DE112019001920T5

DE112019001920T5 - Texturierte planare hexagonale ferrite vom m-typ und verfahren zu deren verwendung

Info

Publication number: DE112019001920T5
Application number: DE112019001920.1T
Authority: DE
Inventors: Yajie Chen; Kevin Ring; Li Zhang; Michael S. White
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-12-24
Also published as: TW201943676A; GB2585601B; US20190318858A1; US11508503B2; WO2019199732A1; JP2021517882A; GB202014487D0; GB2585601A; JP7223020B2; KR20200142499A; CN112005324A

Abstract

Ein kornorientierter hexagonaler M-Typ-Ferrit der Formel MeFe12O19und ein Dotierungsmittel, das wirksam ist, um eine planare magnetische Anisotropie und Magnetisierung in einer c-Ebene oder eine Kegelanisotropie in der hexagonalen kristallographischen Struktur bereitzustellen, wobei Me Sr2+, Ba2+oder Pb2+ist und wobei mehr als 30 %, vorzugsweise mehr als 80 %, der c-Achsen der Ferritkörner senkrecht zur c-Ebene ausgerichtet sind.

Description

QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der am 12. April 2018 eingereichten US-Anmeldung 62/656.522 , die durch Verweis in ihrer Gesamtheit hier aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Diese Offenlegung bezieht sich auf kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrite, die eine hohe Permeabilität und einen geringen magnetischen Verlust über einen breiten Bereich von Betriebsfrequenzen aufweisen.
Spinell- und hexagonale Ferrite haben ein beträchtliches Potenzial für den Einsatz in einer Vielzahl von elektronischen Geräten mit geringer Bauhöhe, wie z.B. senkrechten magnetischen Aufzeichnungen, Antennen, Mikrowellenabsorbern und Unterdrückern elektromagnetischer Störungen. Mit dem wachsenden Markt der Mikrowellenkommunikation können die magnetischen und Mikrowelleneigenschaften von Ferritpresslingen oder -folien auf die Anforderungen verschiedener Anwendungen zugeschnitten werden.
Hohe Permeabilität und geringer magnetischer Verlust bei Mikrowellenfrequenzen werden Materialien für die Herstellung elektrisch kleiner Antennen für die elektronische Kommunikation liefern. Die einzigartige magnetodielektrische Natur von Ferritsubstraten ermöglicht die Miniaturisierung von Antennenelementen ohne den nachfolgenden Verlust an Bandbreite, der häufig bei Substraten mit hoher Dielektrizitätskonstante beobachtet wird. Magnetodielektrische Materialien haben daher ein großes Anwendungspotential für die Miniaturisierung von Antennen mit großer Bandbreite, die in persönlichen Mobiltelefonen, Basisstationen und dergleichen weit verbreitet sind. Zum Beispiel sind sowohl Mikrowellen-Antennen als auch -Induktivitäten wichtige Komponenten in der modernen Mikrowellenkommunikation.
Benötigt werden neuartige Ferrite mit magnetodielektrischen Eigenschaften, die u.a. für Mikrowellen-Kommunikationsanwendungen geeignet sind.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
In einem Aspekt hat ein kornorientierter hexagonaler M-Typ-Ferrit die Formel MeFe₁₂O₁₉, und einen Dotierstoff, der wirksam ist, um planare magnetische Anisotropie und Magnetisierung in einer c-Ebene oder eine leichte Kegelanisotropie in der hexagonalen kristallographischen Struktur bereitzustellen, wobei Me Sr²⁺, Ba²⁺ oder Pb²⁺ ist, und wobei mehr als 30 %, vorzugsweise mehr als 80 %, der c-Achsen der Ferritkörner senkrecht zur c-Ebene ausgerichtet sind.
In einem weiteren Aspekt sind Artikel enthalten, die den kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrit enthalten.
Ein Verfahren zur Herstellung eines dotierten, kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrits umfasst unter einem weiteren Aspekt die Herstellung einer Vielzahl von Ferritkörnern der Formel MeFe₁₂O₁₉ umfassend einen Dotierstoff, der wirksam ist, um planare magnetische Anisotropie und eine leichte Magnetisierung in einer c- Ebene oder eine Kegelanisotropie bereitzustellen, wobei Me Sr²⁺, Ba²⁺ oder Pb²⁺ ist; Ausrichten der Vielzahl von Ferritkörnern derart, daß mehr als 30 %, vorzugsweise mehr als 80 % der c-Achsen der Ferritkörner senkrecht zur c- Ebene ausgerichtet sind, um den dotierten, kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrit bereitzustellen; und gegebenenfalls Sintern des dotierten, kornorientierten hexagonalen Ferrits vom M-Typ bei einer Temperatur von mehr als 800°C, vorzugsweise 800-1350°C, um ein gesintertes Material mit einer Dichte von mindestens 85% einer theoretischen Dichte, vorzugsweise mehr als 90% einer theoretischen Dichte, bereitzustellen.
