JP2005047783A - Hexagonal system z-type ferrite and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波用磁性材料に係るもので、特に数MHzから数GHzまでの高周波帯域においてチョークコイルやノイズ除去素子などの電子部品や電波吸収体に使用される六方晶系Z型フェライトに関する。 The present invention relates to a magnetic material for high frequency, and particularly relates to a hexagonal Z-type ferrite used for electronic components such as choke coils and noise removing elements and radio wave absorbers in a high frequency band from several MHz to several GHz.
近年、携帯電話や無線LAN、パソコンなどの高周波化に伴い装置内部で使用される素子もまた高周波化が要求されている。このような要求に対し、従来用いられてきたスピネル系フェライトでは高周波帯域においてスネークの限界と呼ばれる周波数限界が存在するため使用することができない。そこで磁化容易面を持ち六方晶系の結晶構造を有する六方晶フェライトがかかる周波数限界を超える高周波用材料として検討されている。六方晶系フェライトの中でも特にCoを含有したZ型が比較的高い透磁率を有し優れた高周波特性を示すことが知られている。六方晶フェライトをコイル部品等の電子部品に使用する場合、高い透磁率と良好な周波数特性の他に絶縁性確保等の観点から高い体積抵抗率が同時に要求される。 In recent years, with the increase in the frequency of mobile phones, wireless LANs, personal computers, etc., the elements used inside the apparatus are also required to have a higher frequency. In response to such a requirement, conventionally used spinel ferrite cannot be used because there is a frequency limit called a snake limit in a high frequency band. Therefore, hexagonal ferrite having an easy magnetization surface and a hexagonal crystal structure has been studied as a high frequency material exceeding the frequency limit. Among hexagonal ferrites, it is known that the Z-type containing Co, in particular, has a relatively high magnetic permeability and exhibits excellent high-frequency characteristics. When hexagonal ferrite is used for electronic parts such as coil parts, high volume resistivity is required at the same time from the viewpoint of ensuring insulation as well as high magnetic permeability and good frequency characteristics.
上述の要求に対し、高透磁率、高周波化の検討として特許文献1ではCaO、SiO2を粒界に析出させ高抵抗のガラス層を形成し、渦電流損失を抑制することで高周波での透磁率を向上させることが開示されている。また、特許文献2では鉄を2価と4価の金属イオンで置換することにより低周波での透磁率が向上することが述べられている。また特許文献3ではCoをCuで、BaをSrとPbで置換することにより、銀の融点より低い温度で焼成可能で高周波領域で透磁率が向上するという旨の記載がある。
In order to meet the above-mentioned requirements, in Patent Document 1, as a study of high magnetic permeability and high frequency, CaO and SiO 2 are precipitated at grain boundaries to form a high-resistance glass layer, and eddy current loss is suppressed to suppress high-frequency permeability. It is disclosed to improve the magnetic susceptibility.
また上記要求の中でも高抵抗化の検討として特許文献4では仮焼き後Mn3O4とBi2O3又はCuOを同時添加することにより透磁率を保ちながら高密度、高抵抗化することが開示されており、特許文献5では焼結工程の降温過程に、降温速度が0℃/min以上1℃/min未満である低速降温域を設けることで比抵抗の高いフェライトを得ることができると述べられている。また特許文献6では炭酸Baまたは炭酸Srもしくは両方を1〜10wt%またSiO2を0.5〜5wt%を配合することにより高抵抗化する旨の内容が記載されている。 In addition, among the above requirements, Patent Document 4 discloses that high resistance and high resistance can be achieved while maintaining magnetic permeability by simultaneously adding Mn 3 O 4 and Bi 2 O 3 or CuO after calcination as a study of increasing resistance. In Patent Document 5, it is stated that a ferrite with high specific resistance can be obtained by providing a low-temperature temperature decrease region in which the temperature decrease rate is 0 ° C./min or more and less than 1 ° C./min in the temperature decrease process of the sintering process. It has been. Patent Document 6 describes the content of increasing the resistance by blending 1 to 10 wt% of Ba carbonate or Sr carbonate or both and 0.5 to 5 wt% of SiO2.
