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TW202444663A - 鐵氧體粉末 - Google Patents

鐵氧體粉末 Download PDF

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TW202444663A
TW202444663A TW113112045A TW113112045A TW202444663A TW 202444663 A TW202444663 A TW 202444663A TW 113112045 A TW113112045 A TW 113112045A TW 113112045 A TW113112045 A TW 113112045A TW 202444663 A TW202444663 A TW 202444663A
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TW
Taiwan
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mass
ferrite powder
ferrite
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less
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TW113112045A
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Inventor
安賀康二
山本逸平
金子達登
小野明日香
Original Assignee
日商保德科技股份有限公司
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
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Abstract

本發明提供一種於維持高填充性、高頻下之較高磁導率及較低損耗的同時，磁導率之經時穩定性優異之鐵氧體粉末。該鐵氧體粉末以56.0質量%以上63.0質量%以下之比率包含鐵(Fe)，以7.0質量%以上13.0質量%以下之比率包含錳(Mn)，並以1.0質量%以上3.0質量%以下之比率包含鋅(Zn)。

Description

鐵氧體粉末
本發明係關於一種鐵氧體粉末。
包含鐵氧體粉末及樹脂之複合材料廣泛用於以電感器為代表之多種用途。此種複合材料藉由將鐵氧體粉末與樹脂進行混練而製作。複合材料成形為片材等形狀而成為複合體(成型體)。此時，若構成鐵氧體粉末之粒子之形狀接近球形，則成形時之流動性增高，複合體中之鐵氧體粉末之填充率增高。因此，成形性變得良好，並且磁特性變得良好。基於此種觀點而言，提出有由球狀或多面體狀之粒子構成之鐵氧體粉末(粒子)。
例如，專利文獻1中揭示有一種鐵氧體粉末，其係至少包含以尖晶石相為主相之球狀或多面體狀之鐵氧體粒子之Mn-Zn系鐵氧體粉末，上述鐵氧體粒子於表面具備具有凸多邊形狀之輪廓之階梯結構，上述鐵氧體粉末之BET(Brunauer-Emmett-Teller，布厄特)比表面積為0.35 m 2/g以上10.00 m 2/g以下，氧化鋅(ZnO)相之含量為0質量%以上0.8質量%以下(專利文獻1之請求項1)。又，據專利文獻1記載，該鐵氧體粉末可於高頻下抑制磁損耗，且於應用於複合材料或複合體時，可於不損害成形性及填充性的情況下抑制粒子脫落(專利文獻1之[0024])。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2022/209640號
[發明所欲解決之問題]
如此，先前已提出使用球狀或多面體狀之鐵氧體粉末來改善複合材料或複合體之成形性及填充性。然而，本發明人等進行調查，結果發現存在如下問題，即，當將先前之鐵氧體粉末與樹脂複合化，進而進行加熱成型而製作樹脂成型體(複合體)時，會發生該樹脂成型體之磁導率隨時間之推移而逐漸降低之現象(磁導率減落(Disaccommodation))。
本發明人等進一步進行研究，結果發現磁導率之時間變化受鐵氧體中所含之鐵磁性鐵(Fe)氧化物中具有晶格空位之γ-Fe 2O 3之影響較大。並且，得出如下見解，即，藉由抑制γ-Fe 2O 3之產生而控制晶格空孔率，從而可獲得於維持高填充性、高頻下之較高磁導率及較低損耗的同時，磁導率之經時穩定性優異之鐵氧體粉末。
因此，本發明之課題在於提供一種於維持高填充性、高頻下之較高磁導率及較低損耗的同時，磁導率之經時穩定性優異之鐵氧體粉末。 [解決問題之技術手段]
本發明包含下述(1)～(4)之態樣。再者，本說明書中，「～」之表述包含其兩端之數值。即，「X～Y」與「X以上Y以下」同義。
(1)一種鐵氧體粉末，其以56.0質量%以上63.0質量%以下之比率包含鐵(Fe)，以7.0質量%以上13.0質量%以下之比率包含錳(Mn)，並以1.0質量%以上3.0質量%以下之比率包含鋅(Zn)。
(2)如上述(1)之鐵氧體粉末，其中 上述鐵氧體粉末包含以尖晶石相為主成分之球狀形態鐵氧體粒子， 上述尖晶石相之鐵(Fe)量超過化學計量比，且晶格空孔率為0莫耳%以上90莫耳%以下， 上述鐵氧體粉末之形狀係數SF-1為100以上110以下，且體積平均粒徑(D50)為2.0 μm以上20 μm以下。
(3)如上述(1)或(2)之鐵氧體粉末，其中α-氧化鐵(α-Fe 2O 3)之含量為0.0質量%以上3.0質量%以下。
(4)如上述(1)至(3)中任一項之鐵氧體粉末，其中銅(Cu)之含量為0.0質量%以上0.5質量%以下。 [發明之效果]
根據本發明，提供一種於維持高填充性、高頻下之較高磁導率及較低損耗的同時，磁導率之經時穩定性優異之鐵氧體粉末。
對本發明之具體實施方式(以下稱為「本實施方式」)進行說明。再者，本發明並不限定於以下實施方式，可於不變更本發明之主旨之範圍內進行多種變更。
＜＜1.鐵氧體粉末＞＞ 本實施方式之鐵氧體粉末以56.0質量%以上63.0質量%以下之比率包含鐵(Fe)，以7.0質量%以上13.0質量%以下之比率包含錳(Mn)，並以1.0質量%以上3.0質量%以下之比率包含鋅(Zn)。
鐵氧體粉末(以下，有時會簡稱為「粉末」)由複數個鐵氧體粒子(以下，有時會簡稱為「粒子」)構成。即，鐵氧體粉末係複數個鐵氧體粒子之集合體。又，構成鐵氧體粉末之鐵氧體粒子基本上獨立。因此，鐵氧體粉末於單獨為上述鐵氧體粒子之情形時整體上顯示出流動性。但是，只要整體上顯示出流動性，則不排除鐵氧體粉末中所含之數個粒子結合而形成凝集粒子(二次粒子)之情況。
本實施方式之鐵氧體粉末(粒子)以尖晶石相為主相。即，尖晶石相之含有比率為50.0質量%以上。尖晶石相係具有MFe 2O 4(其中，M為過渡金屬元素等金屬元素或空位)所表示之基本組成之鐵氧化物系化合物，其多為鐵磁體。因此，以尖晶石相為主相之鐵氧體粉末顯示出優異之磁特性。
又，本實施方式之鐵氧體粉末具有包含鐵(Fe)、錳(Mn)及鋅(Zn)之Mn-Zn系鐵氧體之組成。Mn-Zn系鐵氧體通常有磁導率較高之特徵。因此，於將鐵氧體粉末應用於電感器等元件之情形時，可獲得優異之磁特性。
