第三十四讲、镍锌铁氧体（NiZnFe
2O
4
）及其工艺
教学目标：熟悉镍锌铁氧体（NiZnFe
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）的工艺
职业技能教学点：1添加剂2离子取代新课教学：
在1～100MHz范围内，NiZnFe
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4
应用最广泛。

使用频率高、频带宽。

由于Ni2+
不易变价，故可在氧气氛中烧结，以避免Fe2+离子的产生。

电阻率ρ可达106Ω.cm 以上。

缺点是：Ni资源缺乏，故生产成本较高。

一、基本配方
Fe
2O
3
的含量接近于50mol%时，μ
i
最高。

对（Ni
0.32
Zn
0.68
O）
1-x
（Fe
2
O
3
）
1+x
的
配方，结果显示：
1、当x＞0时，密度随x值的增加而下降，从而导致μ
i
值的下降；
2、当x＜0时，会产生非磁性相，因而μ
i
随x负值的增大而下降；
3、随着Ni含量的增加，Fe
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3
的下降，这主要是由于偏离λs、K
1
较小的区域；
4、ZnO含量因使用频率与具体用途而异，当用于1MHz以下较低频段时ZnO含量可适当提高，甚至可达35%。

使用频率的增高，要求ZnO含量随之减小，甚至可低到百分之几（摩尔比）。

表10-1列出了一般通讯用NiZn铁氧体的配方与截止频率的关系：表10-1般通讯用NiZn铁氧体的配方（mol%百分比）与截止频率
NiZnFe
2O
4
用于大功率高频场中（因此称为高频磁），需要的是高饱和磁感
应强度。

通常取NiFe
2O
4
：ZnFe
2
O
4
=60%：40%的配比，即Ni
0.6
Zn
0.4
Fe
2
O
4。

二、添加剂的影响
1、添加Co
2O 3
在NiZnFe
2O
4
中添加少量的钴，可以产生感生各向异性，有利于提高截止频
率，降低损耗。

另一方面由于Co3+的存在，将会在μ
i
-T曲线上呈现第二峰，有
利于改善温度特性。

为了同时改善温度系数，添加平面六角的Co
2
Y铁氧体
（Co
2Y=Ba
2
Co
2
Fe
12
O
22
=2BaO.2CoO.6Fe
2
O
3
）十分有效。

添加Co
2
Y主要是Co、Ba离
子的作用，Co离子呈几何有序排列，使畴壁稳定在能量最低位置，Ba2+半径大，可以起钉扎畴壁的作用。

2、添加BaO
Ba2+半径大，加入后使局部区域晶格畸变，磁晶各向异性常数Ko（n＞1）的值有一定增加，从而有可能得到平坦的μ
i
-T曲线和低的高频损耗。

3、添加SnO
2
NiZnFe
2O
4
在烧结中，伴随Zn离子的挥发，相应地有部分Fe3+转变为Fe2+，
使电阻率下降。

如引入高价阳离子，可以与Fe2+生成稳定的静态键，从而使Fe2+
束缚在高价离子附近而难以参与导电过程。

含Sn的NiZnFe
2O
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电阻率高、涡流
损耗小，可作为高频（0.1～75MHz）的感抗磁芯。

4、添加SiO
2、Bi
2
O
3
添加Bi
2O
3
主要起降低熔点和致密化的作用。

Si4+（0.41A）进入晶格相应的产生
Fe2+，改变了磁晶各向异性常数，导致负的温度系数。

如果只加入SiO
2
，则只有
当温度大于1300℃时，Si4+进入晶格，而在高温下烧结，将使晶粒长大。

而当SiO
2
和Bi
2O
3
组合添加时，Si4+可在较低的温度下进入NiZnFe
2
O
4
晶格，同时得到细晶
粒。

三、离子取代——NiCuZnFe
2O 4
多层片式电感器（MLCI）的工艺技术关键是实现软磁铁氧体和纯银内导体材料的共烧结，这就要求其中的软磁铁氧体必须兼备低温烧结和高性能的特点。

迄今为
止，研究较多的是NiCuZnFe
2O
4
，并已成为层片式电感器（MLCI）所广泛采用的
磁介质材料。

多层片式电感器一般要求采用导电性能好且价格相对较低的纯银作
为内导体。

由于纯银熔点为961℃，因此要求NiCuZnFe
2O
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的烧结温度尽可能低，
以防止银的扩散造成的内导体电阻率的增大以及Ag扩散感生的Cu偏析引起的磁性能恶化。

NiCuZnFe
2O
4
是在NiZnFe
2
O
4
基础上引入第三组元CuO构成的。

CuO对实现该系统
材料的低温烧结，以保证片式电感器全Ag内电极的实现起到关键作用。

不同CuO含量各配方的正烧结温度（体积密度达到最大值时的最低烧结温度）。

可以看出，CuO具有明显的降低烧结温度的作用。

当CuO增大到x=0.275时，烧结温度降到960℃；x再增大，烧结温度不再下降。

主要有两个方面的原因：
1、Cu与NiCuZn铁氧体总的其它组分在烧结过程中形成低共熔物，
导致在较低温度下出现液相，再通过液相传质和粘结作用，促
进烧结。

2、CuFe
2O
4
和NiZnFe
2
O
4
形成固溶体，在烧结过程中，CuO会进入晶格形成NiCuZn
尖晶石固溶体，其烧结机制为过度液相烧结，有利于获得电磁和机械性能优良的材料。

固溶体主晶相中的Cu2+一般进入八面体，由于多列正八面体晶场作用而使得Cu2+周围点阵发生变化，从而导致整个晶格产生畸变，同样可以促进烧结、降低烧结温度。

此外，不排除Cu2+同时置换Fe3+的情况。

氧空位的存在同样有利于离子扩散，加速晶格长大，促进烧结，提高致密度。

所
以CuO的增加大大改善了NiZnFe
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的烧结性能，使烧结温度显著降低。

但当加
入较多的CuO时，由于Cu2+的固溶而引起的晶格弹性能增大，Cu2+难以继续固溶进晶格，而是残留在晶界与其它组分共同形成玻璃相。

晶界中的玻璃相不可能因为CuO的不断而继续降低烧结温度，故烧结温度的降低存在一定的极限（约
960℃）。

在NiCuZnFe
2O
4
掺入一定量的Bi2O3，烧结温度将有可能降低至870～
902℃。