JPH07176419A - 高周波低損失磁性材料用予焼粉末の製造方法 - Google Patents

高周波低損失磁性材料用予焼粉末の製造方法

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JPH07176419A
JPH07176419A JP5318492A JP31849293A JPH07176419A JP H07176419 A JPH07176419 A JP H07176419A JP 5318492 A JP5318492 A JP 5318492A JP 31849293 A JP31849293 A JP 31849293A JP H07176419 A JPH07176419 A JP H07176419A
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Yoshitaka Yasuda
吉孝 安田
Tsutomu Otsuka
努 大塚
Etsuo Otsuki
悦夫 大槻
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/34Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
    • H01F1/342Oxides
    • H01F1/344Ferrites, e.g. having a cubic spinel structure (X2+O)(Y23+O3), e.g. magnetite Fe3O4

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波領域においてもパワーロスが小さく、
発熱量を抑えることが可能な低損失磁性材料用の予焼粉
末の製造方法を提供すること。 【構成】 Fe,Mn,Znを含むアミノ酸の錯体の溶
液を加熱し、乾燥させて、該Fe,Mn,Znの予焼粉
末を得るようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源等に
搭載されるMn−Znフェライトの原料である予焼粉末
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、スイッチング電源のトランスに用
いられているコア等に使用される磁性材料としては、M
n−Zn系フェライトが用いられており、その駆動周波
数は、200kHz程度以下であった。一方、近年の小
型化、軽量化に伴い駆動周波数が、300kHz〜50
0kHz、更には、1MHzまでの高周波化の検討が進
められている。
【0003】しかしながら、この高周波領域で従来のM
n−Zn系フェライトを使用した場合、フェライトのパ
ワーロスの増大による発熱が極めて大きく、前述したよ
うな高周波領域では、その機能を果たすことができない
と言う欠点があった。
【0004】一般に、フェライトは、鉄、マンガン、亜
鉛の各酸化物粉末をボールミル等で混合した後、予焼
し、微粉砕工程、造粒工程を経てプレスを行い、圧紛体
を作製する。この圧紛体を焼成することにより目的とす
るフェライト焼成体を得ている。
【0005】高周波領域での磁気特性は、渦電流損失が
主体となっており、この渦電流損失(Pe)を如何に低
減するかが極めて重要な課題となっている。この渦電流
損失を低減するためには、焼結体の粒界相又はスピネル
相の電気抵抗(R)を向上させることが不可欠である。
【0006】スピネル相自身の電気抵抗を向上させる方
法として、Fe2+とFe3+間の電子のホッピング現象を
如何に少なくするかと言う見地より、焼結条件の酸素分
圧を高めることによってFe2+を減少させるか、或いは
Ti4+、Sn4+を含有せしめFe3+と置換することによ
って電子のホッピング現象の発生を抑制する方法があ
る。
【0007】しかし、前者はFe2+の極端な減少による
初透磁率μiの著しい劣化、保磁力Hcの増大という磁
気特性の劣化を招く。又、Ti4+、Sn4+等の添加で
は、パワーロスの温度特性においてパワーロス値が最小
となる温度(ミニマムポイントと呼ぶ)が、低温側へ著
しく劣化してしまう為、好ましくない。更に、両者いず
れの方法でもスピネル相自身の電気抵抗を向上させて
も、思ったほど焼結体の電気抵抗は大きくならないと言
う最大の欠点がある。
【0008】粒界相の電気抵抗の向上の方法としては、
SiO2 ,CaOの他に第3の元素を添加することによ
り高抵抗な粒界相を形成せしめる方法が一般的である。
【0009】この方法は、フェライト焼結体の抵抗を向
上させる方法としては最も効果的であり、最もよく利用
されている方法である。また、この時、結晶粒径を小さ
くし個々の粒内で発生する渦電流を小さくすること、及
び粒界相を越えて渦電流が流れたとしても結晶粒子が小
さいこと、即ち、粒界相の数を増やすことにより遮断す
る方法を取ることが高抵抗粒界相を効率よく活用するこ
とができ、著しい効果がある。この結晶粒径を小さくす
る方法として、粉末粒径を小さくし、できるだけ低い温
度で焼結することが不可欠である。
【0010】従来のMn−Znフェライトの製造方法で
は、先にも述べた如く、Fe,Mn,Znの各酸化物を
混合し、仮焼し、微粉砕することで微細な粉末を得なけ
ればならない。しかしながら、この方法で得られる仮焼
粉末の粒径は、0.5〜1μm又はそれ以上の粒径であ
り、かなり大きいため長時間の微粉砕を要して微細な粉
末を得て焼結体を製造しなければならない。この方法で
