一種錳鋅系鐵氧體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種外徑≥Ф79mm錳鋅系鐵氧體及其制備方法，屬于錳鋅鐵氧體【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的錳鋅系鐵氧體包括鐵氧體預(yù)燒料、輔助成份、粘結(jié)劑、分散劑和消泡劑；所述鐵氧體預(yù)燒料由以下摩爾百分含量的物質(zhì)組成：Fe2O3 52.0-53.0mol％；ZnO 23.0-25.5mol％；MnO 21.5-25.0mol％；所述的輔助成份包括CaO、Bi2O3、MoO3、Nb2O5和Ti2O5。本發(fā)明的制備方法可以用于制備外徑≥Ф79mm以上的錳鋅鐵氧體大磁環(huán)；獲得的錳鋅鐵氧體大磁環(huán)無開裂與巨晶現(xiàn)象；在25℃，B≤0.25mT條件下測得10kHz初始磁導(dǎo)率達(dá)到9000～11000，100kHz磁導(dǎo)率達(dá)到7000。
【專利說明】一種錳鋅系鐵氧體及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于錳鋅鐵氧體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地涉及一種外徑> Φ79πιπι的錳鋅系鐵氧 體及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著傳統(tǒng)能源的日益減少和人們對環(huán)保需求的提高，人類寄希望于可再生能源， 太陽能成為人們重視的焦點。21世紀(jì)以來，歐美等先進(jìn)國家已把太陽能光伏發(fā)電并入城市 用電系統(tǒng)，太陽能電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合也逐漸形成產(chǎn)業(yè)化趨勢。并網(wǎng)系統(tǒng)是太陽能發(fā)電 技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展的主要方向，并網(wǎng)系統(tǒng)需要光伏逆變器。光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核 心部件，其功能是將從光伏電池輸入的不穩(wěn)定的直流變換成適合用電器使用或符合并網(wǎng)要 求的交流輸出。高導(dǎo)錳鋅鐵氧體已經(jīng)成為光伏逆變器中不可缺少的磁性元件。實際上，除 了光伏逆變器之外，其它的逆變器也會部分用到高導(dǎo)錳鋅鐵氧體磁芯。
[0003] 光伏逆變器中所需的軟磁高導(dǎo)錳鋅鐵氧體部件不僅電感值較高，尺寸大，而且頻 率特性優(yōu)良。大尺寸磁芯可繞粗銅線，承受大電流，功率大，銅損低。目前除了國外某知名 公司推出的Φ79X Φ40XΗ15猛鋅大磁環(huán)樣品外，國內(nèi)尚未見其它公司推出該規(guī)格大磁環(huán) 產(chǎn)品，目前也尚未見到高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體大規(guī)格磁環(huán)的專利及相關(guān)文獻(xiàn)。該公司推出 的Φ79ΧΦ40ΧΗ15錳鋅大磁環(huán)樣品雖然IOkHz時，磁導(dǎo)率可達(dá)ΙΟΟΟΟμΗ，但I(xiàn)OOkHz磁 導(dǎo)率已經(jīng)跌落到4500 μ Η。大規(guī)格錳鋅鐵氧體高導(dǎo)磁環(huán)，由于尺寸比較大，在燒結(jié)工序上 與同材質(zhì)的中小規(guī)格磁環(huán)存在著截然不同的工藝方法。在相同的成型壓力下，磁環(huán)截面 積越小，單位面積所受壓強(qiáng)越大；反之，磁環(huán)截面積越大，則單位面積所受壓強(qiáng)越小，因此 磁環(huán)外徑< 25mm的磁環(huán)不會開裂，而大規(guī)格尺寸磁環(huán)由于截面積較大，單位面積磁粉所 受壓強(qiáng)小，容易開裂。粉料粒度越小，粉料比表面能越大，越不容易受壓成型。因此如果 粒度低于1. 05 μ m的磁粉，壓制成外徑> 50mm的磁環(huán)就會表面開裂或內(nèi)部隱裂，尤其是 Φ 79 X Φ 40 X Hl5這種大磁環(huán)直接導(dǎo)致表面開裂。