鐵氧體粉末之鐵(Fe)量為56.0質量%以上63.0質量%以下。若Fe量低於56.0質量%，則相對地Mn量及/或Zn量增多。於此情形時，損耗係數(tanδ)自50 MHz附近之相對較低頻率開始趨於增大，但亦視組成比而定。由於損耗較大，因此不適合用於電感器等高頻用途。Fe量較佳為57質量%以上，更佳為58質量%以上。另一方面，若Fe量超過63.0質量%，則相對地Mn量及/或Zn量減少。複磁導率之實部(磁導率實部；μ')較低，而無法獲得較高之飽和磁通密度。因此，同樣不適合用於電感器等用途。Fe量較佳為62.5質量%以下，更佳為62質量%以下。Fe量較佳為57質量%以上62.5質量%以下，更佳為58質量%以上62質量%以下。
鐵氧體粉末之錳(Mn)量為7.0質量%以上13.0質量%以下。若Mn量低於7.0質量%，則相對地Fe量及/或Zn量增多。於此情形時，磁導率實部(μ')降低，因此，不適合用於電感器等用途。Mn量較佳為7.3質量%以上，更佳為7.5質量%以上。另一方面，若Mn量超過13.0質量%，則相對地Fe量及/或Zn量減少。損耗係數(tanδ)自50 MHz附近之相對較低之頻率開始趨於增大，但亦視組成比而定。因此，同樣不適合用於電感器等高頻用途。Mn量較佳為12質量%以下，更佳為11%以下。Mn量較佳為7.3質量%以上12質量%以下，更佳為7.5質量%以上11質量%以下。
鐵氧體粉末之鋅(Zn)量為1.0質量%以上3.0質量%以下。若Zn量低於1.0質量%，則難以獲得添加Zn之效果，磁導率實部(μ')降低。另一方面，若Zn量超過3.0質量%，則50 MHz下之損耗係數(tanδ)增大。又，若Zn過多，則可能會於構成鐵氧體粉末之鐵氧體粒子表面附著微粒子狀氧化鋅(ZnO)。其原因在於，於製造鐵氧體粉末時之高溫熱處理步驟(熔射步驟等)中，過剩之Zn之一部分揮發，於鐵氧體粒子表面成為微粒子狀ZnO而再析出。若ZnO附著於鐵氧體粒子表面，則於將鐵氧體粉末及樹脂混合並混練而製作複合材料時，有組合物之黏度急遽升高而難以製作之虞。
鐵氧體粉末較佳為以57質量%以上62.5質量%以下之比率包含鐵(Fe)，以7.3質量%以上12質量%以下之比率包含錳(Mn)，並以1.0質量%以上3.0質量%以下之比率包含鋅(Zn)，更佳為以58質量%以上62質量%以下之比率包含鐵(Fe)，以7.5質量%以上11質量%以下之比率包含錳(Mn)，並以1.0質量%以上3.0質量%以下之比率包含鋅(Zn)。
較適宜為，鐵氧體粉末包含以尖晶石相為主成分之球狀形態鐵氧體粒子。此處，球狀形態鐵氧體粒子不僅包括球狀粒子，還包括多面體狀粒子。藉由將鐵氧體粉末中所含之粒子之形狀控制為球狀形態(球狀、多面體狀)，可使鐵氧體粉末之成形性及填充性優異。其原因在於，球狀形態粒子於成形時與其他粒子接觸時可順利地避讓。因此，在改善成形時之流動性的同時，可實現緊密填充。相對於此，具有諸如板狀或針狀等各向異性形狀或不定形狀之粒子之成形性及填充性較差。
構成鐵氧體粉末之鐵氧體粒子可一部分為球狀形態鐵氧體粒子，亦可全部為球狀形態鐵氧體粒子。然而，基於提高成形性及填充性之觀點而言，較佳為球狀形態鐵氧體粒子之比率較高。具體而言，球狀形態鐵氧體粒子之比率較佳為50個數%以上。
多面體狀之粒子基本上具有複數個多邊形立體地組合而成之形狀。作為構成多面體之多邊形，典型而言，反映鐵氧體粒子之結晶結構，而包含三角形、四邊形、六邊形、八邊形、十邊形或其等之組合。作為此種多面體，例如可例舉包含四邊形、六邊形、及八邊形之組合之斜方截角立方八面體。又，多面體之面之數量越多，則越接近球。因此，多面體狀粒子較佳為具有10面體以上之形狀，更佳為具有12面體以上之形狀，進而較佳為具有14面體以上之形狀。又，多面體狀粒子典型而言，具有100面體以下之形狀，更典型而言具有72面體以下之形狀，進而典型而言具有24面體以下之形狀。
再者，關於構成多邊形之直線之一處或複數處斷裂之粒子、或直線之一部分成為曲線之粒子，若為觀察整個粒子時能夠被識別為多面體狀之程度，則亦包括在多面體狀粒子中。又，構成多邊形之直線包含有較細之鋸齒的粒子亦包括在多面體狀粒子中。進而，球狀形態階梯粒子可於其表面具有階梯結構。於此情形時，嚴格來說，可能並非完全之球狀或多面體狀。然而，該階梯結構明顯小於粒子之尺寸。因此，將即便具有此種微觀階梯結構，但宏觀上觀察時仍具有球或多面體之形狀之粒子作為球狀或多面體狀之粒子。
較適宜為，鐵氧體粉末中所含之鐵氧體粒子(球狀形態階梯粒子)於其表面具備階梯結構。藉由包含此種具有階梯結構之粒子，於將鐵氧體粉末應用於複合材料或複合體時，與樹脂之密接力提高，粒子脫落得到抑制。其詳細之機制尚不明確，但推測由於存在階梯結構，因此粒子之表面積、即與樹脂之接觸面積增大，其結果，粒子與樹脂之間之化學結合力增高。又，亦推測藉由在階梯結構之階差處粒子與樹脂嵌合，從而樹脂之投錨效應發揮作用，粒子與樹脂之間之物理結合力增高。
階梯結構於鐵氧體粒子表面具有凸多邊形狀之輪廓。即，於對粒子進行表面觀察時，階梯結構之外形(輪廓)為凸多邊形狀。換而言之，以藉由直線之組合來包圍粒子表面之一區域之方式設有階梯結構。藉由設置此種階梯結構，可更有效地防止粒子之脫落。此處，凸多邊形係指任意內角為180℃以下之多邊形。又，亦可謂將位於內部或邊界之任意兩點之間連結的線段不向外伸出之多邊形。即，並非星形等凹多邊形(非凸多邊形)。階梯結構之輪廓只要係凸多邊形狀則並無限定。然而，反映鐵氧體之結晶結構，而輪廓典型而言為三角形、四邊形、六邊形、八邊形、十邊形。又，鐵氧體粒子可於其表面具備複數個階梯結構。藉此，可進一步有效地防止粒子脫落。
較適宜為，鐵氧體粉末中所含之尖晶石相之鐵(Fe)量超過化學計量組成。即，尖晶石相具有鐵(Fe)超過化學計量組成之組成。如上所述，尖晶石相具有由MFe 2O 4(其中，M為過渡金屬元素等金屬元素或空位)表示之基本組成。因此，於M為除Fe以外之元素之化學計量組成中，相對於尖晶石相中所含之M與Fe之合計量，Fe量之莫耳比率為2/3。於Fe量之比率多於2/3之情形時，Fe併入M位，尖晶石相之組成成為(M，Fe)Fe 2O 4。藉由使尖晶石相中所含之Fe量多於化學計量組成，可降低高頻下之損耗係數(tanδ)，其結果，實現鐵氧體粉末之低損耗化。
較適宜為，尖晶石相中，其晶格空孔率為0莫耳%以上90莫耳%以下。晶格空孔率定義為γ-Fe 2O 3之莫耳數相對於鐵氧體粉末(尖晶石相)中所含之Fe 3O 4(磁鐵礦)與γ-Fe 2O 3(磁赤鐵礦)之合計莫耳數的比率(γ-Fe 2O 3莫耳數/(Fe 3O 4莫耳數＋γ-Fe 2O 3莫耳數))。藉由抑制晶格空孔率，可減小鐵氧體粉末之磁導率之時間變化。相對於此，若晶格空孔率超過90莫耳%，則磁導率之歷時長時間之時的時間變化增大。因此，於使用鐵氧體粉末作為電感器用磁芯之填料之情形時，電感器之性能經時地發生變化。於此情形時，難以獲得最初設計之性能，且會導致電子機器動作不良。
針對該點進行說明，如上所述，鐵(Fe)過剩之尖晶石相具有(M，Fe)Fe 2O 4之組成。即，於作為氧化物之尖晶石相之結晶中包含大量Fe。且說，Fe之氧化物存在α-Fe 2O 3(赤鐵礦)、γ-Fe 2O 3(磁赤鐵礦)、及Fe 3O 4(磁鐵礦)等各種形態。其中，α-Fe 2O 3與FeO為反鐵磁體，不顯示出鐵磁性之性質。又，該等不具有尖晶石結構。