上述したような六方晶系フェライトの特性を改善する手法はさまざまであるが他の結晶構造の組成物を混合した例としては特許文献7や特許文献8がある。特許文献7ではNi−Zn−Co系フェライトにプレーナー型フェライトを添加して高周波特性の向上を図っており、また特許文献8ではLi−Ni−MgフェライトにBaOを六方晶フェライトの形で含有させて初透磁率の温度係数を小さくしている。この様な形態ではスピネル型のフェライトを主たる組成物として、その中に六方晶フェライトを含ませている。
しかしながら、特許文献1〜6までの改善手法を用いても六方晶Z型フェライトが本来持ちえる良好な周波数特性と高い体積抵抗率とを両立させることは難しい。
また特許文献7,8では2種の結晶体の混合体が好ましい特性を発揮するためには結果として得られる焼結体スピネルフェライトの中に六方晶フェライトの微結晶が散在することが必須となっている。即ちこれら2種の結晶系は互いに固溶せずに、各々が単独の相として存在することが必須であるとしている。しかしこの様に他の結晶系が単独の相として存在すると六方晶Z型フェライトは所望の高周波特性を得ることは難しくなる。
すなわちこれら従来の改善手法を用いても六方晶フェライトでは所望の高周波特性と高い体積抵抗率を同時に満たすことはできなかった。よって本発明はこの点を解決することを目的とする。
However, it is difficult to achieve both good frequency characteristics that can be originally possessed by hexagonal Z-type ferrite and high volume resistivity even if the improvement methods of Patent Documents 1 to 6 are used.
Further, in Patent Documents 7 and 8, in order for a mixture of two kinds of crystals to exhibit desirable characteristics, it is essential that microcrystals of hexagonal ferrite are scattered in the resulting sintered spinel ferrite. ing. That is, it is essential that these two types of crystal systems do not dissolve in each other but each exist as a single phase. However, when another crystal system exists as a single phase in this way, it becomes difficult for the hexagonal Z-type ferrite to obtain desired high frequency characteristics.
In other words, even with these conventional improvement methods, the hexagonal ferrite cannot simultaneously satisfy the desired high frequency characteristics and high volume resistivity. Therefore, an object of the present invention is to solve this point.
課題を解決するために第1の発明では、酸化鉄(Fe2O3)、酸化バリウム(BaO)および酸化コバルト(CoO)を主成分とする六方晶系Z型フェライトであって、中でも焼結体中に含まれるFe2+の生成率を0.2%以下とすることにより高い体積抵抗率を実現する。 In order to solve the problem, the first invention is a hexagonal Z-type ferrite mainly composed of iron oxide (Fe 2 O 3 ), barium oxide (BaO), and cobalt oxide (CoO), and in particular, sintered. A high volume resistivity is realized by setting the production rate of Fe 2+ contained in the body to 0.2% or less.
また第2の発明は、酸化鉄(Fe2O3)、酸化バリウム(BaO)および酸化コバルト(CoO)を主成分とする六方晶系Z型フェライトであって、焼結体中のW相の生成比が5%以下かつBaFe2O4相の生成比が2%以下であり、かつ体積抵抗率が3×103Ω・m以上であることを特徴とする六方晶系Z型フェライトである。 The second invention is a hexagonal Z-type ferrite containing iron oxide (Fe 2 O 3 ), barium oxide (BaO) and cobalt oxide (CoO) as main components, wherein the W phase in the sintered body is A hexagonal Z-type ferrite having a generation ratio of 5% or less, a BaFe 2 O 4 phase generation ratio of 2% or less, and a volume resistivity of 3 × 10 3 Ω · m or more. .
さらに第3の発明は、酸化鉄(Fe2O3)、酸化バリウム(BaO)および酸化コバルト(CoO)を主成分とする六方晶系Z型フェライトの粉砕粉とMn−Zn系フェライトあるいはNi-Zn系フェライトあるいはガーネット系フェライトのうち少なくとも一種の粉砕粉とを混合したことを特徴とする六方晶系Z型フェライトの製造方法であり、かかる方法により体積抵抗率を3×103Ω・m以上であることを特徴とする六方晶系Z型フェライトを得ることができる。 Further, the third invention relates to a pulverized hexagonal Z-type ferrite composed mainly of iron oxide (Fe 2 O 3 ), barium oxide (BaO), and cobalt oxide (CoO), and Mn—Zn ferrite or Ni— A method for producing a hexagonal Z-type ferrite characterized by mixing at least one pulverized powder of Zn-based ferrite or garnet-based ferrite, and the volume resistivity is 3 × 10 3 Ω · m or more by such a method. Thus, a hexagonal Z-type ferrite can be obtained.
さらに第4の発明は、酸化鉄(Fe2O3)、酸化バリウム(BaO)および酸化コバルト(CoO)を主成分とする六方晶系Z型フェライトの粉砕粉とMn−Zn系フェライトあるいはNi-Zn系フェライトあるいはガーネット系フェライトのうち少なくとも一種の造粒粉とを混合したことを特徴とする六方晶系Z型フェライトの製造方法であり、かかる方法により体積抵抗率を3×103Ω・m以上であることを特徴とする六方晶系Z型フェライトを得ることができる。 Furthermore, the fourth invention relates to a pulverized hexagonal Z-type ferrite composed mainly of iron oxide (Fe 2 O 3 ), barium oxide (BaO) and cobalt oxide (CoO), and Mn—Zn ferrite or Ni—. A method for producing a hexagonal Z-type ferrite comprising mixing at least one kind of granulated powder of Zn-based ferrite or garnet-based ferrite, and the volume resistivity is reduced to 3 × 10 3 Ω · m by such a method. A hexagonal Z-type ferrite characterized by the above can be obtained.