對于內(nèi)外徑較大，高度較高的磁環(huán)，通過 燒結(jié)把PVA粘結(jié)劑和水分充分排出磁體時，則PVA和水分通過磁體表面的距離更長，所需時 間更長，磁環(huán)表面和截面中心所需的溫度差會更大，排膠溫度區(qū)拉長，實際所需溫度可能高 達(dá)950°C。在950°C之前，實際上是排膠、磁粉顆粒之間的反應(yīng)混合存在。因此，如果升溫速 度過快，磁環(huán)內(nèi)部水分轉(zhuǎn)變成氣體的速度過快或PVA分解產(chǎn)生氣體的速度過快，來不及排 出，導(dǎo)致磁環(huán)內(nèi)部壓力過大，使磁環(huán)開裂，嚴(yán)重影響磁特性，產(chǎn)生磁導(dǎo)率低下，頻率特性差等 問題。950°C之后到高溫恒溫之前，為晶粒生長和致密化區(qū)域，致密化階段錳鋅鐵氧體反應(yīng) 會產(chǎn)生氧氣，需要釋放，因此需要在一定的低氧氣氛下進(jìn)行。大尺寸磁環(huán)在升溫區(qū)始終存在 著明顯的內(nèi)外溫度差和氣氛差異。升溫速率過快，晶粒生長不均勻，會惡化頻率特性。升溫 速率過快，磁環(huán)內(nèi)部釋放的氧來不及排出，會對磁體產(chǎn)生以下3方面的影響：（1)在晶粒內(nèi) 部或晶界處形成氣孔，導(dǎo)致氣孔率增加，惡化磁特性。（2)根據(jù)Paul的陶瓷材料晶粒生長理 論公式：在臨界溫度以上，晶粒生長速度和晶粒尺寸會隨著氧分壓的增加而增大。磁體內(nèi)來 不及排出的氧會導(dǎo)致磁環(huán)內(nèi)部氧分壓增大，促使晶粒異常生長，晶粒尺寸長大，形成巨晶， 肉眼可見。（3)如果950°C之前的PVA排膠不充分，則在該低氧分壓下會分解產(chǎn)生高活性態(tài) 的碳，進(jìn)一步加快催化晶粒尺寸的生長，產(chǎn)生巨晶，肉眼可見。該規(guī)律同樣可適用于降溫時 降溫速度和氧分壓的調(diào)整。最高恒溫溫度過高，也會促使磁環(huán)內(nèi)部晶粒生長異常形成巨晶。 由于大尺寸磁環(huán)內(nèi)部較小磁環(huán)更明顯存在微觀區(qū)域排膠速度的不一致、溫度場和氣氛場的 不均一，導(dǎo)致大規(guī)格尺寸磁環(huán)的頻率特性明顯低于中小規(guī)格磁環(huán)，截止頻率大大降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種錳鋅系鐵 氧體。一種可供外徑彡Φ79πιπι的大規(guī)格磁環(huán)，尤其針對Φ79Χ Φ40ΧΗ15的IOkHz初始磁 導(dǎo)率為9000以上的錳鋅高導(dǎo)大磁環(huán)，改善頻率特性。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述錳鋅系鐵氧體的制備方法。
[0006] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種錳鋅系鐵氧體，包括鐵氧體預(yù)燒料、輔 助成份、粘結(jié)劑、分散劑和消泡劑；
[0007] 其中，所述鐵氧體預(yù)燒料由以下摩爾百分含量的物質(zhì)組成：
[0008] Fe2O3 52. 〇-53. Omol % ；
[0009] ZnO 23. 〇-25. 5mol % ；
[0010] MnO 21. 5-25. Omol % ；
[0011] 所述的輔助成份由按鐵氧體預(yù)燒料總重量計的如下物質(zhì)組成：
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種錳鋅系鐵氧體，其特征在于包括鐵氧體預(yù)燒料、輔助成份、粘結(jié)劑、分散劑和消 泡劑； 所述鐵氧體預(yù)燒料由以下摩爾百分含量的物質(zhì)組成： Fe2O3 52. 0-53.Omol% ； ZnO23. 0-25. 5mol% ; MnO21. 5-25.Omol% ； 所述的輔助成份由按鐵氧體預(yù)燒料總重量計的如下物質(zhì)組成： CaO100-3OOppm； Bi2O; l()()-60()ppm； MoO, 0-50()ppm； Nb2Os (KK)Oppm; Ti,Os 5 0-5 00ppm： 所述的粘結(jié)劑為按鐵氧體預(yù)燒料重量計算的〇. 5wt%的PVA粘結(jié)劑； 所述的分散劑為按鐵氧體預(yù)燒料重量計算的0. 5wt%的分散劑1-甲基戊醇； 所述的消泡劑為按鐵氧體預(yù)燒料重量計算的〇. 2wt%的消泡劑硅氧烷。