Die oben beschriebenen und andere Merkmale werden von den Fachleuten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Ansprüche geschätzt und verstanden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Beschrieben werden hier neuartige kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrite, die verwendet werden können, um magnetodielektrische Materialien mit hoher Permeabilität und geringem magnetischen Verlust über einen breiten Bereich von Betriebsfrequenzen, wie z.B. im VHF-Band von 30-1000 MHz und im UHF-Band bei 300-1000 MHz, bereitzustellen. Die hier offengelegten Materialien können relative Permeabilitäten von größer oder gleich etwa 80, 100 oder sogar 150 MHz und darüber aufweisen, die bisher bei hexagonalen Ferritmaterialien nicht beobachtet wurden.
In einem Aspekt hat ein kornorientierter hexagonaler M-Typ-Ferrit die Formel MeFe₁₂O₁₉ und einen Dotierstoff, der wirksam ist, um planare magnetische Anisotropie und leichte Magnetisierung in einer c- Ebene (d.h. leichte Basalebene) oder leichte Kegelanisotropie in der hexagonalen kristallographischen Struktur bereitzustellen, wobei Me Sr²⁺, Ba²⁺ oder Pb²⁺ ist, und wobei mehr als 30%, vorzugsweise mehr als 80%, der Ferritkörner entlang der c-Achse der Kristallstruktur senkrecht zur c-Ebene ausgerichtet sind. Kornorientierte hexagonale Ferrite werden auch als texturierte hexagonale Ferrite bezeichnet.
Hexagonale Ferrite haben eine kristalline Struktur, bei der die planare Achse als „a“-Achse (a1, a2, a3) bezeichnet wird. Die Ebene der c-Ebene wird auch als Basisebene bezeichnet. Die c-Achse ist die Achse außerhalb der c-Ebene. Ein geeigneter Dotierstoff oder eine Mischung von Dotierstoffen in einer reinen MFe₁₂O₁₉-Struktur kann leicht eine magnetische Anisotropie von der einachsigen c-Achse auf die c-Ebene oder die einfache Kegelebene einrichten. Infolgedessen kann leichte Magnetisierung von der c-Achse auf die c-Ebene oder den leichten Kegel modifiziert werden. Gleichzeitig wird die c-Achse zu einer harten Achse, während die c-Ebene oder Kegelebene leicht magnetisierbar ist. Die Erfinder haben hexagonale Ferrite des M-Typs mit unerwartet hoher Ausrichtung entlang der c-Achse der Kristallstruktur entwickelt, während die leichte Magnetisierung in der c-Ebene oder Kegelebene beibehalten wird. Bei den kornorientierten Ferriten sind mehr als 30%, vorzugsweise mehr als 80%, der Ferritkörner entlang der c-Achse der Kristallstruktur senkrecht zur c-Ebene ausgerichtet.
Der Dotierstoff sorgt für eine planare magnetische Anisotropie, d.h. eine leichte Magnetisierung in der c-Ebene, oder eine leichte Kegelanisotropie im Kristall. Die leichte Achse ist als Vorzugsachse für die Magnetisierungsrichtung definiert. Wie hier verwendet, ist eine leichte Kegelanisotropie eine Anisotropie, bei der der/die stabile(n) magnetische(n) Zuständ(e) unter einem Winkel um eine bestimmte Symmetrieachse stehen. Der Dotierstoff kann ein einzelner Dotierstoff oder eine Mischung von Dotierstoffen sein. In einem Aspekt umfasst der Dotierstoff Co, Ti, Zr, Sn, Ir, Sc, In, Zn, Mg, Cu, Ni, Bi, Al, Ga, La oder eine Kombination davon. Genauer gesagt besteht der Dotierstoff aus Co²⁺/Ti⁴⁺, Co²⁺/Zr⁴⁺, Co²⁺/Sn⁴⁺, Co²⁺/Ir⁴⁺, Bi²⁺/co²⁺/Ti⁴⁺ , Bi²+/Co²+/Zr⁴⁺, Bi²⁺/Co²⁺/Sn⁴⁺ oder einer Kombination davon.
Nach einem Aspekt ersetzt der Dotierstoff zumindest einen Teil des FEs in dem kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrit.
Spezifische kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrite der vorliegenden Offenlegung umfassen Ferrite mit der Formel: Bi_x-Ba₁-_x(CoTi)_y F2_12-2yO₁₉ (x=0-0.8, y=0.5-1.5), Ba (CoTi)_x Fe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Ba (CoZr)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), B_a(COSn)_x Fe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Ba(CoIr)_x Fe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Bi_xSr_1-x(CoTi)_y-Fe₁₂-_2yO₁₉ (x=0-0.8, y=0.5-1.5), Sr(CoTi)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Sr (CoZr)_x Fe₁₂-_2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Sr(CoSn)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), und Pb(CoTi)_xFe_12-2xO₁₉, (x=0.5-1.5). Zu den bevorzugten kornorientierten Ferriten vom M-Typ gehören Ferrite mit der Formel Bi _xBa _1-x(CoTi)_y Fe_12-2yO₁₉, (x=0-0.8, y=0.5-1.5), Ba (CoTi)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Ba (CoZr)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), und Ba(CoSn)_xFe_12-2xO₁₉, (x=0.5-1.5). Ein spezifischer kornorientierter hexagonaler Ferrit vom M-Typ hat die Formel (Bi_xSr_yBa_1-x-y) (CoTi)_z Fe_12-2z O₁₉,, wobei x 0,05-0,5 ist, y 0-1 ist und z 0,5-2,0 ist. In diesem speziellen Ferrit ersetzt Sr einen Teil des Ba.