さらに第5の発明は、酸化鉄(Fe2O3)、酸化バリウム(BaO)および酸化コバルト(CoO)を主成分とする六方晶系Z型フェライトの造粒粉とMn−Zn系フェライトあるいはNi-Zn系フェライトあるいはガーネット系フェライトのうち少なくとも一種の造粒粉とを混合したことを特徴とする六方晶系Z型フェライトの製造方法であり、かかる方法により体積抵抗率を3×103Ω・m以上であることを特徴とする六方晶系Z型フェライトを得ることができる。 Further, the fifth invention relates to a granulated powder of hexagonal Z-type ferrite mainly composed of iron oxide (Fe 2 O 3 ), barium oxide (BaO) and cobalt oxide (CoO), and Mn—Zn ferrite or Ni. -Zn-based ferrite or garnet-based ferrite is mixed with at least one type of granulated powder, which is a method for producing hexagonal Z-type ferrite, and the volume resistivity is reduced to 3 × 10 3 Ω · A hexagonal Z-type ferrite characterized by being m or more can be obtained.
さらに第6の発明は、第3の発明、第4の発明又は第5の発明において、酸化鉄(Fe2O3)、酸化バリウム(BaO)および酸化コバルト(CoO)を主成分とする六方晶系Z型フェライトの粉砕粉あるいは造粒粉とMn−Zn系フェライトあるいはNi-Zn系フェライトあるいはガーネット系フェライトのうち少なくとも一種の粉砕粉あるいは造粒粉とを乾式の混合手段を用いて混合したことを特徴とする六方晶系Z型フェライトの製造方法である。 Further, a sixth invention is a hexagonal crystal comprising iron oxide (Fe 2 O 3 ), barium oxide (BaO) and cobalt oxide (CoO) as main components in the third invention, the fourth invention or the fifth invention. Z type ferrite pulverized powder or granulated powder and at least one pulverized powder or granulated powder of Mn-Zn type ferrite, Ni-Zn type ferrite or garnet type ferrite were mixed using a dry mixing means. This is a method for producing a hexagonal Z-type ferrite.
本発明によれば、体積抵抗率の優れた六方晶Z型フェライトを提供することができる。すなわち焼結体試料内のFe2+の生成率を所定の範囲とすることで体積抵抗率を大幅に向上することができる。そして本発明の六方晶Z型フェライトを使用することにより、高い透磁率が得られ高品質のチョークコイルや電波吸収体などの製造が可能となる。 According to the present invention, a hexagonal Z-type ferrite having an excellent volume resistivity can be provided. That is, the volume resistivity can be greatly improved by setting the production rate of Fe 2+ in the sintered body sample within a predetermined range. By using the hexagonal Z-type ferrite of the present invention, high magnetic permeability can be obtained, and high quality choke coils, radio wave absorbers and the like can be manufactured.
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。本発明では素原料を例えば湿式のボールミルにて混合し、電気炉などを用いて仮焼することにより仮焼粉を得る。また得られた仮焼粉を湿式のボールミルなどを用いて粉砕し、得られた粉砕粉をプレス機により成形し例えば電気炉などを用いることにより本焼成を行い六方晶Z型フェライトを得る。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the present invention, the raw materials are mixed with, for example, a wet ball mill and calcined using an electric furnace or the like to obtain calcined powder. The obtained calcined powder is pulverized using a wet ball mill or the like, and the obtained pulverized powder is molded by a press machine and subjected to main firing by using, for example, an electric furnace to obtain hexagonal Z-type ferrite.
六方晶Z型フェライトは高透磁率を得るためにある程度高い焼結密度である必要がある。しかし高い焼結密度を示す試料は大きく抵抗が低下することがある。このような抵抗低下の原因として焼結体試料内部に生成するFe2+の存在が予想できる。六方晶Z型フェライトは本来その組成においてFe2+を含まないのが通常であるが、高密度に焼結した際、内部のFe2+が生成しやすくなる傾向がある。すなわちFe2+の生成率を抑制することで高い焼結密度を保ちつつ高い体積抵抗率を得ることができる。 The hexagonal Z-type ferrite needs to have a somewhat high sintered density in order to obtain a high magnetic permeability. However, the resistance of a sample exhibiting a high sintered density can be greatly reduced. Presence of Fe 2+ generated in the sintered body sample can be expected as a cause of such a decrease in resistance. Although the hexagonal Z-type ferrite normally does not contain Fe 2+ in its composition, it tends to easily generate internal Fe 2+ when sintered at high density. That is, by suppressing the Fe 2+ generation rate, a high volume resistivity can be obtained while maintaining a high sintered density.