相對於此，Fe 3O 4(磁鐵礦)及γ-Fe 2O 3(磁赤鐵礦)為鐵磁體。又，Fe 3O 4之組成式可改寫為Fe 3+(Fe 2+、Fe 3+) 2O 4，γ-Fe 2O 3之組成式可改寫為Fe 3+(Fe 3+ 5/6V 1/6) 2O 4(其中V為晶格空位)。因此，該等具有尖晶石結構。因此，可謂鐵(Fe)過剩之尖晶石相包含Fe 3O 4(磁鐵礦)及γ-Fe 2O 3(磁赤鐵礦)中之一者或兩者。
具有尖晶石結構之Fe 3O 4(磁鐵礦)於結晶結構中不具有晶格空位，相對於此，γ-Fe 2O 3(磁赤鐵礦)具有晶格空位(V)。因此，包含γ-Fe 2O 3之鐵氧體粉末於尖晶石相中具有晶格空位(V)，且γ-Fe 2O 3量越多，晶格空位之數量越增加。又，晶格空位之數越多，即，γ-Fe 2O 3量越多，則磁導率之時間變化越大。作為其原因，認為與如下現象產生相互作用有關，即：鐵氧體之晶格中存在之晶格空位隨時間推移一面在晶格內移動一面穩定至能量穩定之狀態(位置)之現象；及晶格空位之存在妨礙磁壁之移動之現象。
因此，藉由減少尖晶石相中之γ-Fe 2O 3之量、即晶格空孔率，可減小磁導率之時間變化。基於抑制磁導率之時間變化之觀點而言，較理想為晶格空孔率較小。晶格空孔率更佳為90莫耳%以下，進而較佳為85莫耳%以下。另一方面，藉由將晶格空孔率提高至某一程度，可將損耗係數(tanδ)抑制地較低。晶格空孔率較佳為20莫耳%以上，更佳為30莫耳%以上，進而較佳為40莫耳%以上。晶格空孔率更佳為20莫耳%以上90莫耳%以下，進而較佳為30莫耳%以上90莫耳%以下，尤佳為40莫耳%以上85莫耳%以下。
如上所述，晶格空孔率係γ-Fe 2O 3之莫耳數相對於Fe 3O 4及γ-Fe 2O 3之合計莫耳數的比率。認為顯示出鐵磁性之Fe氧化物為Fe 3O 4及γ-Fe 2O 3這兩種尖晶石化合物，於尖晶石中，該等兩種Fe氧化物以非化學計量化合物之形式存在。因此，藉由使用鐵磁性Fe氧化物(Fe 3O 4、γ-Fe 2O 3)中之含晶格空位之Fe氧化物(γ-Fe 2O 3)之比率(晶格空孔率)作為指標，可估算尖晶石中之晶格空位比率。
以如下所述之方式求出晶格空孔率。首先，將鐵氧體粉末供於化學分析，以質量百分率(質量%)之形式求出粉末中之Fe、Mn、Zn及Cu之量。又，另外藉由氧化還原滴定，求出鐵氧體粉末中所含之二價鐵(Fe 2+)之量。進而，將鐵氧體粉末供於X射線繞射(XRD)分析，求出粉末中之α-Fe 2O 3(赤鐵礦)量。
繼而，使用Fe之原子量(55.85)、Mn之原子量(54.94)、Zn之原子量(65.39)、Cu之原子量(63.55)、及α-Fe 2O 3之式量(159.70)，根據下述(1)～(6)式，算出換算成莫耳數之Fe量A、Mn量B、Zn量C、Fe 2+量D、α-Fe 2O 3量E、及Cu量F。其後，根據下述(7)及(8)式，求出過剩Fe量G(莫耳數)及具有晶格空位之Fe化合物(γ-Fe 2O 3)量H(莫耳數)。最後，根據下述(9)式算出晶格空孔率I(莫耳%)。
[數1]
[數2]
再者，鐵氧體粉末可能會包含α-Fe 2O 3(赤鐵礦)。又，於鐵氧體粉末包含銅(Cu)之情形時，可能會形成CuOFe 5O 8(銅-鐵複合氧化物)。α-Fe 2O 3及CuOFe 5O 8並非具有尖晶石結構之鐵磁體。因此，於藉由上述(7)式算出尖晶石相中之過剩Fe量時，排除α-Fe 2O 3或CuOFe 5O 8中所含之Fe之量。又，Fe 3O 4(磁鐵礦)包含二價鐵離子(Fe 2+)，相對於此，γ-Fe 2O 3(磁赤鐵礦)不含Fe 2+。因此，於藉由上述(8)式算出γ-Fe 2O 3量時，排除Fe 3O 4中所含之Fe 2+之量。
又，根據上述(7)式求出之過剩之Fe量只要大於零(0)即可。此時，鐵氧體粉末中所含之尖晶石相之鐵(Fe)量超過化學計量組成。
較適宜為，鐵氧體粉末之過剩鐵(Fe)之比率為25莫耳%以上70莫耳%以下。當過剩Fe之比率低於25莫耳%時，雖然磁導率實部(μ')增加，但損耗係數(tanδ)增大。因此，不適合將鐵氧體粉末用作電感器之磁芯用填料。又，於過剩Fe之比率超過70莫耳%之情形時，雖然損耗係數(tanδ)減小，但磁導率實部(μ')亦降低。因此，同樣不適合將鐵氧體粉末用作電感器之磁芯用填料。過剩Fe之比率更佳為35莫耳%以上70莫耳%以下，進而較佳為40莫耳%以上70莫耳%以下。再者，過剩Fe之比率係過剩之Fe量相對於Fe總量之比率，根據下述(10)式求出。
[數3]
較適宜為，鐵氧體粉末中所含之鐵(Fe)相對於錳(Mn)之質量比(Fe/Mn質量比)為5.5以上8.0以下。若Zn量處於1質量%以上3質量%以下之範圍內，且Fe/Mn質量比為5.5以上8.0以下，則可平衡性良好地同時實現鐵氧體粉末之高磁導率化及低損耗化。因此，可提高μ'Q乘積。
較適宜為，鐵氧體粉末之銅(Cu)之含量為0質量%以上1.0質量%以下。Cu容易於鐵氧體粒子中發生偏析。若發生偏析，則有鐵氧體粉末之磁特性劣化之虞。藉由將Cu量抑制在1.0質量%以下，可抑制導致磁特性劣化之偏析之產生。另一方面，Cu有使Fe之價數穩定之作用。藉由適當地添加Cu，可抑制晶格空位之產生，從而可抑制磁導率之歷時長時間之時的經時變化，但亦視鐵氧體粉末之製造方法而定。Cu含量更佳為0質量%以上0.50質量%以下，進而較佳為0質量%以上0.35質量%以下。
再者，鐵氧體粉末亦可具有包含鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)及氧(O)，且剩餘部分為不可避免之雜質之組成。或者，亦可包含除Fe、Mn、Zn、Cu及O以外之其他成分元素。作為此種成分元素，可例舉：鋰(Li)、鎂(Mg)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鈷(Co)、及鎳(Ni)等。然而，基於充分發揮Mn-Zn系鐵氧體之優異之磁特性之觀點而言，較佳為不大量包含除Fe、Mn、Zn、Cu及O以外之其他成分元素。其他成分元素之含量較佳為10質量%以下，更佳為5質量%以下，進而較佳為1質量%以下。
較適宜為，鐵氧體粉末(鐵氧體粒子)中之尖晶石相之含有比率為80.0質量%以上。作為鐵磁體之尖晶石相係成為鐵氧體粉末之磁特性表現主體之結晶相。藉由提高尖晶石相比率，可提高鐵氧體粉末之飽和磁化(σs)及磁導率(μ)。尖晶石相比率更佳為85.0質量%以上，進而較佳為90.0質量%以上，尤佳為95.0質量%以上，最佳為99.0質量%以上。再者，尖晶石相比率為100.0質量%以下。
較適宜為，鐵氧體粉末中之氧化鋅(ZnO)含量為0.0質量%以上1.0質量%以下。氧化鋅(ZnO)係源自未鐵氧體化之鋅(Zn)之異相。大量包含ZnO之鐵氧體粉末之磁特性較低。又，該鐵氧體粉末於應用於樹脂組合物時可能會引起增加組合物之黏度之問題。因此，作為異相之ZnO越少則越佳。ZnO含量更佳為0.0質量%以上0.8質量%以下，進而較佳為0.0質量%以上0.5質量%以下。
較適宜為，鐵氧體粉末中之α-氧化鐵(α-Fe 2O 3)含量為0.0質量%以上3.0質量%以下。α-Fe 2O 3係作為反鐵磁體之異相。若α-Fe 2O 3過多，則鐵氧體粉末之磁特性降低。若α-Fe 2O 3量為上述範圍內，則對磁特性之影響較少。因此，藉由使α-Fe 2O 3量落入該範圍內，可防止磁特性、尤其是飽和磁化(σs)降低、或於用於電感器之情形時飽和磁通密度降低。
