專利名稱：一種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軟磁領(lǐng)域，涉及ー種錳鋅鐵氧體及其制備方法，尤其涉及一種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著通訊、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)高性能軟磁鐵氧體的需求 的與日俱增。目前，エ業(yè)化生產(chǎn)的軟磁鐵氧體材料主要有錳鋅功率鐵氧體、鎳鋅鐵氧體和鎂錳鋅鐵氧體等三大類，從產(chǎn)量來(lái)說(shuō)錳鋅鐵氧體當(dāng)居首位，占60%以上。因此，錳鋅功率鐵氧體的未來(lái)發(fā)展動(dòng)向更為引人關(guān)注。而作為廣泛應(yīng)用于各類通訊及電子領(lǐng)域的低功耗錳鋅功率鐵氧體，對(duì)功率材料的要求也是越來(lái)越高，特別是寬溫要求，傳統(tǒng)的功率材料已經(jīng)不能滿足開關(guān)電源變壓器等電子產(chǎn)品的要求，尤其是汽車電子領(lǐng)域，對(duì)高溫功耗有很高的要求，特別是120-140°C的功耗要求，而本發(fā)明的超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體將在DMR95寬溫低功耗材料的的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，使之在很寬的溫度范圍內(nèi)(25°C_140°C)都具有較低的功耗，功耗溫度曲線非常平緩；當(dāng)其應(yīng)用在汽車電子領(lǐng)域，使在常溫及高溫140°C條件下效果比所有功率材料性能大大提高，同時(shí)功率材料的飽和磁通密度進(jìn)ー步提高，滿足了市場(chǎng)對(duì)該材料綜合特性的要求，市場(chǎng)前景喜人。本發(fā)明與公開號(hào)為CN101964233A和CN102219487A等的發(fā)明公開的寬溫低損耗鐵氧體材料是采用完全不同的技術(shù)方案在寬溫范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低損耗的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的首先是提供一種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體，第二個(gè)目的是提供所述鐵氧體的制備方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，發(fā)明人提供下述技術(shù)方案一種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體，由主成分和輔助成分組成，其中，主成分及含量以氧化物計(jì)算為Fe203 :52 53mol %、MnO :36 37mol ZnO 10 12mol% ;按主成分總重量計(jì)的輔助成分為CaC03 :0. 01 O. 07wt %, SnO2 :0. 01 O. 2wt %、Nb2O5 0. 01 O. 04wt %、ZrO2 0. 01 O. 04wt %、Co2O3 0. 2 O. 55wt %、V2O5 O. 01 O. 05wt%中的四種以上。作為優(yōu)選方案，根據(jù)本發(fā)明所述的ー種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體，其中，所述的輔助成分及含量以氧化物計(jì)算為=CaCO3 :0. 03 O. 06wt%, SnO2 :0. 01 O. 08wt% > Nb2O5 0. 015 O. 03wt% > ZrO2 :0. 01 O. 03wt% > Co2O3 :0. 25 O. 4wt% > V2O5 O. 01 O. 04wt%中的四種以上。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的技術(shù)方案中，同時(shí)添加其他輔助成分CaCO3 :0. 03 O. 06wt% >Sn02 0. 01 O. 08wt% >Nb205 :0· 015 O. 03wt%、Zr02 :0· 01 O. 03wt% >Co2O3 O. 25 O. 4wt%_ V2O5 0. 01 O. 04wt %中的幾種或多種組合，可以獲得25°C _160°C的溫度范圍內(nèi)功耗保持很低的特性，進(jìn)ー步優(yōu)化鐵氧體的性能，本發(fā)明優(yōu)選方案與基礎(chǔ)方案相比，其材料具備更優(yōu)的性能。眾所周知，MnZn功率鐵氧體的損耗是由磁滯損耗、渦流損耗和剰余損耗組成的。為了得到在25°C 160°C寬溫條件下都有低損耗，通過(guò)添加Co2O3可以生成Kl正值很大的CoFe2O4,由于Co2+的Kl值很大，比Fe2+的Kl值大200倍，所以組成中CoFe2O4含量的多少在很大程度上決定了材料的II峰位置。由于Co2+不僅對(duì)K1有影響，而且會(huì)使K2増加，如果Fe2+或Co2+過(guò)量的話，會(huì)導(dǎo)致高溫下Kl值遠(yuǎn)大于零，而且隨著溫度的升高，K1值增大，對(duì)應(yīng)的μ i T曲線在高溫區(qū)明顯下降，出現(xiàn)較大的負(fù)溫度系數(shù)，綜合利用Fe2+和Co2+對(duì)Kl的補(bǔ)償作用，若Fe2+和Co2+的比例適當(dāng)，Kl值可能有多個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的μ i T曲線在較寬的溫度范圍較平坦，由此可獲得寬溫低溫度系數(shù)材料，另外磁滯系數(shù)與磁導(dǎo)率有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，磁導(dǎo)率高的材料磁滯系數(shù)亦小，相反磁導(dǎo)率低的材料磁滯系數(shù)大，而磁導(dǎo)率與Kl的倒數(shù)呈正比，顯然，磁滯系數(shù)與Kl有著內(nèi)在的聯(lián)系，調(diào)節(jié)Fe2+與Co2+的含量，使Kl值趨近于零，減小磁滯系數(shù)，提高磁導(dǎo)率就可獲得較小的磁滯損耗。另外添加Sn、Zr、Nb、Ca、V等元素優(yōu)化晶界、細(xì)化晶粒，改善材料的損耗系數(shù)。