従来、六方晶フェライトでは異相の生成は性能を損ねるため存在するのは好ましくないとされており、多くの研究では異相を完全に無くすことに努力が払われてきた。しかし、本発明では必ずしも完全に異相を無くすことは必要ではなくて、むしろW相とBaFe2O4相がある範囲にある方がFe2+が少なくなり、ひいては高い電気抵抗率を示すことを見出したのである。この様な状態で高抵抗を示すメカニズムは未だ明らかではないが、複雑な相の生成と電荷の関係を内在している六方晶フェライトでの電荷のバランスが好ましい状態に移行することが主因と推測される。 Conventionally, the generation of heterogeneous phases in hexagonal ferrite has been regarded as undesirable because it impairs performance, and in many studies, efforts have been made to completely eliminate heterogeneous phases. However, in the present invention, it is not always necessary to completely eliminate the heterogeneous phase. Rather, Fe 2+ is reduced in the range where the W phase and the BaFe 2 O 4 phase are present, and as a result, a high electric resistivity is found. It was. The mechanism of high resistance in such a state is not yet clear, but it is presumed that the main reason is that the balance of charge in the hexagonal ferrite, which has a complicated relationship between the generation of complex phases and the charge, is favorable. Is done.
本発明では上記のようにFe2+の生成率を低減するために六方晶系Z型フェライトの粉砕粉または造粒粉にMn−Zn系フェライトあるいはNi-Zn系フェライトあるいはガーネット系フェライトのうち少なくとも一種の粉末を粉砕粉あるいは造粒粉の状態で混合させた後に焼成することを特徴としている。この様な添加がFe2+の生成率を低減する点に関してはいまだ明らかではないがMn、Ni、Znなど+2の価数をとる金属がFe2+の生成するサイトに優先的に固溶し結果としてFe2+の生成を抑制するものと予測できる。 In the present invention, as described above, in order to reduce the Fe 2+ generation rate, the pulverized powder or granulated powder of hexagonal Z-type ferrite is at least one of Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite, and garnet ferrite. The powder is mixed in the state of pulverized powder or granulated powder and then fired. While such additives are not yet clear in terms of reducing the yield of Fe 2+ Mn, Ni, resulting in solid solution preferentially to sites that metal having a valency of Zn such as +2 to generate a Fe 2+ It can be predicted that the production of Fe 2+ is suppressed.
また更に本発明においては、六方晶系Z型フェライトの粉砕粉または造粒粉にMn−Zn系フェライトあるいはNi-Zn系フェライトあるいはガーネット系フェライトの粉末を粉砕粉あるいは造粒粉の状態で混合させる際、その混合度合いを完全にすることは好ましくなく、むしろ逆に不完全な混合状態に留めておく方が良好な特性が得られる。完全な混合は体積抵抗率を低下させるので逆に好ましくない。これはより均一な添加を行うことで安定相であるW相が非常に生成しやすくなってしまうためと考えることができる。また添加元素の一種であるMn、NiはW相に優先的に固溶してしまうことが分かっており、かかるW相の生成は上記添加の効果を大きく減退させてしまう。 Still further, in the present invention, a powder of Mn-Zn ferrite, Ni-Zn ferrite, or garnet ferrite is mixed in the state of pulverized powder or granulated powder with hexagonal Z-type ferrite ground powder or granulated powder. In this case, it is not preferable to make the degree of mixing perfect, but on the contrary, it is better to keep it in an incompletely mixed state. Complete mixing is undesirable because it reduces the volume resistivity. It can be considered that this is because the W phase, which is a stable phase, is very easily generated by performing more uniform addition. Further, it is known that Mn and Ni which are one type of additive element are preferentially dissolved in the W phase, and the generation of the W phase greatly reduces the effect of the addition.
本発明では六方晶フェライトが主たる組成物であり、その中に異なる結晶系の酸化物磁性体を製造工程の途中段階で混合させる点は前記の従来例と類似してはいるが、混合方法は異なり、従って焼成段階で生じる全体としての相の生成が全く異なる。即ち本発明では六方晶やそれと混合する他の結晶系のもの双方が一旦少なくとも仮焼工程を経てその大部分が所定の結晶系になったものを混合することが重要であり、素原料の混合段階で混合しても本発明の効果は発現しない。具体的には仮焼後に粉砕した粉末や造粒した粉末で混合することが効果を生じる。 In the present invention, hexagonal ferrite is the main composition, and the oxide magnetic material of different crystal system is mixed in the middle of the manufacturing process in the same way as the conventional example, but the mixing method is And thus the overall phase production that occurs during the calcination stage is quite different. That is, in the present invention, it is important that both hexagonal crystals and other crystal systems mixed with them are mixed at least once having undergone a calcination step and most of which have become a predetermined crystal system. Even if it mixes in a step, the effect of the present invention is not expressed. Specifically, mixing with a powder pulverized or granulated after calcination produces an effect.