Die kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite können eine oder mehrere von einer Reihe vorteilhafter Eigenschaften aufweisen. Die relative Permeabilität ist eine Eigenschaft, die die Leistung eines magnetischen Materials bei Hochfrequenzanwendungen angibt, und ist ein Maß für den Grad der Magnetisierung eines Materials, das linear auf ein angelegtes Magnetfeld relativ zu dem der freien Spezies reagiert. Die relative Permeabilität kann mit einem Impedanzanalysator über 1-1000 MHz oder einem vektoriellen Netzwerkanalysator (VNA) mit koaxialer Luftleitungshalterung (airline fixture) über 0,5-10 GHz gemessen werden. Die kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite können eine relative Permeabilität in der Ebene von mehr als 50, mehr als 80, mehr als 100 oder mehr als 150 über eine Betriebsfrequenz von 50 MHz-300 MHz aufweisen. Die kornorientierten hexagonalen M-Typen können vorzugsweise eine relative Permeabilität in der Ebene von mehr als 50, mehr als 80, mehr als 100 oder mehr als 150 bei einer Betriebsfrequenz von 100 MHz aufweisen.
Der magnetische Verlusttangens, der dielektrische Verlusttangens und die Dielektrizitätskonstante sind ebenfalls Maße für die magnetodielektrischen Eigenschaften eines Materials. Die kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite können einen magnetischen Verlusttangens von weniger als 0,5 oder sogar weniger als 0,2 bei 100 MHz haben, vorzugsweise weniger als 0,1 bei 100 MHz. Der magnetische Verlusttangens kann mit einem Impedanzanalysator oder einem VNA mit koaxialer Luftleitungshalterung gemessen werden.
Die kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite können einen dielektrischen Verlusttangens von weniger als 0,02 über 0-300 MHz haben, vorzugsweise weniger als 0,03 bei 30-300 MHz. Der dielektrische Verlusttangens kann mit einem Impedanzanalysator oder einem VNA mit koaxialer Luftleitungshalterung gemessen werden,
Die kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite können eine Dielektrizitätskonstante von 10-30 über 30-300 MHz oder 6-30 über 300-1000 MHz haben. Die Dielektrizitätskonstante kann mit einem Impedanzanalysator oder einem VNA mit einer koaxialen Luftleitungshalterung gemessen werden.
In einem Aspekt haben die kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite eine relative Permeabilität in der Ebene von mehr als 80 bei einer Betriebsfrequenz über 50-300 MHz; und einen magnetischen Verlusttangens von weniger als 0,2 bei 100 MHz, vorzugsweise weniger als 0,1 bei 100 MHz.
In anderer Hinsicht haben die kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite einen magnetischen Verlusttangens von weniger als 0,5, oder weniger als 0,2 über 30-300 MHz, vorzugsweise weniger als 0,1 über 30-300 MHz; und einen dielektrischen Verlusttangens von weniger als 0,05 über 30-300 MHz, vorzugsweise weniger als 0,02 über 30-300 MHz.
Ein weiterer Aspekt ist, dass die kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite jeweils eine Permeabilität in der Ebene von mehr als 50 bei einer Betriebsfrequenz von 50 MHz-300 MHz oder mehr als 50 bei einer Betriebsfrequenz von 100 MHz, einen magnetischen Verlusttangens von weniger als 0,5 bei 100 MHz, einen dielektrischen Verlusttangens von weniger als 0,02 bei 0-300 MHz und eine Dielektrizitätskonstante von 10-30 bei 30-300 MHz bzw. 6-30 bei 300-1000 MHz aufweisen.
Noch ein weiterer Aspekt ist, dass die kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite jeweils eine Permeabilität in der Ebene von mehr als 80 bei einer Betriebsfrequenz von 50 MHz-300 MHz bzw. mehr als 80 bei einer Betriebsfrequenz von 100 MHz, einen magnetischen Verlusttangens von weniger als 0,2 bei 100 MHz, einen dielektrischen Verlusttangens von weniger als 0,03 bei 30-300 MHz und eine Dielektrizitätskonstante von 10-30 bei 30-300 MHz bzw. 6-30 bei 300-1000 MHz aufweisen.
Ein weiterer Aspekt ist, dass der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit eine Permeabilität in der Ebene von mehr als 150 über eine Betriebsfrequenz von 50 MHz-300 MHz bzw. mehr als 150 bei einer Betriebsfrequenz von 100 MHz, einen magnetischen Verlusttangens von weniger als 0,1 bei 100 MHz, einen dielektrischen Verlusttangens von vorzugsweise weniger als 0,03 bei 30-300 MHz und eine Dielektrizitätskonstante von 6-30 über 300-1000 MHz aufweist.