當(dāng)然僅僅這樣優(yōu)化MnZn功率鐵氧體的成分配方，對(duì)性能改善是不夠,還需要在優(yōu)化材料的成分基礎(chǔ)上采用合適的制備方法。發(fā)明人特別是在燒結(jié)エ藝進(jìn)行了更深入的研究，通過(guò)對(duì)燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、升溫降溫速率及在氧含量的精確控制等方面做了大量試驗(yàn)。本發(fā)明還提供上述的一種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體的制備方法，依次包括下述步驟(I)配料、混料按比例稱取主成分原料，然后在砂磨機(jī)中加入去離子水或蒸餾水進(jìn)行砂磨，砂磨的時(shí)間為30 60分鐘；(2) 一次噴霧造粒將混好的料漿進(jìn)行噴霧造粒，除去料漿中的水分制備成顆粒料，(3)預(yù)燒將上述顆粒料進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為750°C 850°C，預(yù)燒時(shí)間為3 9小時(shí)；(4) 二次砂磨在上述預(yù)燒料中加入按比例稱好的輔助成分，然后將粉料加入去離子水或蒸餾水后放入砂磨機(jī)中進(jìn)行二次砂磨，二次砂磨時(shí)間為I 3小時(shí)；(5)噴霧造粒和成型將上述的二次砂磨料進(jìn)行噴霧造粒，制成粒徑為50 200 μ m的顆粒,然后成型為還件；(6)燒結(jié)將上述成型后的坯件在1250°C 1320°C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后即形成超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體。本發(fā)明的燒結(jié)溫度一般比常規(guī)功率材料的燒結(jié)溫度(1300-1360°C )低，可大大降低能耗。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的ー種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體的制備方法，其中，所述的步驟(4)中二次砂磨處理后的料漿中固態(tài)懸浮物的平均粒度為 O. 9 I. 15 μ mD作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的ー種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體的制備方法，其中，所述的步驟出)中的燒結(jié)過(guò)程是在氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w環(huán)境下進(jìn)行，其中在致密化區(qū)的氧分壓的范圍為0. 005 O. 01%，保溫段氧分壓的范圍為2 6%。
作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的ー種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體的制備方法，其中，所述的步驟(6)中燒結(jié)的致密化區(qū)升溫速率在O. 5 TC /分鐘。作為優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明所述的ー種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體的制備方法，其中，步驟(6)中保溫時(shí)間為5 8小吋。本發(fā)明中，如無(wú)特別說(shuō)明，出現(xiàn)的專業(yè)術(shù)語(yǔ)或名詞，其含義是本領(lǐng)域通常所指的含義。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是I、發(fā)明人通過(guò)優(yōu)化材料成分和制備方法得到一種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體。該超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體在1 00kHz、200mT的條件下，25°C功耗彡 390mff/cm3,120°C功耗彡 330mff/cm3,140°C功耗彡 400mW/cm3，在 1194A/m、50Hz 的條件下，250C的飽和磁通密度> 540mT。這樣就能很好的滿足器件對(duì)MnZn功率鐵氧體寬溫低損耗要求。2.本發(fā)明所涉及的生產(chǎn)エ藝具有生產(chǎn)成本低、エ藝穩(wěn)定的特點(diǎn)，能制造出具有超寬溫低損耗高磁通密度特性的MnZn功率鐵氧體。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，更具體地說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施并不局限于下面的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。在本發(fā)明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量単位，所有的設(shè)備和原料等均可從市場(chǎng)購(gòu)得或是本行業(yè)常用的。實(shí)施例I(I)、配料、混料以表I所示的主成分含量稱取Fe203、MnO、ZnO原材料，稱重后在砂磨機(jī)中加入去離子水進(jìn)行砂磨，砂磨的時(shí)間為40分鐘；(2) —次噴霧造粒將混好的料漿進(jìn)行噴霧造粒，使料漿達(dá)到30%的含水量，除去料漿中的水分制備成顆粒料；(3)預(yù)燒將上述顆粒料在回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為800°C，預(yù)燒時(shí)間為8小吋；(4) 二次砂磨在上述預(yù)燒料中加入按比例稱好的輔助成分原料(按主成分總重量計(jì)的輔助成分組成為CaCO3 0. 03wt %、SnO2 :0. 02wt %、Nb2O5 :0. 03wt %、ZrO2 :0. Olwt %、Co2O3 :0. 3wt %、V2O5 0. 01wt%。)，然后將粉料加入去離子水后放入砂磨機(jī)中進(jìn)行二次砂磨，二次砂磨時(shí)間為2小時(shí)，得到固體懸浮物平均粒徑為O. 