

(2)一次球磨：将粉料按照质量比为球∶料∶水＝2∶1∶1的比例装入球磨罐，然后在球磨 机中湿磨。球磨时间为35分钟，旋转速度为400r/min；

(3)预烧：将球磨好的粉料放入电阻炉中进行预烧，预烧温度900℃，保温时间为1 小时；

(4)二次球磨并掺入副成分：称取预烧好的粉料(质量按100％计)以及副成分：化学 纯的TiO₂(0.01wt％)、SnO₂(0.04wt％)、V₂O₅(0.01wt％)、ZrO₂(0.1wt％)、SiO₂(0.01wt％)、 CaO(0.04wt％)及MnO₂(0.1wt％)放入球磨罐中，副成份的质量百分比为相对于主成分的质 量含量，然后按照总质量比为球∶料∶水＝2∶1∶1的比例，分别加入小球，然后加入水，搅拌 均匀，并捣成糊状，放入球磨机中进行湿磨，球磨时间为3h，旋转速度为400r/min；

(5)造粒：将9％的聚乙烯醇水溶液(俗称胶水)按照胶水的质量与粉料的质量比为 1∶10进行混合，机械搅拌器搅拌均匀，然后过筛(70目筛)，将粉料制成圆形细小颗粒；

(6)成型：使用台式电动压片机，加载5×10⁷Pa的压力压制粉料，并保压30s，卸 载后，再用3×10⁷Pa的压力压制粉料，最终压制成Φ30mm×Φ25mm×6mm的圆柱型磁环 坯件；

(7)烧结：将坯件放入电阻炉中进行烧结处理。烧结时温度控制过程为：室温到900 ℃时升温速率为120℃/h；在1120℃保温8h后降温；1120℃到900℃时降温速率为180 ℃/h；900℃到600℃时降温速率为100℃/h；600℃到250℃时降温速率为100℃/h；从250 ℃到室温的降温速率为80℃/h，冷却后得到镍铜锌铁氧体材料。

实施例2

(1)配料：分别称取纯度为99.6％的Fe₂O₃、纯度为99.7％的NiO、纯度为99.8％的 ZnO及纯度为99.8％的CuO，四者的摩尔比为49.50∶17.75∶27.85∶4.90；

(2)一次球磨：将主成分按照质量比为球∶料∶水＝2∶1∶1的比例装入球磨罐，然后在球 磨机中湿磨。球磨时间为30分钟，旋转速度为500r/min；

(3)预烧：将球磨好的粉料放入电阻炉中进行预烧，预烧温度800℃，保温时间为 4h；

(4)二次球磨并掺入副成份：称取预烧好的粉料(按100％计)以及副成份：化学纯的 TiO₂(0.03wt％)、SnO₂(0.02wt％)、V₂O₅(0.04wt％)、ZrO₂(0.4wt％)、SiO₂(0.02wt％)、 CaO(0.02wt％)及MnO₂(0.35wt％)放入球磨罐中，副成份的质量百分比为相对于主成分的 质量含量，然后按照总质量比为球∶料∶水＝2∶1∶1的比例，分别加入小球，然后加入水，搅 拌均匀，并捣成糊状，放入球磨机中进行湿磨。球磨时间为2.5h，旋转速度为500r/min；

(5)造粒：将9％的聚乙烯醇水溶液(俗称胶水)按照胶水的质量与粉料的质量比为 1∶10进行混合，机械搅拌器搅拌均匀，然后过筛(70目筛)，将粉料制成圆形细小颗粒；

(6)成型：使用台式电动压片机，加载5×10⁷Pa的压力压制粉料，并保压30s，卸 载后，再用3×10⁷Pa的压力压制粉料，最终压制成Φ30mm×Φ25mm×6mm的圆柱型磁环 坯件；

(7)烧结：将坯件放入电阻炉中进行烧结处理。烧结时温度控制过程为：室温到900 ℃时升温速率为100℃/h；900℃到1140℃升温速率为350℃/h；在1140℃保温5h后降 温；1140℃到900℃时降温速率为250℃/h；900℃到600℃时降温速率为110℃/h；600 ℃到250℃时降温速率为110℃/h；从250℃到室温的降温速率为60℃/h，冷却后得到镍 铜锌铁氧体材料。

实施例3

(1)配料：分别称取纯度为99.3％的Fe₂O₃、纯度为99.6％的NiO、纯度为99.7％的 ZnO及纯度为99.8％的CuO，四者的摩尔比为50.00∶17.55∶27.50∶4.95；

(2)一次球磨：将粉料按照质量比为球∶料∶水＝2∶1∶1的比例装入球磨罐，然后在球磨 机中湿磨。球磨时间为40分钟，旋转速度为600r/min；

(3)预烧：将球磨好的粉料放入电阻炉中进行预烧，预烧温度850℃，保温时间为 3h；

(4)二次球磨并掺入副成份：称取预烧好的粉料(按100％计)以及副成份：化学纯的 TiO₂(0.02wt％)、SnO₂(0.01wt％)、V₂O₅(0.03wt％)、ZrO₂(0.5wt％)、SiO₂(0.03wt％)、 CaO(0.01wt％)及MnO₂(0.65wt％)放入球磨罐中，副成份的质量百分比为相对于主成分的 质量含量，然后按照总质量比为球∶料∶水＝2∶1∶1的比例，分别加入小球，然后加入水，搅 拌均匀，并捣成糊状，放入球磨机中进行湿磨。球磨时间为2h，旋转速度为600r/min；

(5)造粒：将9％的聚乙烯醇水溶液(俗称胶水)按照胶水的质量与粉料的质量比为 1∶10进行混合，机械搅拌器搅拌均匀，然后过筛(70目筛)，将粉料制成圆形细小颗粒；

(6)成型：使用台式电动压片机，加载5×10⁷Pa的压力压制粉料，并保压30s，卸 载后，再用3×10⁷Pa的压力压制粉料，最终压制成Φ25mm×Φ15mm×5mm的磁环坯件；

(7)烧结：将坯件放入电阻炉中进行烧结处理。烧结时温度控制过程为：室温到900 ℃时升温速率为110℃/h；900℃到1180℃升温速率为400℃/h；在1180℃保温2h后降 温；1180℃到900℃时降温速率为300℃/h；900℃到600℃时降温速率为120℃/h；600 ℃到250℃时降温速率为120℃/h；从250℃到室温的降温速率为100℃/h，冷却后得到镍 铜锌铁氧体材料。

各实施例性能分析结果列于表1，μi为起始磁导率，Pcv为功率损耗，Bs为饱和磁通 密度，Tc为居里温度。为了方便比较，将JSF公司的6H40(相当于TDK的PC44)作为对 比例，在同等条件下测得的数据一并给出于表1。从表1中可以看出，本发明的NiZn软 磁铁氧体材料具有极高的表面电阻，可用于如大屏幕液晶显示器面板用输出电压高于 2000V的逆变器等领域，在使器件小型化的同时又不必担心端子与磁心间的绝缘距离太小 而发生击穿的危险。

表1 本发明镍铜锌铁氧体及对比例的性能评价

上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技 术方案均落在本发明的保护范围。