構成鐵氧體粉末之粒子可由單晶及多晶中之任一者構成。然而，較佳為由多晶構成。又，構成鐵氧體粉末之粒子之平均微晶直徑較佳為150 nm以上220 nm以下。
較適宜為，鐵氧體粉末之體積平均粒徑(D50)為2.0 μm以上20 μm以下。此處，體積平均粒徑係體積粒度分佈中之累積50%直徑(D50)。藉由將D50提高至2.0 μm以上，可抑制鐵氧體粉末之凝集，可進一步提高成形性及填充性。又，藉由將粒徑提高至一定程度，可控制鐵氧體粉末之晶格空孔率，但亦視製造條件而定。即，粒徑較小之鐵氧體粒子之比表面積較大。因此，有在製造鐵氧體粉末時之熔射等高溫熱處理步驟中容易進行氧化，容易產生具有晶格空位之γ-Fe 2O 3之趨勢。基於提高成形性及填充性、以及控制晶格空孔率之觀點而言，D50更佳為2.3 μm以上，進而較佳為2.5 μm以上，尤佳為2.8 μm以上，最佳為3.0 μm以上。另一方面，藉由將D50抑制在20 μm以下，可抑制粒子間空隙之產生，使填充性更加優異。基於提高填充性之觀點而言，D50更佳為12 μm以下，進而較佳為10 μm以下，尤佳為8.0 μm以下，最佳為7.0 μm以下。D50更佳為2.3 μm以上12 μm以下，進而較佳為2.5 μm以上10 μm以下，尤佳為2.8 μm以上8.0 μm以下，最佳為3.0 μm以上7.0 μm以下。
較適宜為，鐵氧體粉末之形狀係數SF-1為100以上110以下。SF-1係構成粉末之粒子之球形度之指標。若為完全之球形，則SF-1為100，越偏離球形，則SF-1越大。藉由將SF-1抑制在110以下，無論粒子是球狀抑或是多面體狀，粉末之流動性均提高，成形性及填充性均更優異。SF-1更佳為105以下，進而較佳為103以下。SF-1更佳為100以上105以下，進而較佳為100以上103以下。
較適宜為，鐵氧體粉末之形狀係數SF-2為100以上110以下。SF-2係表示構成粉末之粒子表面之凹凸程度之指標。若無表面凹凸，則SF-2為100，凹凸越深，則SF-2越大。若鐵氧體粉末於粒子表面具有微觀之階梯結構，則藉此製成複合材料或複合體時，與樹脂之密接性提高，粒子之脫落得到抑制。因此，更佳為SF-2適度高，具體而言為101以上。另一方面，若SF-2過高，則粉末之流動度下降，其有導致成形性及填充性降低之虞。SF-2更佳為105以下，進而較佳為103以下。SF-2更佳為101以上105以下，進而較佳為101以上103以下。
較適宜為，鐵氧體粉末之BET比表面積為0.2 m 2/g以上2.0 m 2/g以下。藉由使BET比表面積較大為0.2 m 2/g以上，從而抑制產生粒子間空隙，可進一步提高填充性。又，藉由使BET比表面積落入上述範圍內，於將鐵氧體粉末應用於複合材料或複合體時，與樹脂之密接性進一步良好。基於提高填充性及密接性之觀點而言，BET比表面積更佳為0.3 m 2/g以上。另一方面，藉由將BET比表面積抑制在2.0 m 2/g以下，從而抑制鐵氧體粉末之凝集，其使得成形性及填充性提高。又，藉由使BET比表面積小至一定程度，可將鐵氧體粉末之晶格空孔率控制在適宜之範圍內，但亦視製造條件而定。基於提高成形性及填充性、以及控制晶格空孔率之觀點而言，BET比表面積更佳為1.5 m 2/g以下，進而較佳為1.0 m 2/g以下。BET比表面積更佳為0.2 m 2/g以上1.5 m 2/g以下，進而較佳為0.3 m 2/g以上1.0 m 2/g以下。
較適宜為，鐵氧體粉末之振實密度為0.50 g/cm 3以上3.50 g/cm 3以下。藉由使小粒徑之粒子與大粒徑之粒子混合存在，可提高振實密度，其結果，鐵氧體粉末之填充性整體變得更加優異。振實密度更佳為1.00 g/cm 3以上3.00 g/cm 3以下。
較適宜為，鐵氧體粉末之真比重為5.00 g/cm 3以上。藉由提高真比重，可提高鐵氧體粉末之磁特性、尤其是飽和磁化(σs)或磁導率(μ)。真比重更佳為5.05 g/cm 3以上。
較適宜為，鐵氧體粉末之50 MHz下之磁導率實部(μ')為7.0以上。藉由提高μ'，可提高包含鐵氧體粉末之電感器等元件之磁特性。μ'更佳為7.5以上，進而較佳為8.0以上。
較適宜為，鐵氧體粉末之50 MHz下之μ'Q乘積為400以上。藉由提高μ'Q乘積，可平衡性良好地同時實現鐵氧體粉末之高磁導率化及低損耗化。μ'Q乘積更佳為450以上，進而較佳為500以上。再者，μ'Q乘積係使用鐵氧體粉末之複磁導率之實部(μ')及損耗係數(tanδ)，根據下述(11)式求出。又，損耗係數(tanδ)係使用複磁導率之實部(μ')及虛部(μ")，根據下述(12)式求出。
[數4]
較適宜為，鐵氧體粉末之50 MHz下之磁導率變化率為0.040以下。磁導率變化率係磁導率之時間變化程度之指標，磁導率變化率越小，則意味著磁導率之時間變化越小，即經時穩定性越優異。認為歷時長時間之時的磁導率之變化係緩和現象之一，可以冪律來近似。因此，經過時間t(單位：hr)後之磁導率μ'(t)如下述(13)式所示，與時間t之自然對數ln(t)存在近似線性關係。再者，下述(13)式中，A表示直線之斜率，B表示截距。並且，如下述(14)式所示，將直線之斜率A之絕對值定為磁導率變化率。
[數5]
若磁導率變化率為0.040以下，則可判斷歷時長時間之時的磁導率之時間變化較小。相對於此，於磁導率變化率超過0.040之情形時，當將鐵氧體粉末用於電感器之磁芯填料時，電感器之性能經時地發生變化。因此，難以獲得最初設計之性能(輸出)，有導致電子機器動作不良之虞。
＜＜2.鐵氧體粉末之製造方法＞＞ 本實施方式之鐵氧體粉末只要滿足上述要件，則其製造方法並無限定。然而，較適宜為，如下所示，藉由將鐵氧體原料之混合物於特定之條件下進行熔射，繼而進行急冷而製造。
＜原料混合＞ 首先，將鐵氧體原料混合而製成原料混合物。作為鐵氧體原料，可使用氧化物、碳酸鹽、氫氧化物及/或氯化物等公知之鐵氧體原料。又，原料之混合只要使用亨舍爾混合機等公知之混合機，以乾式及濕式中之任一者或兩者進行即可。
＜暫時燒成及粉碎＞ 繼而，對所獲得之原料混合物進行暫時燒成而製成暫時燒成物。暫時燒成只要使用公知之方法即可。例如，只要使用旋轉窯、連續爐或批次式爐等爐，於公知之條件下進行即可。例如可例舉如下條件：於大氣等氣氛下，於700℃以上1300℃以下之溫度下保持2小時以上12小時以下之時間。
＜造粒＞ 其後，對所獲得之暫時燒成物進行粉碎及造粒而製成造粒物。粉碎方法並無特別限定。例如，只要使用振磨機、球磨機或珠磨機等公知之粉碎機，以乾式及濕式中之任一者或兩者進行即可。造粒方法亦可為公知之方法。例如，向粉碎後之暫時燒成物中添加水、以及視需要而定之聚乙烯醇(PVA)等黏合劑、分散劑及/或消泡劑等添加劑而調整黏度，其後，使用噴霧乾燥器等造粒機而進行造粒。
於通常之鐵氧體粉末(粒子)之製造中，一般會在正式燒成前去除黏合劑成分。相對於此，本實施方式之製造方法較佳為不進行脫黏合劑處理。藉由在含有黏合劑成分之狀態下進行熔射，並且控制造粒物中所含之碳量，可將最終獲得之鐵氧體粉末之晶格空孔率製備成落於合適範圍內。