9 I. O μ m的二次砂磨料；(5)噴霧造粒和成型在上述的二次砂磨料中加入重量比為20 I的PVA和消泡劑正辛醇后，進(jìn)行噴霧造粒，制成粒徑為60 μ m的顆粒；然后成型為H25*15*8的坯件；(6)燒結(jié)將上述成型后的坯件在1280°C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過(guò)程是在氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w環(huán)境下進(jìn)行，其中，致密化區(qū)的氧分壓的范圍為0. 01%，致密化區(qū)升溫速率在TC/分鐘；保溫時(shí)間為5小時(shí)，保溫段氧分壓為6%，燒結(jié)后即形成超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體。通過(guò)X熒光分析儀，檢測(cè)鐵氧體的最終組成與設(shè)計(jì)組成一致。用IWATSU-8232交流B-H分析儀在100kHz、200mT條件下測(cè)試鐵氧體的功耗；用IWATSU-8258交流B-H分析儀在50Hz、1194A/m條件下測(cè)試鐵氧體的飽和磁通密度。表I
權(quán)利要求
1.一種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體，由主成分和輔助成分組成，其特征在于，主成分及含量以氧化物計(jì)算為=Fe2O3: 52 53mol%、MnO: 36 37mol%、ZnO:10 12mol% ;按主成分總重量計(jì)的輔助成分為CaC03:0. 01 O. 07wt %, SnO2 :0. 01 O.2wt%>Nb205 0. 01 O. 04wt%>Zr02 :0. 01 O. 04wt%>Co2O3 :0· 2 O. 55wt%、V205 :0· 01 0.05wt%中的四種以上。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體，其特征在干，所述的輔助成分及含量以氧化物計(jì)算為CaC03: O. 03 O. 06wt%,Sn02 :0. 01 O. 08wt%、Nb2O5 0. 015 O. 03wt%>Zr02 :0. 01 O. 03wt%>Co2O3 :0· 25 O. 4wt%、V205 :0. 01 O. 04wt%中的四種以上。
3.權(quán)利要求1-2之一所述的ー種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體的制備方法，其特征在于，所述的制備方法依次包括下述步驟 (O配料、混料按比例稱取主成分原料，然后在砂磨機(jī)中加入去離子水或蒸餾水進(jìn)行砂磨，砂磨的時(shí)間為30 60分鐘； (2)一次噴霧造粒將混好的料漿進(jìn)行噴霧造粒，除去料漿中的水分制備成顆粒料， (3)預(yù)燒將上述顆粒料進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為750°C 850°C，預(yù)燒時(shí)間為3 9小時(shí)； (4)二次砂磨在上述預(yù)燒料中加入按比例稱好的輔助成分，然后將粉料加入去離子水或蒸餾水后放入砂磨機(jī)中進(jìn)行二次砂磨，二次砂磨時(shí)間為I 3小時(shí)； (5)噴霧造粒和成型將上述的二次砂磨料進(jìn)行噴霧造粒，制成粒徑為50 200μ m的顆粒，然后成型為坯件； (6)燒結(jié)將上述成型后的坯件在1250°C 1320°C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后即形成超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體。
4.如權(quán)利要求3所述的ー種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體的制備方法，其特征在于，所述的步驟(4)中二次砂磨處理后的料漿中固態(tài)懸浮物的平均粒度為O. 9 1.15 μ m0
5.如權(quán)利要求3所述的ー種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體的制備方法，其特征在于，所述的步驟(6)中的燒結(jié)過(guò)程是在氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w環(huán)境下進(jìn)行，其中在致密化區(qū)的氧分壓的范圍為0. 005 O. 01 %，保溫段氧分壓的范圍為2 6%。
6.如權(quán)利要求3或5所述的ー種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體的制備方法，其特征在于，所述的步驟(6)中燒結(jié)的致密化區(qū)升溫速率在O. 5 TC /分鐘。
7.如權(quán)利要求3所述的ー種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟(6)中保溫時(shí)間為5 8小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明屬于軟磁領(lǐng)域，具體涉及一種超寬溫低損耗高磁通密度MnZn功率鐵氧體，由主成分和輔助成分組成，其中，主成分及含量以氧化物計(jì)算為Fe2O3:52～53mol%、MnO:36～37mol%、ZnO:10～12mol%；按主成分總重量計(jì)的輔助成分為CaCO3:0.01～0.07wt％、SnO20.01～0.2wt%、Nb2O50.01～0.04wt%、ZrO20.01～0.04wt%、Co2O30.2～0.55wt%、V2O50.01～0.05wt%中的四種以上。本發(fā)明還提供了所述鐵氧體的制備方法。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)的功率材料已經(jīng)不能滿足電子產(chǎn)品的要求，尤其是對(duì)高溫功耗方面的要求，在25℃-140℃寬的溫度范圍內(nèi)都具有較低的功耗。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102693807SQ20121004189
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者呂飛雨, 王朝明 申請(qǐng)人:橫店集團(tuán)東磁股份有限公司