さらに本発明では、焼結体中に六方晶系とMn−Zn系フェライトあるいはNi-Zn系フェライトあるいはガーネット系フェライトの粉砕粉あるいは造粒粉が各々単独の相として存在することは必要とされない。 Furthermore, in the present invention, it is not necessary that pulverized powder or granulated powder of hexagonal crystal and Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite, or garnet ferrite exist as a single phase in the sintered body.
またさらに種々検討を加えた結果、六方晶フェライトの粉砕あるいは造粒粉にMn−Zn系フェライトあるいはNi-Zn系フェライトあるいはガーネット系フェライトのうち少なくとも一種の粉砕粉あるいは造粒粉を乾式のボールミルまたは混合機など何らかの乾式の混合手段を用いて混合してから焼成することで初めて所望の高特性が得られることを見出したものである。ただし本発明で用いたMn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、ガーネットフェライトの作製条件が本発明の効果を左右するものではなく、様々な組成や製造条件のMn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、ガーネットフェライトで同様の効果を発揮する。
以下に実施例を示して詳しく述べる。
As a result of further various studies, at least one pulverized powder or granulated powder of Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite, or garnet ferrite is crushed or granulated into hexagonal ferrite, or a dry ball mill or It has been found that the desired high characteristics can be obtained only by mixing and baking using some dry mixing means such as a mixer. However, the production conditions of Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite, and garnet ferrite used in the present invention do not affect the effect of the present invention, and Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite having various compositions and production conditions, The same effect is exhibited with garnet ferrite.
Examples will be described in detail below.
上記のように本発明では、Fe2+の量が抵抗率に大きな影響を与えていることを見出しその生成率が0.2%以下であるとき所望の体積抵抗率が得られる。以下限定理由について説明する。0.2%以下としたのは、103Ω・m以上の体積抵抗率が得られるためであり、0.2%を超えると体積抵抗率が極端に低下するためである。
また更に本発明ではFe2+の生成率が異相の生成率に大きく依存していることを見出しW相の生成率が5%以下かつBaFe2O4相の生成率が2%以下であるとき上記Fe2+の生成率が0.2%以下まで抑えられ結果として103Ω・m以上の体積抵抗率が得られる。以下限定理由について説明する。W相の生成率が5%以下かつBaFe2O4相の生成率が2%以下としたのは異相の生成率がそのような範囲であるとき103Ω・m以上の体積抵抗率が得られるためであり、異相の生成率が上記の範囲外であるとき体積抵抗率が極端に低下するためである。
As described above, in the present invention, it is found that the amount of Fe 2+ has a great influence on the resistivity, and a desired volume resistivity can be obtained when the production rate is 0.2% or less. The reason for limitation will be described below. The reason why it is 0.2% or less is that a volume resistivity of 10 3 Ω · m or more is obtained, and when it exceeds 0.2%, the volume resistivity is extremely lowered.
Furthermore, in the present invention, it is found that the production rate of Fe 2+ greatly depends on the production rate of the heterogeneous phase, and when the production rate of the W phase is 5% or less and the production rate of the BaFe 2 O 4 phase is 2% or less, The production rate of Fe 2+ is suppressed to 0.2% or less, and as a result, a volume resistivity of 10 3 Ω · m or more is obtained. The reason for limitation will be described below. The reason why the generation rate of the W phase is 5% or less and the generation rate of the BaFe 2 O 4 phase is 2% or less is that the volume resistivity of 10 3 Ω · m or more is obtained when the generation rate of the different phase is within such a range. This is because when the generation rate of the heterogeneous phase is outside the above range, the volume resistivity is extremely lowered.
以下、本発明に係る六方晶系Z型フェライトについて以下具体的に説明する。
先ず、Fe2O3を70.2wt%、BaO(BaCO3を使用)を24.8wt%、CoOを5.0wt%秤量し、湿式ボールミルにて16時間混合し、これを1200℃で2時間仮焼した。
次に、湿式ボールミルにて18時間粉砕した。作製した粉砕粉にMn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、ガーネットフェライトの粉砕粉を3.6wt%V型混合機を用いて30分混合することにより添加し更にバインダーを添加し、造粒した。造粒後リング状に圧縮成形し、その後酸素雰囲気中で1340℃にて3時間焼結した。得られた外径25mm、内径15mm、高さ5mmのリング状焼結体の25℃における初透磁率および体積抵抗率を測定した。
The hexagonal Z-type ferrite according to the present invention will be specifically described below.