Die Korngrößen der kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite in der c-Ebene (zusammen mit der a-Achse) können 0,5-2 Mikrometer (µm), 2-6 µm, 6-20 µm, 20-100 µm, 100-200 µm oder bis zu 300 µm betragen.
In einem Aspekt werden die kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite gesintert. Das Sintern kann bei einer Temperatur von mehr als 800°C, vorzugsweise 800-1350°C, durchgeführt werden. Die gesinterten kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite können eine Sinterdichte von mindestens 85% einer theoretischen Dichte, vorzugsweise von mindestens 90% einer theoretischen Dichte, aufweisen. Die theoretische Dichte wird durch Kristallstruktur und chemische Formulierung oder durch Röntgenbeugungsmessung berechnet.
Ebenfalls enthalten sind Artikel, die die hier beschriebenen kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrite enthalten. Beispielhafte Artikel umfassen einen Induktor, eine senkrechte magnetische Aufzeichnung, eine Antenne, einen Mikrowellenabsorber, einen Unterdrücker elektromagnetischer Interferenzen oder ein Abschirmmaterial, wie z.B. Abschirmmaterialien in drahtlosen Leistungsgeräten und Nahfeldkommunikation. Im Falle von Geräten der Unterhaltungselektronik wird von den dotierten, kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferriten erwartet, dass sie eine verbesserte Leistung in Gegenwart der Hand oder des Kopfes des Benutzers, bessere absorbierte Strahlungseigenschaften und Ähnliches bieten.
Hierin eingeschlossen ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines dotierten, kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrits, das die Herstellung einer Vielzahl von Ferritkörnern der Formel MeFe₁₂O₁₉ umfassend einen Dotierstoff, der wirksam ist, um eine planare magnetische Anisotropie und eine leichte Magnetisierung in der c- Ebene oder eine leichte Kegelanisotropie bereitzustellen, wobei Me Sr²⁺, Ba²⁺ oder Pb²⁺ ist; Ausrichten der Vielzahl von Ferritkörnern derart, daß mehr als 30 %, vorzugsweise mehr als 80 % der c-Achsen der Ferritkörner senkrecht zur c- Ebene ausgerichtet sind, um den dotierten, kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrit bereitzustellen; und gegebenenfalls Sintern des dotierten, kornorientierten hexagonalen Ferrits vom M-Typ bei einer Temperatur von mehr als 800°C, vorzugsweise 800-1350°C, um ein gesintertes Material mit einer Dichte von mindestens 85% einer theoretischen Dichte, vorzugsweise mehr als 90% einer theoretischen Dichte, bereitzustellen.
In einem Aspekt wird der Dotierstoff durch Substitution eines Teils des FEs durch CoTi, CoZr oder CoSn bereitgestellt.
Nach einem Aspekt umfasst die Herstellung von Einzelkörnern das Kalzinieren und Sintern von trockenen Pulvern, ein Sol-Gel-Verfahren, ein Verfahren mit geschmolzenem Salz, ein Co-Präzipitationsverfahren, ein hydrothermales Sol-Gel-Verfahren, ein hydrothermales Verfahren oder ein anderes chemisches Verfahren. Das Kalzinieren/Sintern von trockenen Pulvern ist ein konventioneller keramischer Prozess.
In einem Beispiel eines konventionellen Keramikprozesses wird BaFe₁₂O₁₉-Pulver durch Kugelmahlen von BaCo₃- und Fe₂O₃-Pulver hergestellt, gefolgt von einer Kalzinierung bei 900-1200°C. Das Pulver wird z.B. mit Bi₂O₃ dotiert, gefolgt von zusätzlichem Kugelmahlen, um den Dotierstoff einzuarbeiten.
In einem beispielhaften Sol-Gel-Verfahren wird Ba(oder Sr)Fe₁₂O₁₉ durch Auflösen von Ba(oder Sr) (NO₃)₂ und Fe(NO₃)₃-9H₂O in einem Lösungsmittel wie Ethylenglykol, gefolgt von einer Dehydratisierung zur Herstellung eines Gels und einer Kalzinierung zur Bereitstellung des BaFe₁₂O₁₉- oder SrFe₁₂O₁₉-Pulvers hergestellt.
In einem beispielhaften Salzschmelzprozess wird ein geschmolzenes Salz wie ein Chlorid- oder ein Sulfatsalz verwendet. Eine Mischung aus Reaktanten und Salz wird über die Schmelztemperatur des Salzes erhitzt, und es bilden sich Produktpartikel. Nach dem Abkühlen der reagierten Masse wird das Salz mit einem Lösungsmittel für das Salz, in der Regel Wasser, entfernt.
In einem beispielhaften Kopräzipitationsverfahren wird ein BaFe₁₂O₁₉-Pulver durch Mischen von Eisennitrat- und Bariumacetatpulver in einem ausgewählten Fe³⁺/Ba²⁺-Molverhältnis und Kopräzipitation mit NaOH bei Raumtemperatur hergestellt. Die gemeinsam ausgefällten Produkte werden dann kalziniert, um den hexagonalen Ferrit zu erhalten.