較適宜為，造粒物中所含之碳量為0.08質量%以上0.20質量%以下。藉由將造粒物之碳量限定在上述範圍內，可將鐵氧體粉末之晶格空孔率控制為所需之值，但亦視熔射條件而定。相對於此，於碳量過少之情形時，於後續之熔射步驟中，通過火焰之粒子之周圍環境之氧濃度增高。因此，由於鐵氧體粉末進行氧化，因此促進γ-Fe 2O 3之產生，其有導致晶格空孔率上升之虞。另一方面，於碳量過多之情形時，造粒物之黏合劑成分之分解不充分進行。因此，粒徑會過大，有產生形狀不均之粒子之虞。
＜熔射＞ 繼而，對所獲得之造粒物進行熔射而製成熔射物。熔射中，藉由使由氣體搬送之造粒物通過熔射火焰，而使其熔融，進行鐵氧體化。其後，藉由冷卻用氣體使經鐵氧體化之粒子急冷及凝固，用旋風分離器或過濾器將其回收。冷卻用氣體可為室溫之大氣，或者亦可使用低於室溫之溫度之空氣或惰性氣體(氮氣、氦氣、氬氣等)，以防止急冷及氧化。視需要，亦可對回收之鐵氧體粒子進行分級。於分級中，使用既有之風力分級(氣流分級)、篩網過濾、篩(sieve)分級、沉澱等方法，將粒度調整為所需之粒徑。亦可利用旋風分離器等之氣流分級，用一個步驟將大粒徑粒子分離、回收。
為了獲得具備階梯結構之鐵氧體粒子(球狀形態階梯粒子)，重要的是以特定之條件對造粒物進行熔射。於熔射時，使整個造粒物熔融，其後進行急冷。其詳細之機制尚不明確，推測可能於高溫熔融時，反映鐵氧體之結晶結構之多邊形狀之階梯結構形成於粒子表面，藉由急冷而保持該結構。相對於此，認為於以熔融溫度以下之溫度對造粒物進行燒成而製成鐵氧體粒子之情形時，不易形成多邊形狀之階梯結構，且即便形成了多邊形狀之階梯結構，階梯結構亦會由於徐冷而消失。
熔射中，可使用燃燒氣體與氧氣之混合氣體作為可燃性氣體燃燒焰源。燃燒氣體與氧氣之容量比較佳為1：3.5～1：6.0，更佳為1：4.9～1：6.0，進而較佳為1：4.9～1：5.3。藉此，揮發之原料凝結，可適宜地進行小粒徑粒子之形成。例如可例舉如下條件：相對於燃燒氣體流量7 Nm 3/小時，總氧氣流量設為35 Nm 3/小時(燃燒氣體與氧氣之容量比為1：5)。
於在燃燒時燃燒氣體或氧氣過多之情形時，有未用於燃燒之氣體奪取燃燒時之熱而使火焰之溫度下降之虞。未用於燃燒之剩餘燃燒氣體量較佳為所供給之燃燒氣體量之20%以下。又，未用於燃燒之剩餘氧氣量較佳為所供給之氧氣量之20%以下。
相對於原料供給量之燃燒氣體量亦較為重要。具體而言，實際燃料氣體量比較佳為1.05 Nm 3/kg以上2.00 Nm 3/kg以下。此處，實際氣體量比係實際燃燒氣體量相對於原料供給量之比，其根據下述(15)式求出。又，實際燃燒氣體量係用於實際燃燒之燃燒氣體之量，根據下述(16)或(17)式求出。
[數6] [數7] [數8]
作為用於熔射之燃燒氣體，可例舉丙烷氣體、丙烯氣體、乙炔氣體等可燃性氣體，其中宜為丙烷氣體。可使用氮氣、氧氣、空氣等搬送氣體，以將造粒物搬送至可燃性氣體中。搬送之造粒物之流速較佳為20 m/秒以上60 m/秒以下。熔射溫度較佳為1000℃以上3500℃以下，更佳為2000℃以上3500℃以下。
熔射時之原料供給量亦較為重要。即，根據自於熔射火焰中通過時之溫度(給予原料粒子之熱量)冷卻至室溫之間之時間，階梯結構表現機制發生變化。尤其是，藉由對已通過高溫火焰之原料一次粒子進行急冷，而表現出階梯結構。即便係相同溫度之火焰，當原料一次粒子每單位時間之通過數(每小時之處理量)增多時，亦難以表現出階梯結構。基於表現出階梯結構之觀點而言，較佳為熔射原料之供給量較少。例如，供給量較佳為20 kg/小時以下，更佳為10 kg/小時以下，最佳為7 kg/小時以下。
鐵氧體粉末藉由含有鋅(Zn)等蒸氣壓較高之元素，而有效地表現出階梯結構。然而，不僅含有元素較為重要，熔射時之條件亦較為重要。即，藉由將已通過熔射火焰之熔射物以適當之速度自高溫冷卻，從而容易表現出階梯結構。至於與熔射不同之燒成，冷卻速度相對較慢。因此，隨著粒子之晶界生長，階梯結構之外周變得非直線。
冷卻速度對磁特性、尤其是磁導率之頻率特性亦產生較大影響。即，關於在熔射時急冷之粒子，其晶粒尺寸相對較小。因此，於較10 MHz更高之頻率下，損耗係數(tanδ) 較小。另一方面，於燒成時徐冷之粒子由於晶粒尺寸較大，故於高頻下之損耗係數較大。
如此，藉由控制熔射條件，可調整鐵氧體粉末之特性。藉由在較佳之條件下進行熔射，可對所獲得之鐵氧體粒子之形狀進行適宜之調整。又，可將鐵氧體粒子之晶格空孔率控制在所需之範圍內。
＜＜3.鐵氧體樹脂複合材料＞＞ 本實施方式之鐵氧體樹脂複合材料包含上述鐵氧體粉末及樹脂。根據該複合材料，可於不損壞成形性及填充性之情況下抑制鐵氧體粒子之脫落。
作為構成複合材料之樹脂，例如可例舉：環氧樹脂、胺基甲酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚矽氧樹脂、聚醯胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、氟樹脂或其等之組合等。聚矽氧樹脂可為經丙烯醯基、胺基甲酸酯、環氧基及/或氟等改性而成之改性聚矽氧樹脂。
複合材料亦可包含除鐵氧體粉末及樹脂以外之其他成分。作為此種成分，例如可例舉：溶劑、填充劑(有機填充劑、無機填充劑)、塑化劑、抗氧化劑、分散劑、顏料等著色劑及/或導熱性粒子等。
複合材料中之鐵氧體粉末相對於總固形物成分之比率較佳為50質量%以上95質量%以下，更佳為80質量%以上95質量%以下。又，複合材料中之樹脂相對於總固形物成分之比率較佳為5質量%以上50質量%以下，更佳為5質量%以上20質量%以下。藉由將鐵氧體粉末或樹脂之比率設為上述範圍內，從而複合材料中之鐵氧體粉末之分散穩定性、以及複合材料之保存穩定性及成形性優異，並且使複合材料成型所獲得之複合體(成型體)之機械強度或磁特性等特性更加優異。
＜＜4.鐵氧體樹脂複合體＞＞ 本實施方式之鐵氧體樹脂複合體具備上述鐵氧體樹脂組合物之成型體。即，複合體係使鐵氧體樹脂組合物成形而製作。成形方法並無特別限定，例如可例舉：壓縮成形、擠出成形、射出成形、吹塑成形、或壓延成形。又，亦可為於基體上形成複合材料之塗膜之方法。
＜＜5.電子零件＞＞ 本實施方式之電子零件具備上述鐵氧體樹脂複合體。電子零件可為利用鐵氧體之磁特性之公知之零件。作為此種零件，可例舉變壓器或通信用線圈等電感器。本實施方式之電子零件由於包含磁導率時間變化較小之鐵氧體粉末，因此有經時穩定性優異之特長。 [實施例]
使用以下之實施例及比較例，對本實施方式進一步進行詳細說明。然而，本發明並不限定於以下實施例。
(1)鐵氧體粉末之製作 [例1～10] ＜原料混合＞ 使用α-氧化鐵(α-Fe 2O 3)、四氧化錳(Mn 3O 4)、氧化鋅(ZnO)及氧化銅(CuO)作為原料，秤量該等原料，用亨舍爾混合機進行混合。此時，以用Fe 2O 3、MnO、ZnO及CuO換算之原料調配量成為下述表1所示之莫耳量之方式秤量原料。
＜暫時燒成及粉碎＞ 使用旋轉窯，對所獲得之混合物進行暫時燒成。暫時燒成係於下述表1所示之條件(溫度及氛圍)下將混合物保持4小時而進行。繼而，使用乾式珠磨機(3/16英吋之鋼球珠粒)對所獲得之暫時燒成物進行粗粉碎。其後，添加水，使用濕式珠磨機(0.65 mm之氧化鋯珠粒)進行微粉碎，藉此獲得漿料。將漿料中之粉碎粉之粒徑示於下述表1。