は、長時間の粉砕を要する為、コスト高になるばかりで
なく、粉砕中における粉砕機の内壁又はボール等からの
コンタミが著しく、不純物の混入に伴う磁気特性劣化が
著しい為好ましくない。また、従来の製法で得た仮焼粉
末は、そのまま成形したのでは粉末粒径が粗いため、低
温で焼結した場合、焼結体密度が低く、磁気特性も低く
なってしまうと言う欠点がある。
【0011】更に、焼結体密度を向上させる為に焼結温
度を高めると結晶粒径が大きくなり渦電流損失が大とな
り好ましくない。
【0012】以上のように従来のフェライト製造工程で
は、微細な結晶粒径を有する高周波領域で優れた磁気特
性を示すMn−Znフェライトは得られなかった。
【0013】また、以上の過電流損失の低減もさる事な
がら、ヒステリシス損失、初透磁率μi,飽和磁束密度
Bs,残留磁化Br,保磁力Hc等の諸磁気特性も電源
用フェライト材として重要な特性項目である。これらの
諸特性は、焼結体組織を如何に原子レベルに及ぶまで均
一にするかが重要である。従来の方法では、固相反応に
より予焼粉末を得ている為、原子の拡散が付不十分であ
り、得られた予焼粉末も不均一な物しか得られず、優れ
た磁気特性が得られないと言う欠点を有していた。
【0014】更に、この問題を解決すべき方法として、
噴霧焙焼法によりFe,Mn,Znの塩酸溶液から予焼
粉末を得る、いわゆるルスナー法がある。この方法では
溶液状態で各元素の混合が可能である為、原子レベルで
均一な混合が可能となる。しかしながら、ZnCl2
蒸気圧が高いことによる組成ズレが著しく、目的にかな
う組成粉末を製造できない。更に、本法では、炉内温度
を高温に保持し、噴霧する為、得られる粉体粒径が大き
く、前述同様長時間の粉砕を要する為、前述と同様の欠
点が生じる。更に、大規模なプラントを必要とされ、容
易に量産ができなかった。
【0015】以上のように、いずれの従来の技術を用い
ても高周波領域では、優れた磁気特性を有するMn−Z
nフェライト材を得ることは困難であった。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、数百kHz
〜1MHz付近までの高周波領域においてもパワーロス
が小さく、発熱量を抑えることが可能な低損失磁性材料
用の予焼粉末の製造方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】上述の問題を解決するた
め数々の検討を行った結果、本発明者は、Fe,Mn,
Znを含むアミノ酸の錯体の溶液を加熱し、乾燥させる
ことにより、高周波低損失磁性材料に適した予焼粉末を
得られることを見出だしたものである。
【0018】この粉末を原料とし、混合、造粒、成形、
焼結することにより、6μm以下の平均結晶粒径を有す
る極めて微細な組織により成る焼結体が得られる。この
焼結体は、極めて電気抵抗が高く高周波領域で優れた磁
気特性を有する。
【0019】
【作用】本発明の場合、Fe,Mn,Znの各元素は、
アミノ酸の錯体の溶液状態で混合が可能となる為、原子
レベルで均一な混合が可能となる。更にこの溶液を加
熱、乾燥することにより、溶液の溶媒を除去すると残留
物が自己燃焼を起こす。この燃焼は、極めて狭い範囲で
且つ短時間で燃焼し、終了する為、粉体粒径が非常に微
細且つ均一な粉末を得ることが可能となる。更に、得ら
れた粉末をX線回析により生成相を解析すると、スピネ
ル単相が得られることを見い出したものである。本発明
によれば、ルスナー法のように炉内を高温に保持せずに
噴霧が可能な為、量産に大規模なプラントを必要とせず
工業的価値も高い。また、アミノ酸を含む溶液には工業
的に水が安価であり、コスト的にも好ましい。又、工業
的には、加熱方法としてスプレー造粒のように噴霧乾燥
を用いることで、得られる粉体物性が取り扱いに適した
ものとなる。
【0020】請求項2記載の発明において、加熱温度を
400℃以下とした理由は、加熱温度を400℃以上で
行った場合、微細な粉体粒径の粉末が得られなくなって
しまうためである。また、請求項5記載の発明におい
て、焼結体の平均粒径が6μm以下とした理由は、6μ
mを越えた領域では前述の如く渦電流損が大となるから
である。
【0021】
【実施例】以下に本発明の実施例を示す。
【0022】[実施例1]高純度のFe(NO3 ) 3
Mn(NO3 2 ,Zn(NO3 2 をFe2 3 ,M
nO,ZnOの換算で53mol%−39mol%−8
mol%となるように秤量し純水中に溶解した。この溶
液にアミノ酢酸をFe(NO3 3 ,Mn(N
3 2 ,Zn(NO3 2 の総重量に対し20wt%
となるように添加し、よく混合した。次にこの溶液を炉
中温度を300℃に保持した炉内に噴霧した。その後、
炉内で反応し得られた生成物を見たところ粉末状となっ
ていた。
【0023】この粉末をX線回析により生成相を調査し
たところ、Mn−Znフェライトスピネル単相となって
いた。またこの粉末の組成を分析した結果、52.9F
23 −39.0MnO−8.1ZnO(mol%)
であり、組成にズレが殆ど生じていないことが判った。
この粉末に0.04SiO2 ,0.08CaO(wt
%)及び0.06wt%のV2 5 を添加し、ボールミ
ルにて混合した。その後、バインダーとしてポリビニル
アルコールを添加し、バインダー混合を行った。得られ
たスラリーを乾燥、造粒後、φ25×φ15×t5のト
ロイダル形状に2t/cm2 の圧力で成形した。得られ