In einem beispielhaften hydrothermalen Prozess wird eine wässrige Suspension, die Bariumhydroxid und FeOOH enthält, z.B. in einem Autoklaven langsam auf eine Temperatur von 250°C-325°C erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt, um den hexagonalen Ferrit zu erhalten.
Jedes der hexagonalen Ferritpulver, die mit den vorgenannten Methoden hergestellt werden, kann durch Zugabe eines Dotierstoffs wie z.B. Bi₂O₃ dotiert werden, gefolgt von einer Kugelmahlung, um den Dotierstoff einzuarbeiten. Alternativ kann der Dotierstoff während der Synthese des hexagonalen Ferrits hinzugefügt werden.
In einem Aspekt umfasst das Ausrichten der Vielzahl von Körnern das Anlegen eines rotierenden Magnetfeldes in der Ebene an die Körner, während vertikaler mechanischer Druck auf die Körner ausgeübt wird, das Ausüben einer mechanischen Scherkraft auf die Körner mit oder ohne Anlegen eines Magnetfeldes oder eine Kombination davon. Das Anlegen eines rotierenden Magnetfeldes, während ein mechanischer Druck auf die Körner ausgeübt wird, sorgt für eine Verdichtung des Ferritpulvers während der Ausrichtung. In einem bestimmten Aspekt umfasst das Ausrichten der Vielzahl von Körnern das Anlegen eines rotierenden Magnetfeldes in der Ebene mit einem Magnetfeld mit einer Stärke von mehr als 2000 Oersted (Oe), vorzugsweise mehr als 8000 Oe.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines dotierten, kornorientierten hexagonalen Ferrits vom M-Typ während des Ausrichtens der Vielzahl von Ferritkörnern schließt das Verfahren wahlweise die Formgebung des kornorientierten hexagonalen Ferrits vom M-Typ ein. Das heißt, dass die Magnetfeldausrichtung und das mechanische Pressen gleichzeitig angewendet werden können, um einen Pulverpressling zu erhalten, der typischerweise als Grünkörper bezeichnet wird. Auf die Formung des Grünkörpers kann eine Sinterung folgen, z.B. bei einer Temperatur von 900-1300°C für 2-10 Stunden. Vor dem Sintern kann der Grünling auf ein bestimmtes Maß zugeschnitten werden. Der Grünling kann in einer Form gesintert werden, um die Form eines Bauteils zu erhalten, das aus dem kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrit besteht.
Die Erfindung wird durch die folgenden Aspekte näher erläutert.
Aspekt 1: Ein kornorientierter hexagonaler Ferrit vom M-Typ mit der Formel MeFe₁₂O₁₉, und einen Dotierstoff, der wirksam ist, um eine planare magnetische Anisotropie in der c-Ebene oder eine Kegelanisotropie in der hexagonalen kristallographischen Struktur bereitzustellen, wobei Me Sr²⁺, Ba²⁺ oder Pb²⁺ ist, und
wobei mehr als 30 %, vorzugsweise mehr als 80 %, der Ferritkörner entlang der c-Achse der Kristallstruktur, senkrecht zur c-Ebene, ausgerichtet sind.
Aspekt 2: Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit von Aspekt 1, wobei der Dotierstoff Co, Ti, Zr, Sn, Sc, In, Zn, Mg, Cu, Ni, Bi, Al, Ga, La oder eine Kombination davon umfaßt.
Aspekt 3: Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit von Aspekt 1, wobei der Dotierstoff Co²⁺/Ti⁴⁺, Co²⁺/Zr⁴⁺, Co²⁺/Sn⁴⁺, Co²⁺/Ir⁴⁺, Bi²⁺/CO²⁺/Ti⁴⁺, Bi²+/Co²+/Zr⁴⁺, Bi²⁺/Co²⁺/Sn⁴⁺ oder eine Kombination davon umfaßt.
Aspekt 4: Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit von Aspekt 1 mit der Formel Bi_x-Ba_1-x(CoTi)_y Fe_12-2yO₁₉ (x=0-0.8, y=0.5-1.5), Ba (CoTi)_x Fe₁₂-_2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Ba (CoZr)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Ba(COSn)_x Fe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Ba(CoIr)_x Fe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Bi_x Sr_1-x(CoTi)_y-Fe_12-2yO₁₉ (x=0-0.8, y=0.5-1.5), Sr(CoTi)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Sr (CoZr)_x Fe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Sr(CoSn)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), oder Pb(CoTi)_xFe_12-2xO₁₉(x=0,5-1,5).
Aspekt 5: Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit von Aspekt 1 mit der Formel Bi _xBa _1-x(CoTi)_y Fe_12-2yO₁₉, (x=0-0.8, y=0.5-1.5), Ba (CoTi)_xFe₁₂-_2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Ba (CoZr)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), und Ba(CoSn)_xFe_12-2xO₁₉, (x=0.5-1.5).
Aspekt 6: Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit von Aspekt 1, wobei Me Ba²⁺ ist, wobei Sr teilweise durch Ba ersetzt ist, und der die Formel (Bi_xSr_yBa_1-x-y) (CoTi)_z Fe_12-2z O₁₉ (x=0-0.8, y=0-1, z=0.5-2.0) hat.