＜造粒＞ 向所獲得之漿料中添加聚乙烯醇(PVA，10%水溶液)作為黏合劑。此時，調整PVA添加量。將以固形物成分換算之PVA相對於粉碎粉之添加量示於下述表1。其後，使用噴霧乾燥器，對添加有黏合劑之漿料進行造粒。
＜熔射＞ 將所獲得之造粒物於可燃性氣體燃燒焰中進行熔射及急冷。熔射於下述表1所示之條件(丙烷氣體流量、總氧氣流量、原料供給氧氣流量、燃燒氧氣流量、原料供給量、風量、及熔射溫度)下進行。又，將冷卻用之大氣導入至剛熔射後之燃燒氣體，對產物進行急冷。進而，使用設置於下游側之旋風分離器回收產物，而獲得熔射物。用篩自所獲得之熔射物去除粗粉，進而用分級裝置去除微粉，從而獲得包含Mn-Zn系鐵氧體粒子之鐵氧體粉末。
將例1～10之鐵氧體粉末之製造條件彙總地示於下述表1。再者，例1及例7～10係實施例樣品，例2～例6係比較例樣品。
[表1-1]
表1  鐵氧體粉末之製造條件
原料混合 暫時燒成 粉碎、造粒
Fe 2O 3(mol) MnO (mol) ZnO (mol) CuO (質量%) 溫度 (℃) 氣氛 粉碎粒徑 (一次粒子) (μm) 黏合劑添加量(質量%) 造粒物之粒徑(μm) 造粒物之C量(質量%) PVA量(每25 Kg之原料粉碎粉)(g)
例1 68.84 24.50 6.66 0.00 900 大氣 2.11 0.24 68.2 0.11 600
例2* 63.11 28.61 8.27 0.27 900 大氣 2.11 0.24 65.4 0.12 600
例3* 50.40 38.54 11.07 0.14 900 大氣 2.22 0.24 68.1 0.11 600
例4* 78.15 21.85 0.00 0.00 900 大氣 1.98 0.06 55.4 0.05 150
例5* 68.40 26.70 6.90 0.00 900 大氣 2.42 0.024 60.3 0.04 60
例6* 68.84 24.50 6.66 0.00 900 大氣 2.11 0.72 69.1 0.21 1800
例7 68.84 24.50 6.66 0.48 900 大氣 2.11 0.12 65.9 0.06 300
例8 68.84 24.50 6.66 0.27 900 大氣 2.11 0.36 67.1 0.12 900
例9 68.84 24.50 6.66 1.00 900 大氣 2.11 0.24 64.1 0.09 600
例10 73.91 20.69 5.40 0.00 900 大氣 2.37 0.24 66.0 0.11 600
注1)「*」表示比較例。
[表1-2]
表1  (續上表)鐵氧體粉末之製造條件
熔射
丙烷氣體流量 (m 3/hr) 總氧氣流量 (m 3/hr) 原料供給氧氣流量 (m 3/hr) 燃燒氧氣流量 (m 3/hr) 原料供給量(kg/hr) 風量 熔射溫度 (℃)
例1 7 38 4 34 7 1000 2000≦
例2* 7 38 3 35 6 900 2000≦
例3* 7 38 3.5 34.5 5 900 2000≦
例4* 7 38 5 33 6.75 900 2000≦
例5* 7 38 4 34 5.5 1100 2000≦
例6* 7 38 4 34 7 1000 2000≦
例7 7 38 4 34 7 1000 2000≦
例8 7 38 4 34 7 1000 2000≦
例9 7 35 2 33 8.5 700 2000≦
例10 7.3 38 6 34 7 1000 2000≦
注1)「*」表示比較例。
(2)評價 針對例1～10所製作之鐵氧體粉末，如下所示地對各種特性進行評價。
＜化學分析＞ 將鐵氧體粉末供於化學分析，求出金屬成分含量。首先，秤量鐵氧體粉末0.2 g，向其中添加純水60 ml、1 N鹽酸20 ml、及1 N硝酸20 ml，之後進行加熱，製備試樣完全溶解之水溶液。將所獲得之水溶液設置於ICP(Inductively Coupled Plasma，感應耦合電漿)分析裝置(島津製作所股份有限公司，ICPS-10001V)，測定金屬成分含量。
＜氧化還原滴定＞ 藉由氧化還原滴定求出鐵氧體粉末中所含之二價鐵(Fe 2+)之量。氧化還原滴定依據JIS M 8213進行，使用高錳酸鉀代替重鉻酸鉀。
＜XRD＞ 對鐵氧體粉末進行藉由X射線繞射(XRD)法之分析。分析以如下所示之條件進行。
-X射線繞射裝置：Panalytical公司製造之X'pert MPD(包含高速檢測器) -射線源：Co-Kα -管電壓：45 kV -管電流：40 mA -掃描速度：0.002°/秒(連續掃描) -掃描範圍(2θ)：15～90°
基於所獲得之X射線繞射曲線，求出鐵氧體粉末中所含之尖晶石相、ZnO相、及α-Fe 2O 3相各者之含有比率。又，對X射線繞射曲線進行里特沃爾德分析，估算尖晶石相之晶格常數，根據謝樂公式求出尖晶石相之微晶直徑。
進而，使用藉由化學分析求出之Fe、Mn、Zn、及Cu之量(單位：質量%)、藉由氧化還原滴定求出之二價鐵(Fe 2+)之量(單位：質量%)、及藉由XRD分析求出之α-Fe 2O 3量(單位：質量%)，算出尖晶石相之晶格空孔率及Fe過剩比率等。具體而言，根據上述(1)～(10)式算出。
＜粒子形狀及表面結構＞ 以如下所示之方法對鐵氧體粉末中之粒子之形狀及表面結構進行評價。首先，用掃描電子顯微鏡(SEM；Hitachi High-Technologies公司，SU-8020)觀察鐵氧體粉末。觀察時，將倍率設定為50000倍。其後，以於視野中進入1～30個、較佳為1～10個粒子之狀態進行拍攝。拍攝係隨機拍攝10個視野，確認有無多邊形狀階梯結構。
＜形狀係數＞ 使用粒子圖像分析裝置(Malvern Panalytical公司，Morphologi G3)求出鐵氧體粉末之形狀係數(SF-1及SF-2)。首先，使用粒子圖像分析裝置對鐵氧體粉末進行解析。解析時，針對粉末中30000粒子，逐個粒子地進行圖像解析，自動測定圓形度(Circularity)、周長(Perimeter)、圓相當徑(CE Diameter)。此時，使用倍率10倍之物鏡，於樣品量3 mm 3、分散壓5 bar之條件下，用本裝置配套之分散用治具使粒子分散於載玻片上。
所獲得之資料中，求出體積平均粒徑±5%以內之粒子之資料之平均值作為平均圓形度、平均周長(Perimeter)、平均圓相當徑(CE Diameter)，使用該等，根據下述(18)及(19)式算出SF-1及SF-2。
[數9] [數10]
＜振實密度＞ 使用USP(United States Pharmacopeia，美國藥典)振實密度測定裝置(Hosokawa Micron股份有限公司、Powder Tester PT-X)，依據JIS Z 2512-2012對鐵氧體粉末之振實密度進行測定。
＜真比重＞ 使用氣體置換法，依據JIS Z8807：2012測定鐵氧體粉末之真比重。具體而言，使用全自動真密度測定裝置(Mountech股份有限公司，Macpycno)進行測定。
＜BET比表面積＞ 使用比表面積測定裝置(Mountech股份有限公司，Macsorb HM model-1208)，測定鐵氧體粉末之BET比表面積。首先，將鐵氧體粉末約10 g置於藥包紙上，用真空乾燥機進行脫氣。確認到真空度為0.1 MPa以下之後，於200℃下將其加熱2小時，從而去除附著於粒子表面之水分。其後，將去除水分後之鐵氧體粉末(約0.5～4 g)放入至測定裝置專用之標準樣品槽，用精密天平準確地秤量。繼而，將秤量之鐵氧體粉末設置於測定裝置之測定埠，藉由單點法進行測定。測定環境設為溫度10～30℃、相對濕度20～80%(無凝結)。