First, 70.2 wt% of Fe 2 O 3 , 24.8 wt% of BaO (using BaCO 3 ) and 5.0 wt% of CoO were weighed and mixed for 16 hours in a wet ball mill, and this was mixed at 1200 ° C. for 2 hours. It was calcined.
Next, it was pulverized with a wet ball mill for 18 hours. To the prepared pulverized powder, pulverized powders of Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite and garnet ferrite were added by mixing for 30 minutes using a 3.6 wt% V-type mixer, and a binder was further added to granulate. After granulation, it was compression molded into a ring shape, and then sintered at 1340 ° C. for 3 hours in an oxygen atmosphere. The initial permeability and volume resistivity at 25 ° C. of the obtained ring-shaped sintered body having an outer diameter of 25 mm, an inner diameter of 15 mm, and a height of 5 mm were measured.
初透磁率は、リング焼結体に20回の巻き線を施し、インピーダンス・ゲインフェイズアナライザー4194A(Yokogawa・Hewlett・Packard社製)を用いて周波数100kHzで測定した。体積抵抗率は、リング焼結体を中心で2分割に切断し、切断面に導電材であるドータイトを塗布し絶縁抵抗計(アドバンテスト社製)を用いて測定した。 The initial permeability was measured at a frequency of 100 kHz using an impedance / gain phase analyzer 4194A (manufactured by Yokogawa, Hewlett, Packard) after winding the ring sintered body 20 times. The volume resistivity was measured by using an insulation resistance meter (manufactured by Advantest) after cutting the ring sintered body into two parts at the center, applying dootite as a conductive material to the cut surface.
また、異相生成率はリング状焼結体の断面を鏡面研磨し、400倍のSEM(日立製作所製)像より主相Z相と異相(W相、BaFe2O4相)が占める面積を計測し、下記式により面積比を定義した。
異相の面積比 = 測定された異相の面積 / 全面積
Further, the heterogeneous phase generation rate is obtained by mirror-polishing the cross section of the ring-shaped sintered body and measuring the area occupied by the main phase Z phase and the heterogeneous phase (W phase, BaFe 2 O 4 phase) from a 400 times SEM image (manufactured by Hitachi, Ltd.). The area ratio was defined by the following formula.
Heterogeneous area ratio = measured heterogeneous area / total area
焼結体中のFe2+の生成率の定量は、ジフェニルアミンを指示薬として重クロム酸カリウム標準溶液で滴定し、酸化第一鉄を定量することにより求めた。Fe2+の生成率については以下のように定義した。
Fe2+の生成率 = Fe2+ / (Fe2+ + Fe3+)
The amount of Fe 2+ formed in the sintered body was determined by titrating with potassium dichromate standard solution using diphenylamine as an indicator and determining ferrous oxide. The production rate of Fe 2+ was defined as follows.
Production rate of Fe 2+ = Fe 2+ / (Fe 2+ +
得られたリング焼結体について透磁率、体積抵抗率、Fe2+生成率及び異相生成率について調べた結果を表2の実施例1〜実施例3に示す。ここで添加したMn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、ガーネットフェライトの組成(mol%)及び仮焼温度(℃)は表1のとおりである The results of examining the magnetic permeability, volume resistivity, Fe 2+ formation rate, and heterogeneous phase formation rate of the obtained ring sintered body are shown in Example 1 to Example 3 in Table 2. The composition (mol%) and calcining temperature (° C.) of Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite and garnet ferrite added here are as shown in Table 1.
表2に示すように、六方晶フェライト単独の比較例1ではW相は生成されていないがBaFe2O4相が多く、この結果体積抵抗率が小さい。 As shown in Table 2, in the comparative example 1 of hexagonal ferrite alone, the W phase is not generated, but there are many BaFe 2 O 4 phases, resulting in a low volume resistivity.
一方、Mn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、ガーネットフェライトの粉砕粉を添加し、乾式のボールミルで混合を行った後焼成した実施例1〜実施例3では、W相、BaFe2O4相共に生成量が少なく、Fe2+の生成率が減少している。また体積抵抗率が比較例に比べて格段に大きい。実施例1の異相の状態は図1に示すようなSEM像から観察できる。図1でわかるように異相としてW相とBaFe2O4相双方が認められるがMn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、ガーネットフェライトの単独相は認められない。 On the other hand, in Examples 1 to 3 in which pulverized powders of Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite and garnet ferrite were added, mixed in a dry ball mill and then fired, both the W phase and the BaFe 2 O 4 phase The production amount is small, and the production rate of Fe 2+ is reduced. Also, the volume resistivity is much larger than that of the comparative example. The heterogeneous state of Example 1 can be observed from an SEM image as shown in FIG. As can be seen in FIG. 1, both W phase and BaFe 2 O 4 phase are recognized as different phases, but no single phase of Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite, or garnet ferrite is recognized.