Aspekt 7: Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit von einem oder mehreren der Aspekte 1-6, wobei der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist
eine Durchlässigkeit in der Ebene von
größer als 50, größer als 80, größer als 100 oder größer als 150 über eine Betriebsfrequenz von 50 MHz-300 MHz,
vorzugsweise größer als 50, größer als 80, größer als 100 oder größer als 150 bei einer Betriebsfrequenz von 100 MHz;
einen magnetischen Verlusttangens von
weniger als 0,5, oder 0,2 bei 100 MHz,
vorzugsweise weniger als 0,1 bei 100 MHz;
eine dielektrische Verlusttangente von
weniger als 0,02 über 0-300 MHz,
vorzugsweise weniger als 0,03 bei 30-300 MHz; oder
eine Dielektrizitätskonstante, die
10-30 über 30-300 MHz, oder
6-30 über 300-1000 MHz.
Aspekt 8: Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit von Aspekt 7, wobei der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit
einen magnetischen Verlusttangens von weniger als 0,2 über 30-300 MHz, vorzugsweise weniger als 0,1 über 30-300 MHz; und
eine dielektrische Verlusttangente von weniger als 0,05 über 30-300 MHz, vorzugsweise weniger als 0,02 über 30-300 MHz, hat.
Aspekt 9: Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit von Aspekt 7, wobei der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit
eine Permeabilität in der Ebene von mehr als 80 bei einer Betriebsfrequenz über 50-300 MHz; und
einen magnetischen Verlusttangens von weniger als 0,2 bei 100 MHz, vorzugsweise weniger als 0,1 bei 100 MHz, hat.
Aspekt 10: Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit von einem oder mehreren der Aspekte 1-9, wobei der hexagonale Ferrit eine gesinterte Dichte von mindestens 85% einer theoretischen Dichte, vorzugsweise mindestens 90% einer theoretischen Dichte, aufweist.
Aspekt 11: Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit von einem oder mehreren der Aspekte 1-10, wobei die Korngröße in der c-Ebene 0,5-2 µm, 2-6 µm, 6-20 µm, 20-100 µm, 100-200 µm oder bis zu 300 µm beträgt.
Aspekt 12: Ein Artikel, der den kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrit von einem oder mehreren der Aspekte 1-11 umfasst.
Aspekt 13: Der Gegenstand von Aspekt 12, wobei der Gegenstand ein Induktor, eine senkrechte magnetische Aufzeichnung, eine Antenne, ein Mikrowellenabsorber, ein Unterdrücker elektromagnetischer Störungen oder ein Abschirmmaterial ist.
Aspekt 14: Ein drahtloses Leistungsgerät oder Nahfeldkommunikationsgerät mit dem Abschirmmaterial von Aspekt 13.
Aspekt 15: Ein Verfahren zur Herstellung eines dotierten, kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrits mit einem oder mehreren der Aspekte 1-11, wobei das Verfahren umfaßt
Herstellung einer Vielzahl von Ferritkörnern der Formel MeFe₁₂O₁₉ umfassend einen Dotierstoff, der wirksam ist, um eine planare magnetische Anisotropie in der c- Ebene und eine leichte Magnetisierung in der c- Ebene oder eine leichte Kegelanisotropie bereitzustellen, wobei Me Sr²⁺, Ba²⁺ oder Pb²⁺ ist;
Ausrichten der Mehrzahl von Ferritkörnern, so dass mehr als 30 %, vorzugsweise mehr als 80 % der Ferritkörner entlang der c-Achse der Kristallstruktur senkrecht zur c-Ebene ausgerichtet sind, um den dotierten, kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrit zu erhalten; und
gegebenenfalls Sintern des dotierten, kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrits bei einer Temperatur von mehr als 800°C, vorzugsweise 800-1350°C, um ein gesintertes Material mit einer Dichte von mindestens 85% einer theoretischen Dichte, vorzugsweise mehr als 90% einer theoretischen Dichte, bereitzustellen.
Aspekt 16: Die Methode von Aspekt 15, bei der der Dotierstoff durch Substitution eines Teils des Fes durch CoTi, CoZr oder CoSn bereitgestellt wird.
Aspekt 17: Das Verfahren eines oder mehrerer der Aspekte 15 und 16, wobei die Herstellung von Einzelkörnern das Kalzinieren und Sintern von trockenen Pulvern, ein Sol-Gel-Verfahren, ein Verfahren mit geschmolzenem Salz, ein Co-Präzipitationsverfahren, ein hydrothermales Verfahren oder ein chemisches Syntheseverfahren umfasst.
Aspekt 18: Das Verfahren zu einem oder mehreren der Aspekte 15-17, wobei das Ausrichten der Vielzahl von Körnern das Anlegen eines rotierenden Magnetfeldes in der Ebene an die Körner umfasst, während vertikaler mechanischer Druck auf die Körner ausgeübt wird, das Ausüben einer mechanischen Scherkraft auf die Körner mit oder ohne Anlegen eines rotierenden Magnetfeldes oder eine Kombination davon.