＜粒度分佈＞ 以如下所述之方式測定鐵氧體粉末之粒度分佈。首先，將鐵氧體粉末10 g及水80 ml放入100 ml之燒杯中，添加兩滴六偏磷酸鈉作為分散劑。繼而，使用超音波均質機(SMT股份有限公司，UH-150型)進行分散。此時，將超音波均質機之輸出水準設定為4，進行20秒之分散。其後，去除出現於燒杯表面之泡，將所獲得之分散液導入至雷射繞射式粒度分佈測定裝置(島津製作所股份有限公司，SALD-7500nano)進行測定。測定條件設為泵速度7、內置超音波照射時間30、折射率1.70-050i。藉由該測定，求出體積粒度分佈中之10%直徑(D10)、50%直徑(體積平均粒徑、D50)、及90%直徑(D90)。
＜磁特性-飽和磁化、殘留磁化及保磁力＞ 以如下所示之方式測定鐵氧體粉末之磁特性(飽和磁化、殘留磁化及保磁力)。首先，將鐵氧體粉末裝入內徑5 mm、高度2 mm之槽，設置於振動試樣型磁力測定裝置(東英工業股份有限公司，VSM-C7-10A)。施加外加磁場，進行掃描直至5 kOe，繼而，減少外加磁場，繪製磁滯曲線。根據該曲線之資料，求出鐵氧體粉末之飽和磁化σs、殘留磁化σr及保磁力Hc。
＜磁導率＞ 使用RF(radio frequency，射頻)阻抗/材料分析儀(安捷倫科技股份有限公司，E4991B)及磁性材料測定電極(16454A)，測定鐵氧體粉末之磁導率。首先，將鐵氧體粉末9 g及黏合劑樹脂(Kynar301F：聚偏二氟乙烯)1 g放入至聚乙烯製容器(內容量100 ml)中，使用球磨機，於轉速100 rpm之條件下進行攪拌及混合。繼而，將所獲得之混合物(0.6 g左右)填充至模具(內徑4.5 mm，外徑13 mm)，使用加壓機於40 MPa之壓力下進行1分鐘之加壓，而製作成型體。使用熱風乾燥機，於180℃下對所獲得之成型體進行1小時之加熱硬化，而製成測定用樣品。將所獲得之測定用樣品設置於RF阻抗/材料分析儀，輸入預先測定之測定用樣品之外徑、內徑及高度。測定時，將振幅設為100 mV，以對數標度掃描測定頻率1 MHz～3 GHz之範圍。之後，求出頻率50 MHz下之複磁導率之實部(μ')及虛部(μ")。
又，使用50 MHz下之經過72小時後之複磁導率之實部(μ')及虛部(μ")，根據上述(11)及(12)式算出損耗係數(tanδ)及μ'Q乘積。
進而，測定50 MHz下之磁導率實部(μ')之經時變化，直至經過時間為17520小時為止。其後，使用所獲得之資料，根據上述(13)及(14)式求出磁導率變化率。
(3)評價結果 將針對例1～10之鐵氧體粉末所獲得之評價結果示於下述表2～6。又，將例1及5之鐵氧體粉末之磁導率實部(μ')之時間變化示於圖1(例1)及圖2(例5)。
關於作為比較例之例2及例3之鐵氧體粉末，Fe量較低，為54.53質量%以下，Zn量較高，為3.64質量%以上(表2)。因此，50 MHz下之損耗係數(tanδ)較高，為0.028以上，μ'Q乘積較低，為330以下(表5)。可知該等鐵氧體粉末之損耗較大，不適合用於電感器等高頻用途。
關於作為比較例之例4之鐵氧體粉末，Fe量較高，為63.11質量%，Zn量為零(0)(表2)。因此，磁導率實部(μ')較低，為6.45(表5)。可知該鐵氧體粉末之磁導率較低，不適合用於電感器等用途。
關於作為比較例之例5之鐵氧體粉末，Zn量較高，為3.30質量%(表2)。因此，損耗係數(tanδ)較高，為0.024，μ'Q乘積較低，為379(表5)。又，晶格空孔率較高，為100.0%，磁導率變化率較高，為0.061(表3及6)。可知該鐵氧體粉末之損耗較大，磁導率之經時穩定性較差。
作為比較例之例6之鐵氧體粉末包含凝集體(表4)。因此，形狀係數SF-1及SF-2較高，為126～130，體積平均粒徑(D50)較高，為23.11 μm(表4)。又，於粒子表面未確認到階梯結構(表4)。該鐵氧體粉末之損耗係數(tanδ)較高，為0.084，μ'Q乘積較低，為107(表5)。又，磁導率變化率較高，為0.081(表6)。可知該鐵氧體粉末之損耗較大，磁導率之經時穩定性較差。又，認為該鐵氧體粉末製成複合材料(複合體)時之填充性較差。
相對於此，作為實施例之例1及例7～10之鐵氧體粉末具有真球狀(表4)。因此，SF-1及SF-2較低，為101～102，於表面具有多邊形階梯結構，並且D50相對較小，為9.92 μm以下(表4)。又，晶格空孔率為80.5莫耳%以下(表3)。該等鐵氧體粉末之磁導率實部(μ')為8.23以上，μ'Q乘積為439以上(表5)。又，磁導率變化率較低，為0.038以下，尤其是例9之鐵氧體粉末之磁導率變化率極低，為0.005(表6)。因此，可知該等鐵氧體粉末之磁導率較高，且損耗較低，並且磁導率時間變化較小。
根據以上結果可理解，根據本實施方式，可獲得於維持高填充性、高頻下之較高磁導率及較低損耗的同時，磁導率之經時穩定性優異的鐵氧體粉末。
[表2]
表2  鐵氧體粉末之特性
化學分析(ICP) 滴定法 Fe 2+量 (質量%) XRD
Fe (質量%) Mn (質量%) Zn (質量%) Cu (質量%) Fe/Mn 質量比 尖晶石相(質量%) ZnO (質量%) α-Fe 2O 3(質量%) 微晶直徑 (nm)
例1 59.80 9.67 2.61 0.00 6.18 3.1 99.3 0.0 0.7 188
例2* 54.53 10.98 3.64 0.11 4.97 2.6 98.8 0.0 1.2 181
例3* 51.40 16.02 4.12 0.05 3.21 1.6 98.7 0.0 1.3 183
例4* 63.11 7.41 0.00 0.00 8.52 3.3 94.9 0.0 5.1 227
例5* 56.00 12.70 3.30 0.00 4.41 0.0 97.9 0.1 2.0 183
例6* 58.40 10.97 3.18 0.00 5.46 4.8 95.5 0.2 4.3 191
例7 59.40 9.67 2.78 0.24 6.14 3.4 97.6 0.0 2.4 190
例8 59.70 9.78 2.60 0.11 6.10 5.1 98.3 0.0 1.7 190
例9 60.20 9.55 2.37 0.49 6.30 6.5 99.0 0.0 1.0 190
例10 61.60 8.00 2.41 0.00 7.70 3.7 99.2 0.0 0.8 173
注1)「*」表示比較例。
[表3]
表3  鐵氧體粉末之成分組成及晶格空孔率
Fe量： A(mol) Mn量： B(mol) Zn量： C(mol) Fe 2+量： D(mol) α-Fe 2O 3量： E(mol) Cu量： F(mol) 過剩Fe量： G(mol) γ-Fe 2O 3量： H(mol) 晶格空孔率： I(莫耳%) 過剩Fe之比率： J(莫耳%)
例1 1.071 0.176 0.040 0.056 0.004 0.000 0.630 0.231 80.5 58.85
