專利名稱：一種兼具雙重特性的MnZn鐵氧體磁心及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MnZn軟磁鐵氧體材料及制造方法，特別涉及一種兼具高溫高Bs和寬溫低損耗雙重特性的MnZn軟磁鐵氧體磁心及制造方法。
背景技術(shù)：
軟磁鐵氧體是品種最多、應(yīng)用最廣、用量最大的一種磁性材料，是電子信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)功能材料。在軟磁鐵氧體生產(chǎn)和使用中占主導地位的是MnZn鐵氧體，MnZn鐵氧體的產(chǎn)量約占軟磁鐵氧體總產(chǎn)量的70%，是目前軟磁材料中最受關(guān)注和最為活躍的領(lǐng)域。近年來，MnZn鐵氧體材料的發(fā)展由單一性能的縱深提高轉(zhuǎn)向多項指標同時提高的橫向拓展。比如功率鐵氧體材料，除了進一步降低材料的損耗外，還要求在更寬溫度范圍內(nèi)降低損耗，或者更寬頻率下降低損耗，或者更高的飽和磁通密度等。已有多項技術(shù)可以橫向拓展MnZn鐵氧體的性能，但大多僅是少數(shù)幾種性能的橫向拓展。如CN1287985A公開的方法中，通過添加副成分的氧化鈷，使磁性鐵氧體材料在20 100°C的溫度區(qū)域內(nèi)的功率損耗的最小值在400kW/m3以下，而且在20 100°C的溫度區(qū)域的功率損耗的最大值與最小值之差在150kW/m3以下。實現(xiàn)了低損耗在寬溫范圍的橫向拓展，但并未實現(xiàn)兼具高Bs的性能。又如CN1404076A公開的技術(shù)方案中，通過大量添加高達3 6mol%的NiO，使磁心在100°C的飽和磁通密度高達450mT以上，但低損耗特性犧牲太多，100kHz、200mT、100°C條件下的損耗高達550 900kW/m3。再如CN1649039A公開的技術(shù)方案中，通過制備特定比表面積的成形用粉末，達到了降低功率損耗的目的，但也僅僅實現(xiàn)了低損耗與高Bs，其常溫損耗高達600kW/m3以上，并未實現(xiàn)寬溫低損耗的性能?，F(xiàn)有的MnZn鐵氧體磁心材料制造過程中，燒結(jié)后的降溫過程中，普遍采用保持平衡氧分壓法進行處理，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和性能。根據(jù)平衡氧分壓計算公式，1100°c時的氧含 量可為0. 01 0. 6%，為了保持降溫段的平衡氣氛，氧含量需緩慢降低。然而，在0. 6%以下的范圍對氧含量進行精確控制，對窯爐設(shè)備和技術(shù)人員都有嚴格的要求，不利于批量生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的MnZn鐵氧體磁心材料。本發(fā)明的另一個目的在于提供上述材料的制造方法。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
一種MnZn鐵氧體磁心，由主成分和輔成分組成,主成分的組成為Fe2O3 :54 56 mol%、ZnO :5 10 mol%，余量為氧化錳，三者之和計為100 mol% ;輔成分包括第一輔料、第二輔料、第三輔料和第四輔料，其中，第一輔料為Co的氧化物，其在鐵氧體磁心中的含量為2500 4500ppm ;第二輔料為添加量為4300 8500 ppm的Ni2O3、添加量為4000 8000ppm的NiO或添加量為1000 2500 ppm Li2CO3中的一種；第三輔料為添加量為100 500ppm的CaCO3和添加量為100 500 ppm的Nb2O5 ;第四輔料選自SiO2、V2O5、ZrO2，其添加量為 0 500 ppmo主成分的組成優(yōu)選為Fe2O3 54. 5 55. 5 mol%、ZnO :6 9 mol%，余量為氧化錳，三者之和計為100 mol%。第一輔料為添加量為3000 4500 ppm的Co203、2500 4000 ppm的CoO或2500 4500 ppm 的 Co3O4。上述MnZn鐵氧體磁心的制造方法，包括如下步驟，