Aspekt 19: Das Verfahren von Aspekt 18, wobei das Ausrichten der Vielzahl von Körnern das Anlegen eines rotierenden, in der Ebene liegenden Magnetfeldes mit einem Magnetfeld mit einer Stärke von mehr als 2000 Oe, vorzugsweise mehr als 8000 Oe, umfasst.
Aspekt 20: Das Verfahren eines oder mehrerer der Aspekte 15-19, das während des Ausrichtens der Vielzahl von Ferritkörnern die Formgebung des kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrits umfasst.
Aspekt 21: Die Methode von einem oder mehreren der Aspekte 15-20, die vor dem Sintern das Schneiden des kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrits auf eine bestimmte Abmessung umfasst.
Im Allgemeinen können die Zusammensetzungen, Methoden und Artikel alternativ alle hierin angegebenen Bestandteile, Schritte oder Komponenten enthalten, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen. Die Zusammensetzungen, Verfahren und Artikel können zusätzlich oder alternativ so formuliert, durchgeführt oder hergestellt werden, dass sie frei oder im Wesentlichen frei von jeglichen Bestandteilen, Schritten oder Komponenten sind, die zur Erreichung der Funktion oder der Ziele der Ansprüche nicht notwendig sind.
Die Verwendung der Begriffe „ein“ und „eines“ und „der/die“ und ähnlicher Referenzpunkte (insbesondere im Zusammenhang mit den folgenden Ansprüchen) ist so auszulegen, dass sie sowohl den Singular als auch den Plural abdecken, sofern hierin nicht anders angegeben oder durch den Kontext klar widersprochen wird. Der Begriff „oder“ bedeutet „und/oder“, sofern hierin nicht anders angegeben oder durch den Kontext klar widersprochen wird. Die Begriffe „umfassen“, „haben“, „einschließen“ und „enthalten“ sind als unbefristete Begriffe auszulegen (d.h. sie bedeuten „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“), sofern nicht anders angegeben. Eine „Kombination davon“ ist ein offener Begriff, der mindestens eines der genannten Elemente enthält, wahlweise zusammen mit einem oder mehreren gleichartigen, nicht genannten Elementen.
Die Angabe von Wertebereichen dient lediglich als Kurzform für die individuelle Bezugnahme auf jeden einzelnen Wert, der in den Bereich fällt, sofern hier nicht anders angegeben, und jeder einzelne Wert wird in die Spezifikation aufgenommen, so als ob er hier individuell angegeben wäre. Die Endpunkte aller Bereiche sind innerhalb des Bereichs enthalten und unabhängig voneinander kombinierbar. Alle hierin beschriebenen Methoden können in einer geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, es sei denn, es ist hierin anders angegeben oder der Kontext widerspricht eindeutig. Die Verwendung beliebiger Beispiele oder beispielhafter Formulierungen (z.B. „wie“) dient lediglich der besseren Veranschaulichung der Erfindung und stellt keine Einschränkung des Erfindungsumfangs dar, sofern nichts anderes behauptet wird. Keine Sprache in der Spezifikation sollte so ausgelegt werden, dass sie ein nicht beanspruchtes Element als wesentlich für die Praxis der Erfindung, wie sie hier verwendet wird, bezeichnet.
Während die Erfindung mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, wird den Fachleuten auf diesem Gebiet klar sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Anwendungsbereich der Erfindung zu verlassen. Darüber hinaus können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne vom wesentlichen Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt wird, die als der beste für die Ausführung dieser Erfindung in Betracht gezogene Modus offenbart wurde, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Jede Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon ist von der Erfindung umfasst, sofern hierin nicht anders angegeben oder anderweitig durch den Kontext eindeutig widersprochen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/656522 [0001]

Claims

Ein kornorientierter hexagonaler Ferrit vom M-Typ mit der Formel MeFe₁₂O₁₉, und einen Dotierstoff, der wirksam ist, um eine planare magnetische Anisotropie und Magnetisierung in einer c-Ebene oder eine Kegelanisotropie in der hexagonalen kristallographischen Struktur bereitzustellen, wobei Me Sr²⁺, Ba²⁺ oder Pb²⁺ ist, und wobei mehr als 30 % der Ferritkörner entlang der c-Achse der Kristallstruktur, senkrecht zur c-Ebene, ausgerichtet sind.
Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit nach Anspruch 1, wobei der Dotierstoff Co, Ti, Zr, Sn, Ir, Sc, In, Zn, Mg, Cu, Ni, Bi, Al, Ga, La oder eine Kombination davon umfasst.
Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit nach Anspruch 1, wobei der Dotierstoff Co²⁺/Ti⁴⁺, Co²⁺/Zr⁴⁺, Co²⁺/Sn⁴⁺, Co²⁺/Ir^4+, Bi^2+/Co^2+/Ti^4+, Bi²+/Co²+/Zr⁴⁺, Bi²⁺/Co²⁺/Sn⁴⁺ oder eine Kombination davon umfasst.
Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit nach Anspruch 1 mit der Formel Bi_x-Ba_1-x(CoTi)_y Fe_12-2yO₁₉ (x=0-0.8, y=0.5-1.5), Ba (CoTi)_x Fe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Ba (CoZr)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Ba(COSn)_x Fe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Ba(CoIr)_x Fe_12-2xO₁₉, (x=0.5-1.5), Bi_xSr_1-x(CoTi)_y-Fe_12-2yO₁₉ (x=0-0.8, y=0.5-1.5), Sr(CoTi)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Sr (CoZr)_x Fe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Sr(CoSn)_xFe₁₂-_2xO₁₉ (x=0.5-1.5), oder Pb(CoTi)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5).
Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit nach Anspruch 1 mit der Formel Bi_xBa _1-x (CoTi)_y F2_12-2yO₁₉ (x=0-0.8, y=0.5-1.5), Ba (CoTi)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), Ba (CoZr)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5), oder Ba(CoSn)_xFe_12-2xO₁₉ (x=0.5-1.5).
Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit nach Anspruch 1, worin Me Ba²⁺ ist, wobei Ba teilweise durch Sr ersetzt ist, und mit der Formel (Bi_xSr_yBa₁-_x-y) (CoTi)_z Fe_12-2zO₁₉ (x=0-0.8, y=0-1, z=0.5-2.0).
Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit nach Anspruch 1, wobei der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist eine Permeabilität in der Ebene von mehr als 50 über eine Betriebsfrequenz von 50 MHz-300 MHz; einen magnetischen Verlusttangens von weniger als 0,5 bei 100 MHz; einem dielektrischen Verlusttangens von weniger als 0,02 über 0-300 MHz oder eine Dielektrizitätskonstante, die 10-30 über 30-300 MHz beträgt.
Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit nach Anspruch 7, wobei der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit einen magnetischen Verlusttangens von weniger als 0,2 über 30-300 MHz; und eine dielektrische Verlusttangente von weniger als 0,05 über 30-300 MHz hat.
Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit nach Anspruch 7, wobei der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit eine Permeabilität in der Ebene von mehr als 80 bei einer Betriebsfrequenz über 50-300 MHz; und einen magnetischen Verlusttangens von weniger als 0,2 bei 100 MHz hat.
Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit nach Anspruch 1, wobei der hexagonale Ferrit eine gesinterte Dichte von mindestens 85% einer theoretischen Dichte aufweist.
Der kornorientierte hexagonale M-Typ-Ferrit nach Anspruch 1, wobei die Korngröße in der c-Ebene bis zu 300 beträgt µm.
Ein Gegenstand, der den kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrit nach Anspruch 1 umfasst.
Der Gegenstand nach Anspruch 12, wobei der Gegenstand ein Induktor, eine senkrechte magnetische Aufzeichnung, eine Antenne, ein Mikrowellenabsorber, ein Unterdrücker elektromagnetischer Störungen oder ein Abschirmmaterial ist.
Eine drahtlose Energievorrichtung oder Nahfeldkommunikationsvorrichtung, die das Abschirmmaterial nach Anspruch 13 umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines dotierten, kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrits nach Anspruch 1, wobei das Verfahren umfasst Herstellung einer Vielzahl von Ferritkörnern der Formel MeFe₁₂O₁₉ umfassend einen Dotierstoff, der wirksam ist, um eine planare magnetische Anisotropie und Magnetisierung in der c-Ebene oder eine Kegelanisotropie bereitzustellen, wobei Me Sr²⁺, Ba²⁺ oder Pb²⁺ ist; Ausrichten der Mehrzahl von Ferritkörnern, so dass mehr als 30% der Ferritkörner entlang der c-Achse der Kristallstruktur senkrecht zur c-Ebene ausgerichtet sind, um den dotierten, kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrit zu erhalten; und gegebenenfalls Sintern des dotierten, kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrits bei einer Temperatur von mehr als 800°C, um ein gesintertes Material mit einer Dichte von mindestens 85% einer theoretischen Dichte zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Dotierstoff durch Ersetzen eines Teils des FEs durch CoTi, CoZr oder CoSn bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Herstellung von Einzelkörnern das Kalzinieren und Sintern von trockenen Pulvern, ein Sol-Gel-Verfahren, ein Verfahren mit geschmolzenem Salz, ein Kopräzipitationsverfahren, ein hydrothermales Verfahren, ein hydrothermales Sol-Gel-Verfahren oder ein anderes chemisches Syntheseverfahren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ausrichten der Vielzahl von Körnern das Anlegen eines rotierenden Magnetfeldes in der Ebene an die Körner, während vertikaler mechanischer Druck auf die Körner ausgeübt wird, das Ausüben einer mechanischen Scherkraft auf die Körner mit oder ohne Anlegen eines angelegten Magnetfeldes oder eine Kombination davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Ausrichten der Vielzahl von Körnern das Anlegen eines in der Ebene rotierenden Magnetfeldes mit einem Magnetfeld mit einer Stärke von mehr als 2000 Oe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, umfassend während des Ausrichtens der Vielzahl von Ferritkörnern das Formen des kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrits.
Verfahren nach Anspruch 15, umfassend vor dem Sintern das Schneiden des kornorientierten hexagonalen M-Typ-Ferrits auf eine bestimmte Abmessung.