2. 權(quán)利要求1所述的錳鋅系鐵氧體的制備方法，其特征在于具體包括以下步驟： 1) 取 52. 0-53.Omol% 的Fe203、23. 0-25. 5mol% 的ZnO和 21. 5-25.Omol% 的MnO,進(jìn)行 濕式混合20-40min，噴霧，獲得一次噴霧料； 2) 將一次噴霧料在700-900°C下預(yù)燒2-3小時，得到鐵氧體預(yù)燒料； 3) 根據(jù)鐵氧體預(yù)燒料的總重量，向預(yù)燒料中加入輔助成份100-300ppmCaO、 100_600ppmBi203、0-500ppmMo03、0-300ppmNb2O5和 50-500ppmTi2O5,進(jìn)行二次濕式砂磨； 控制二次濕磨漿料粒度至SMD=I. 05?I. 40μm，得到鐵氧體料漿； 4) 向鐵氧體料楽中加入按鐵氧體預(yù)燒料重量計算的0. 5wt%的PVA粘結(jié)劑，0. 5wt%的 分散劑1-甲基戊醇和0. 2wt%的消泡劑硅氧烷進(jìn)行噴霧造粒；造粒后的粉料進(jìn)行成型得毛 坯，毛坯密度控制在2. 80-3. 05g/cm3 ; 5) 將成型后的毛坯在氣氛鐘罩爐中進(jìn)行裝燒；燒結(jié)的具體操作為：首先，在室溫的空 氣中升至950°C的升溫速率為0.5-2. 5°C/分鐘，氧分壓控制在15-21%O2范圍中；然后， 從950°C升至1150°C的升溫速率為0. 5-2.(TC/分鐘，氧分壓控制在1. 0-0. 005%O2范圍 中；從1150°C升至最高保溫溫度1330-1390°C的升溫速率為0. 5-2.(TC/分鐘，氧分壓控 制在0. 005% -0. 001%O2范圍中；最高保溫溫度1330-1390°C的保溫時間為5hr-10hr，氧 分壓控制在15-21%O2范圍內(nèi)；從最高保溫溫度1330-1390°C降至1200°C的降溫速率為 0. 5-3.(TC/分鐘，氧分壓控制在0. 3-3. 0%O2范圍中；從1200°C降至900°C的降溫速率為 1-4.(TC/分鐘，氧分壓控制在0.03-0. 3%O2范圍中；從900°C降至KKTC的降溫速率為 < 4.(TC/分鐘，氧分壓控制在< 0. 03%O2中范圍中；得到錳鋅系鐵氧體產(chǎn)品。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鋅系鐵氧體的制備方法，其特征在于：步驟5)所述的裝燒 時是單層放置產(chǎn)品，在產(chǎn)品的下方墊上同材質(zhì)同內(nèi)外徑但高度為4-10mm的磁環(huán)片，上方蓋 上同材質(zhì)同內(nèi)外徑但高度為4-10_的磁環(huán)片，同時進(jìn)行圍燒。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鋅系鐵氧體的制備方法，其特征在于：步驟3)中所述的控 制二次濕磨漿料粒度至SMD= 1. 15?1. 30μm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鋅系鐵氧體的制備方法，其特征在于：步驟5)中在室溫的 空氣中升至950°C的升溫速率為I. 0-2.(TC/分鐘； 從950°C升至1150°C的升溫速率為1. 0-1. 5°C/分鐘； 從1150°C升至最高保溫溫度的升溫速率為1. 0-1. 5°C/分鐘。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鋅系鐵氧體的制備方法，其特征在于：步驟5)中最高保溫 溫度為1340-1370°C;最高保溫溫度的保溫時間為為6hr-8hr。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鋅系鐵氧體的制備方法，其特征在于：步驟5)中從最高保 溫溫度1330-1390°C降至1200°C的降溫速率為L0-2.(TC/分鐘； 從1200°C降至900°C的降溫速率為3. 0-3. 5°C/分鐘； 從900°C降至KKTC的降溫速率為彡4.(TC/分鐘。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鋅系鐵氧體的制備方法，其特征在于：步驟5)中最高保溫 溫度保溫階段，氧分壓控制在18-21%O2范圍內(nèi)。
【文檔編號】C04B35/26GK104446410SQ201410612346
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】王國光, 孫永陽, 徐琛, 朱東梅, 黃巧媛, 沈冠群 申請人:橫店集團(tuán)東磁股份有限公司