比較例2、3は実施例1、2と同一組成同士の粉砕粉を、水を加えた湿式のボールミルで3時間充分に完全混合した後に成形焼成した結果を示しているが、湿式ボールミルの様に混合度合いが強い混合ではW相のみが生成され体積抵抗率が極めて小さいことが分かる。比較例2の異相の状態は図2に示すようなSEM像から観察できる。図2でわかるように異相としてW相のみが生成していることが分かる。以上の結果から判るように乾式ボールミルで30分の不完全混合をした試料によればFe2+生成率が少なくその結果、体積抵抗率が極めて大きい。またW相、BaFe2O4相共に存在するが、その範囲はW相が5%以下、BaFe2O4相が2%以下である。このような条件下ではFe2+生成率は0.2%以下であり、3×103Ω・m以上の大きな体積抵抗率を示す。 Comparative Examples 2 and 3 show the result of molding and firing the pulverized powder having the same composition as in Examples 1 and 2 after thoroughly mixing them for 3 hours in a wet ball mill to which water was added. It can be seen that in the case of mixing with a strong mixing degree, only the W phase is generated and the volume resistivity is extremely small. The heterogeneous state of Comparative Example 2 can be observed from the SEM image as shown in FIG. As can be seen from FIG. 2, it can be seen that only the W phase is generated as a different phase. As can be seen from the above results, according to the sample incompletely mixed for 30 minutes by the dry ball mill, the Fe 2+ generation rate is small, and as a result, the volume resistivity is extremely large. Both W phase and BaFe 2 O 4 phase exist, but the ranges are 5% or less for W phase and 2 % or less for BaFe 2 O 4 phase. Under such conditions, the Fe 2+ generation rate is 0.2% or less, and a large volume resistivity of 3 × 10 3 Ω · m or more is exhibited.
次にFe2O3を70.2wt%、BaO(BaCO3を使用)を24.8wt%、CoOを5.0wt%秤量し、湿式ボールミルにて16時間混合し、これを1200℃で2時間仮焼した。次に、湿式ボールミルにて18時間粉砕した粉砕粉と表1に示したものと同じ組成のMn−Znフェライト、Ni−Znフェライトの造粒粉を六方晶フェライト重量の3.6wt%を加えて、V型混合機を用いて30分混合した後にバインダーを添加し、造粒後リング状に圧縮成形した。その後、酸素雰囲気中にて1340℃にて3時間焼結した。
得られた外径25mm、内径15mm、高さ5mmのリング状焼結体の25℃における初透磁率および体積抵抗率を測定した。測定条件等は上述の実施例1と同様の条件とした。作製したリング形状焼結体試料の評価結果を表3に示す。この実施例は六方晶系Z型フェライトの粉砕粉とMn−Zn系フェライトあるいはNi-Zn系フェライトの造粒粉とを混合した例であるが、表3に示すように、Mn−Znフェライト、Ni−Znフェライトの造粒粉を不完全混合することによりFe2+の生成を抑え、体積抵抗率の高い六方晶系Z型フェライトを製造することができることがわかる。
Next, 70.2 wt% of Fe 2 O 3 , 24.8 wt% of BaO (using BaCO 3 ) and 5.0 wt% of CoO were weighed and mixed for 16 hours in a wet ball mill, and this was mixed at 1200 ° C. for 2 hours. It was calcined. Next, 3.6 wt% of the hexagonal ferrite weight was added to the pulverized powder pulverized with a wet ball mill for 18 hours and the granulated powder of Mn—Zn ferrite and Ni—Zn ferrite having the same composition as shown in Table 1. After mixing for 30 minutes using a V-type mixer, a binder was added, and after granulation, it was compression molded into a ring shape. Then, it sintered at 1340 degreeC in oxygen atmosphere for 3 hours.
The initial permeability and volume resistivity at 25 ° C. of the obtained ring-shaped sintered body having an outer diameter of 25 mm, an inner diameter of 15 mm, and a height of 5 mm were measured. The measurement conditions and the like were the same as those in Example 1 described above. Table 3 shows the evaluation results of the produced ring-shaped sintered body samples. This example is an example in which the pulverized powder of hexagonal Z-type ferrite and the granulated powder of Mn—Zn ferrite or Ni—Zn ferrite are mixed. As shown in Table 3, Mn—Zn ferrite, It can be seen that by incompletely mixing the Ni—Zn ferrite granulated powder, the formation of Fe 2+ can be suppressed and a hexagonal Z-type ferrite having a high volume resistivity can be produced.
