1前言 随着现代电子设备不断向小型化、薄型化、轻量化方向发展，进一步推动了电子元器件不断向着片式化、多功能化方向发展。作为三大无源片式元器件，其中片式电阻与片式电容结构简单，而片式电感则由于需要绕制线圈，结构复杂，进一步小型化有困难，由此开发出了采用丝网印刷方法制成的迭层片式电感器，为了提高Q值，内导体采用金属Ag，但由于Ag的熔点较低，为了达到与Ag共烧的目的，这就要求铁氧体必须能在900℃以下烧成。因此，如何开发出在较低温度下烧结，又能获得良好电磁性能的NiCuZn铁氧体材料，一直是当今磁性材料领域的热点之一。 人们对低温烧结NiCuZn铁氧体材料的制作方法进行了大量研究，例如：氧化物法、化学共沉法、水热合成法、溶胶——凝胶方法[1，2]等。 其中氧化物法主要是通过选择高反应活性的超细厚材料，同时在其中加入适量助熔剂，但用此法制成的铁氧体材料性能不是十分优良。 一般认为，采用化学方法可以获得性能更为优良，烧结性能更佳的NiCuZn铁氧体材料。 本文介绍了用化学共沉法、制备低温烧结NiCuZn铁氧体材料的有关特性。 2实验方法 采用普通氧化物法和化学共沉淀法制备NiCuZn铁氧体材料。化学方法是，采用分析纯的FeSo4·7H2O，NiSo4·6H2O，ZnSo4·7H2O，MnSo4·H2O，CuSo4·5H2O等作为原材料（其中MnSo4·H2O是为了提高材料性能而引入的），按配方称取相应的化学试剂，溶入50~80℃的去离子水中，加入适当沉淀剂，并通过高速搅拌，使反应充分进行，为了使反应完全，必须在反应过程中严格控制溶液的PH值，压滤、烘干、粉料在不同的温度下预烧，利用扫描电子显微镜SEM和振动样品磁强计，分析预烧粉料颗粒大小及形貌以及样品的比饱和磁化强度；利用激光粒度分析仪分析预烧粉料的粒度分布与平均粒度。利用热重和差热分析研究材料的热反应特性。将毛坯在不同的温度下烧结，利用扫描电子显微镜分析烧结体的显微结构；利用电子探针分析烧结体表面和断面的成份差异；利用Ag lent4291B测试烧结磁环的电磁性能。 3结果与讨论 3.1普通氧化物法和化学合成法粉料热分析 图1(a)和图1(b)分别是采用普通氧化物法和化学共沉法制成的粉料热重与差热分析结果（加热和冷却速率均为20℃/min）。由图中可以看出，普通氧化物法制成粉料在17到850℃，失重2.47%，主要是由于水分挥发以及某些氧化物发生分解。在850℃到1100℃重量没有变化，而在1100℃到1400℃失重0.54%，这是由于Zn的挥发以及NiCuZn铁氧体发生分解而失氧。在1400℃冷却到500℃时，重量增加1.3%，这是由于某些金属离子重新被氧化，而在500℃到17℃重量没有变化。由差热分析曲线可以判断，100℃出现吸热峰，对应于水份挥发；650℃出现放热峰，铁氧体开始形成，在650℃到1400℃一直是吸收热量，意味着铁氧体晶粒不断长大。 化学共沉淀法制成粉料在17℃到800℃时，失重19.67%，此主要是金属碳酸盐分解以及水分蒸发。800℃到1100℃重量没有变化；1100℃到1400℃失重0.94%，此主要是由于Zn的挥发以及铁氧体发生分解。1400℃冷却到750℃重量增加0.85%，这是由于某些金属离子重新被氧化；750℃冷却到17℃，重量没有变化。差热曲线表明，在100℃出现吸热峰，对应水分挥发；500℃出现放热峰，铁氧体开始形成，500℃到1400℃一直吸热，铁氧体晶粒开始长大。 3.2平均粒径与粒度分布及SEM形貌 图2(a)和图2(b)分别是共沉淀法和普通氧化物法制成粉料预烧后经过相同时间的砂磨，其SEM照片，由图中可看出，化学共沉淀法制成粉料粒径要明显小于普通氧化物法。 