例2* 0.976 0.200 0.056 0.047 0.008 0.002 0.442 0.150 76.2 45.22
例3* 0.920 0.292 0.063 0.029 0.008 0.001 0.191 0.052 64.7 20.74
例4* 1.130 0.135 0.000 0.060 0.032 0.000 0.796 0.308 83.8 70.48
例5* 1.003 0.231 0.050 0.000 0.013 0.000 0.414 0.207 100.0 41.33
例6* 1.046 0.200 0.049 0.085 0.027 0.000 0.495 0.133 58.5 47.36
例7 1.064 0.176 0.043 0.061 0.015 0.004 0.578 0.197 76.3 54.31
例8 1.069 0.178 0.040 0.092 0.011 0.002 0.603 0.164 64.2 56.45
例9 1.078 0.174 0.036 0.116 0.006 0.008 0.607 0.129 52.6 56.28
例10 1.103 0.146 0.037 0.067 0.005 0.000 0.728 0.264 79.7 66.00
注1)「*」表示比較例。
[表4]
表4  鐵氧體粉末之特性
所獲得之粒子之粒子形狀 粒子之表面結構 粉體特性 粒度分佈
形狀 SF-1 SF-2 階梯形狀 振實 密度 (g/cm 3) 真比重 (g/cm 3) BET (m 2/g) D10 (μm) D50 (μm) D90 (μm)
例1 真球狀 101 101 多邊形 2.78 5.10 0.65 1.60 3.16 7.11
例2* 真球狀 102 101 多邊形 2.83 5.16 0.62 1.82 3.43 6.86
例3* 真球狀 102 101 多邊形 2.85 5.25 0.78 1.55 2.80 6.33
例4* 真球狀 104 102 多邊形 2.86 4.99 0.66 1.91 3.83 8.34
例5* 真球狀 101 101 多邊形 2.77 5.19 0.57 1.73 3.53 8.52
例6* 真球狀＋凝集體 126 130 無 3.15 5.10 0.14 6.82 23.11 43.28
例7 真球狀 102 101 多邊形 2.96 5.10 0.70 1.73 3.57 8.84
例8 真球狀 101 101 多邊形 2.96 5.10 0.71 1.15 3.81 8.67
例9 真球狀 101 101 多邊形 3.06 5.10 0.39 2.55 9.92 23.13
例10 真球狀 101 101 多邊形 2.76 5.08 0.57 1.84 3.48 8.22
注1)「*」表示比較例。
[表5]
表5  鐵氧體粉末之特性
磁特性(VSM@5 kOe) 磁導率(@50 MHz，72 hrs)
σs (Am 2/kg) σr (Am 2/kg) Hc (Oe) μ' tanδ μ'Q乘積
例1 85.9 2.2 31.9 8.79 0.007 1205
例2* 86.2 2.1 31.1 9.24 0.028 330
例3* 78.6 2.0 29.2 9.79 0.041 238
例4* 86.2 2.9 41.6 6.45 0.006 1080
例5* 86.0 2.1 30.1 9.09 0.024 379
例6* 75.4 4.5 45.2 8.96 0.084 107
例7 84.4 2.3 33.0 8.57 0.013 681
例8 86.9 2.1 31.4 8.52 0.017 501
例9 86.2 2.1 30.2 9.22 0.021 439
例10 86.8 2.4 34.5 8.23 0.012 677
注1)「*」表示比較例。
[表6]
表6  磁導率之經時變化
磁導率μ'(@50 MHz) 近似直線 磁導率變化率
1 hr 24 hr 48 hr 72 hr 96 hr 120 hr 144 hr 168 hr 336 hr 504 hr 4392 hr 17520 hr 斜率A 截距B
例1 8.83 8.79 8.76 8.79 8.74 8.65 8.68 8.67 8.63 8.67 8.56 8.51 -0.037 8.88 0.037
例2* 9.38 9.31 9.29 9.24 9.23 9.22 9.26 9.27 9.19 9.18 9.12 9.08 -0.031 9.39 0.031
例3* 9.80 9.80 9.79 9.79 9.79 9.79 9.79 9.79 9.79 9.79 9.78 9.78 -0.002 9.80 0.002
例4* 6.65 6.50 6.47 6.45 6.44 6.43 6.42 6.41 6.38 6.36 6.26 6.20 -0.046 6.65 0.046
例5* 9.35 9.16 9.11 9.09 9.07 9.06 9.05 9.04 9.00 8.97 8.84 8.75 -0.061 9.35 0.061
例6* 9.31 9.05 9.00 8.96 8.94 8.92 8.91 8.89 8.84 8.81 8.63 8.52 -0.081 9.31 0.081
例7 8.75 8.75 8.61 8.57 8.58 8.57 8.56 8.56 8.53 8.52 8.43 8.38 -0.038 8.75 0.038
例8 8.57 8.59 8.49 8.52 8.48 8.47 8.47 8.47 8.45 8.44 8.40 8.37 -0.021 8.57 0.021
例9 9.24 9.24 9.22 9.22 9.22 9.22 9.22 9.22 9.21 9.21 9.20 9.20 -0.005 9.24 0.005
例10 8.39 8.39 8.24 8.23 8.22 8.21 8.20 8.20 8.17 8.15 8.07 8.07 -0.037 8.39 0.037
注1)「*」表示比較例。
圖1表示鐵氧體粉末之磁導率實部(μ')之時間變化(例1)。 圖2表示鐵氧體粉末之磁導率實部(μ')之時間變化(例5)。

Claims (4)

  1. 一種鐵氧體粉末，其以56.0質量%以上63.0質量%以下之比率包含鐵(Fe)，以7.0質量%以上13.0質量%以下之比率包含錳(Mn)，並以1.0質量%以上3.0質量%以下之比率包含鋅(Zn)。
  2. 如請求項1之鐵氧體粉末，其中 上述鐵氧體粉末包含以尖晶石相為主成分之球狀形態鐵氧體粒子， 上述尖晶石相之鐵(Fe)量超過化學計量比，且晶格空孔率為0莫耳%以上90莫耳%以下， 上述鐵氧體粉末之形狀係數SF-1為100以上110以下，且體積平均粒徑(D50)為2.0 μm以上20 μm以下。
  3. 如請求項1或2之鐵氧體粉末，其中α-氧化鐵(α-Fe 2O 3)之含量為0.0質量%以上3.0質量%以下。
  4. 如請求項1或2之鐵氧體粉末，其中銅(Cu)之含量為0.0質量%以上0.5質量%以下。
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