また更にFe2O3を70.2wt%、BaO(BaCO3を使用)を24.8wt%、CoOを5.0wt%秤量し、湿式ボールミルにて16時間混合し、これを1200℃で2時間仮焼した。次に、湿式ボールミルにて18時間粉砕した後、これらにバインダーを添加し、造粒した。この造粒粉に対して、実施例1、2と同じ組成のMn−Znフェライト、Ni−Znフェライトの造粒粉をV型混合機を用いて30分混合した後にリング状に圧縮成形した。その後、酸素雰囲気中にて1340℃にて3時間焼結した。得られた外形25mm、内径15mm、高さ5mmのリング状焼結体の25℃における初透磁率および体積抵抗率を測定した。測定条件等は上述の実施例と同様の条件とした。作製したリング形状焼結体試料の評価結果を表4に示す。この実施例は六方晶系Z型フェライトの造粒粉とMn−Zn系フェライトあるいはNi-Zn系フェライトの造粒粉とを混合した例であるが、表4に示すように、Mn−Znフェライト、Ni−Znフェライトの造粒粉を不完全混合することによりW相、BaFe2O4相共に存在しFe2+の生成を抑え、体積抵抗率の高い六方晶系Z型フェライトを製造することができることがわかる。 Further, 70.2 wt% of Fe 2 O 3 , 24.8 wt% of BaO (using BaCO 3 ) and 5.0 wt% of CoO were weighed and mixed for 16 hours in a wet ball mill, and this was mixed at 1200 ° C. for 2 hours. It was calcined. Next, after grinding for 18 hours in a wet ball mill, a binder was added to these and granulated. To this granulated powder, granulated powder of Mn—Zn ferrite and Ni—Zn ferrite having the same composition as in Examples 1 and 2 were mixed for 30 minutes using a V-type mixer and then compression-molded into a ring shape. Then, it sintered at 1340 degreeC in oxygen atmosphere for 3 hours. The initial permeability and volume resistivity at 25 ° C. of the obtained ring-shaped sintered body having an outer diameter of 25 mm, an inner diameter of 15 mm, and a height of 5 mm were measured. The measurement conditions and the like were the same as those in the above-described example. Table 4 shows the evaluation results of the produced ring-shaped sintered body samples. This example is an example in which a granulated powder of hexagonal Z-type ferrite and a granulated powder of Mn-Zn ferrite or Ni-Zn ferrite are mixed. As shown in Table 4, Mn-Zn ferrite is used. Incomplete mixing of the Ni-Zn ferrite granulated powder suppresses the formation of Fe 2+ in both the W phase and the BaFe 2 O 4 phase, and produces a hexagonal Z-type ferrite with a high volume resistivity. I understand that I can do it.
以上詳細に述べたように酸化鉄(Fe2O3)、酸化バリウム(BaO)および酸化コバルト(CoO2)を主成分とする六方晶系Z型フェライトの粉砕粉や造粒粉にMn−Zn系フェライトあるいはNi-Zn系フェライトあるいはガーネット系フェライトのうち少なくとも一種の粉砕粉や造粒粉とを不完全に混合した後焼成することにより、W相とBaFe2O4相が共に存在しかつその範囲としてW相が0〜5%(0を含まず)であり、BaFe2O4相が0〜2%(0を含まず)の六方晶フェライトが得られる。また混合度合いを強く完全なものにするとこの効果は薄れてしまう。混合は強くてもV型混合機で1時間以内に留めておくのが好ましい。 As described above in detail, pulverized and granulated powders of hexagonal Z-type ferrite mainly composed of iron oxide (Fe 2 O 3 ), barium oxide (BaO) and cobalt oxide (CoO 2 ) are used as Mn—Zn. And at least one kind of pulverized powder or granulated powder out of ferrite, Ni—Zn ferrite or garnet ferrite, and then firing, both W phase and BaFe 2 O 4 phase exist and As a range, hexagonal ferrite having a W phase of 0 to 5% (not including 0) and a BaFe 2 O 4 phase of 0 to 2% (not including 0) is obtained. Also, if the degree of mixing is made strong and complete, this effect will fade. Even if mixing is strong, it is preferable to keep it within one hour with a V-type mixer.
本発明の六方晶系Z型フェライトは、数MHzから数GHzまでの高周波帯域においてチョークコイルやノイズ除去素子の電子部品に使用される。 The hexagonal Z-type ferrite of the present invention is used for electronic components such as choke coils and noise elimination elements in a high frequency band from several MHz to several GHz.
1:マトリックス相(Z相)
2:W相
3:BaFe2O4相
1: Matrix phase (Z phase)
2: W phase 3: BaFe 2 O 4 phase
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