图3(a)(b)则是用激光粒度分布测试仪测得的化学共沉淀法和普通氧化物法粉料粒度分布图，显然普通氧化物法粒度分布很宽，尽管平均粒径为1.1μm，但粒度分布为0.1μm到10μm；而化学共沉淀法粉料粒度分布较窄，平均粒径为0.6μm，粒度分布为0.1μm到3μm。 3.3低温烧结NiCuZn铁氧体材料电磁性能 图4是用振动样品磁强计测得在不同温度下烧结时粉粒的比饱和磁化强度σS，剩磁4πMn以及矫顽力Hc随烧结温度的变化。 由图4可以看出，当烧结温度大于880℃时，比饱和磁化强度σS不再变化，而剩磁4πMn和矫顽力Hc在100℃附近获得最小值。 图5是在不同温度下烧结的铁氧体磁环的Q值随频率的变化。 由图中可以看出，烧结温度对铁氧体Q~f特性影响较大。温度越高，其高频Q值越低。 图6是不同温度烧结的铁氧体磁环其电感随温度的变化。显然，较高的烧结温度，其温度系数也较大。 图7是不同温度烧结的铁氧体磁环其电感随频率的变化。随着烧结温度的提高，电感峰值向低频方向移动。 图8是不同温度烧结的铁氧体磁环其阻抗随频率的变化，随着烧结温度的提高，阻抗峰值向低频方向移动。 图9是粉体及磁环的表面与断面平均晶粒尺寸随烧结温度的变化。晶粒尺寸随温度的变化趋势也由下列方式描述： 式中，D：平均晶粒尺寸；R、b为常数；T：烧结温度 对应于粉体、磁体的表面及断面，其R值分别为0.93×10-2、1.9×10-2、4.85×10-2。 由图9可以看出，当烧结温度大于1000℃时，断面晶粒尺寸增大速度明显加快。这是由于CuO的熔点只有1065℃，液相烧结大大促进晶粒生长。 3.4不同温度烧结的铁氧体粉体及磁体表面与断面SEM形貌 不同烧结温度下烧结的铁氧体粉体平均晶粒尺寸反映在图9中。 由图12(d)可以看出在晶界处的有许多孤岛状析出物，电子探针分析表明，该物质是析出的CuO。 3.5铁氧体磁体表面成份的偏析 图13(a)，(b)表明富铁配方的铁氧体磁环在880℃烧结2小时后，其表面及断面EDAX成份谱线。 电子探针分析结果表明，磁环表面的Cu、Fe和Ni元素含量要高于断面，而Zn元素则低于断面。 图14(a)，(b)表明缺铁配方铁氧体磁环在880℃烧结2小时，其表面及断面成份谱线。电子探针分析结果表明，磁环表面Fe元素含量要比断面低5%，而表面的Ni、Cu及Zn等元素含量要比断面分别高1.7%、2.2%和7.7%。 磁环表面与断面的成份差异，将导致磁心内部产生较大的内应力。应力大小可由下列公式描述： 其中，E为杨氏模量，a为晶格常数，b为泊松比。 4结论 a.利用化学共沉淀法可以制备超细低温烧结NiCuZn铁氧体材料，在880℃烧结，其平均晶粒尺寸0.9μm，显微结构相匀，电磁性能优良。 b.化学共沉淀法制备的NiCuZn铁氧体材料在500℃时，铁氧体即开始形成，而普通氧化物法则必须在650℃时才能形成铁氧体。 c.与普通氧化物相比，化学共沉淀法制得铁氧体粉料，粒度分布较窄，且平均粒径较小。 d.无论是烧结温度还是制备工艺对铁氧体显微结构、电磁性能均有较大影响。由于低温烧结NiCuZn铁氧体材料具有较高的烧结活性，当烧结温度大于880℃时，晶粒快速生长，同时电磁性能明显恶化。 e.铁氧体内部晶粒生长速度要明显优于表面，当烧结温度大于1100℃时，在晶界将会有CuO析出，形成不连续的孤岛状析出物。 f.电子探针分析结果表明，铁氧体表面与内部成份存在差异，将导致铁氧体内部形成应力。 参考文献 [1]Yang H，Wu FQ J.M.M.M，1994(134)134. [2]Yue Z X etal J.M.M.M，2000(208):55~60. [3]陆明岳 第八届国际铁氧体会议(ZCF-8) 2000.日本 东京.