た成形体を酸素分圧をコントロールした窒素気流中85
0〜1200℃の温度で焼結した。
【0024】これらの条件を変化させて製造した焼結体
の中で、最も優れたパワーロス特性の温度特性を図1に
示す。また、表1にこの焼結体の諸磁気特性を示す。こ
の時の焼結体の平均結晶粒径は4μmであった。
【0025】
【表1】
【0026】[実施例2]実施例1と同様な製法で粉末
を得、焼結条件を変化させて得られた焼結体のそれぞれ
の平均結晶粒径とその焼結体のパワーロスの関係を図2
に示す。尚、この時の測定条件は1MHz−500G−
80℃である。図面中より、本実施例が優れていること
が判る。
【0027】[実施例3]噴霧の温度条件を変化させ、
他の条件は実施例1と同様な製法で粉末を得、同様な焼
結条件で得られた焼結体のパワーロス特性を図3に示
す。図面中より、本実施例が優れていることが判る。
【0028】[実施例4]実施例1と同様に、高純度の
Fe(NO3 3 ,Mn(NO3 2 ,Zn(NO3
2 をFe2 3 ,MnO,ZnOの換算で53mol%
−39mol%−8mol%となるように秤量し、純粋
中に溶解した。この溶液にアミノ酢酸を酸Fe(N
3 3 ,Mn(NO3 2 ,Zn(NO3 2 の総重
量に対し、20wt%となるように添加し、よく混合し
た。次にこの溶液をビーカーに入れ、加熱し水分を蒸発
させ反応させて後、得られた生成物を見たところ粉末状
になっていた。
【0029】この生成物を実施例1と同様な方法で成形
し、焼結し、得られた焼結体のパワーロス特性を図1に
示す。
【0030】[比較例]高純度の酸化鉄、酸化マンガ
ン、酸化亜鉛を用いて53Fe2 3 −39MnO−8
ZnO(mol%)となるように秤量し、ボールミルで
混合後、約1000℃で予焼した。
【0031】この予焼粉末を実施例1と同等にSi
2 ,CaO,V2 5 を添加、造粒し、実施例1と同
様に成形、焼結した。
【0032】これらの条件を変化させた焼結体の中で、
最も優れたパワーロス特性の温度特性を図1に示す。ま
た、表1にこの焼結体の諸磁気特性を示す。
【0033】
【発明の効果】以上のように、本発明は、高周波低損失
磁性材料用予焼粉末を製造する方法において、Fe,M
n,Znを含むアミノ酸を錯体の溶液を加熱し、乾燥さ
せて予焼粉末を得るようにしたもので、この方法により
得られた粉末を原料とし、混合、造粒、成形、焼結する
ことにより極めて微細な組織により成る焼結体が得ら
れ、パワーロス及び諸磁気特性を改善することができ、
スイッチング電源等に搭載した場合発熱量が小さくな
り、優れた低損失磁性材料を得ることがきる。
【0034】これはMn−Znフェライト焼結体中の平
均結晶粒径の微細化、及びアミノ酸の錯体の溶液中で各
元素の原子レベルでの均一な場合、拡散が好特性を生み
出したものと推察される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1及び比較例による焼結体の各温度に対
するパワーロス特性を示す。
【図2】実施例2による焼結体の平均結晶粒径とパワー
ロスの関係を示す。
【図3】実施例3における噴霧時の温度条件とパワーロ
スの関係を示す。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 35/38 C04B 35/38 Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波低損失磁性材料用予焼粉末の製造
    方法において、Fe,Mn,Znを含むアミノ酸の錯体
    の溶液を加熱し、乾燥させて、該Fe,Mn,Znの予
    焼粉末を得るようにしたことを特徴とする高周波低損失
    磁性材料用予焼粉末の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記Fe,Mn,Znを含むアミノ酸の
    錯体の溶液を加熱する温度が、該溶液の沸点以上400
    ℃以下であることを特徴とする請求項1記載の高周波低
    損失磁性材料用予焼粉末の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記Fe,Mn,Znを含むアミノ酸の
    錯体の溶液を加熱し、乾燥させる工程が、噴霧熱乾燥法
    により行われることを特徴とする請求項1又は請求項2
    記載の高周波低損失磁性材料用予焼粉末の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至請求項3記載の高周波低損
    失磁性材料用予焼粉末の製造方法により得られた粉末
    に、バインダーを混合してスラリーを得、該スラリーを
    造粒後、成形して成形体を得、該成形体を焼結して焼結
    体を得るようにしたことを特徴とする高周波低損失磁性
    焼結体の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の高周波低損失磁性焼結体
    の製造方法により得られた焼結体であって、該焼結体の
    平均結晶粒径が6μm以下であることを特徴とする高周
    波低損失磁性焼結体。
JP5318492A 1993-12-17 1993-12-17 高周波低損失磁性材料用予焼粉末の製造方法 Withdrawn JPH07176419A (ja)

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