1)根據(jù)MnZn鐵氧體磁心的組成，稱取主成分，或主成分與第一輔料和第二輔料中的至少一種，加水攪拌，研磨混勻，噴霧干燥得到粉料，將所得粉料以150 200°C /h的升溫速度升溫至900°C 1050°C，保溫I 3小時，降溫出爐得預燒料；
2)將預燒料、尚未添加或未完全添加的輔料、水、分散劑、消泡劑混勻，二次研磨至粉料粒徑為0. 8 I. 2 ii m，加入有機粘合劑，混勻，噴霧干燥得到用于成形的顆粒料；
3)將顆粒料與有機粘合劑的水溶液進行混料，控制顆粒料的含水率為0. 2 0. 4%，壓制成生坯；
4)將生坯燒結(jié)，磨削，得到MnZn鐵氧體磁心。優(yōu)選的，生坯的燒結(jié)溫度為1200°C 1350°C。優(yōu)選的，生坯燒結(jié)時采用二次還原燒結(jié)法，降溫過程保持平衡氧分壓。優(yōu)選的,平衡氧分壓的計算公式為Ig (P(O2) )=a_b/T,其中，a取值4 15, b取值10000 19000，T為絕對溫度。優(yōu)選的，二次還原燒結(jié)的升溫過程和降溫過程中分別包含至少一次保溫平臺，且降溫至1100°c以后直接充入氮氣。優(yōu)選的，燒結(jié)好的MnZn鐵氧體采用通過式磨床磨削，并用超聲波清洗設(shè)備清洗。優(yōu)選的，通過式磨床選用300目以上的砂輪。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的MnZn鐵氧體磁心材料，克服常規(guī)MnZn功率鐵氧體材料無法兼顧多重特性的不足，兼具高溫高Bs和寬溫低損耗雙重特性，此磁心從25°C 120°C的單位體積損耗Pcv(IOOkHz，200mT)都小于350kW/m3，在90°C附近最低損耗低于300kW/m3，而且在100°C時還具有高達450mT的飽和磁通密度。此磁心相對于常規(guī)功率鐵氧體磁心，兼具高溫高Bs和寬溫低損耗的雙重特性，是現(xiàn)有鐵氧體磁心中最全能的一種，產(chǎn)品性能優(yōu)于進口知名產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于各種場合。本發(fā)明所述第一輔料的作用在于與Fe2+離子聯(lián)合補償常規(guī)錳鋅鐵氧體的磁晶各向常數(shù)K1,實現(xiàn)K1值在較寬的溫度范圍內(nèi)趨近于0，從而實現(xiàn)寬溫低損耗的性能。第一輔料添加量低于本發(fā)明的限定范圍時，將無法實現(xiàn)本發(fā)明的性能指標，特別是60°C以下和100°C以上的損耗會顯著增大；第一輔料添加量超過本發(fā)明的限定范圍時，將使損耗 溫度曲線過于平坦，而導致整體損耗水平增大，在90°C附近的損耗無法達到低于300kW/m3的水平。本發(fā)明所述第二輔料的作用在于提高磁心燒結(jié)密度，并且可以提高二峰溫度，以便主成分中可以增加Fe2O3含量，從而提高磁心的飽和磁通密度Bs。第二輔料添加量低于本發(fā)明的限定范圍時，將無法使二峰溫度提高至足夠的范圍，高溫損耗難以降低，此時若減小Fe2O3含量以提高二峰溫度實現(xiàn)高溫損耗的降低，將導致飽和磁通密度Bs的同步降低；第二輔料添加量超出本發(fā)明的限定范圍時，將形成大量的Ni鐵氧體固溶于磁心中，使磁心損耗顯著增大。如CN1404076A所述，其中NiO含量為3_6 mol%，換算為重量比例約為19000 37000 ppm，其氧化鎳添加量遠超本發(fā)明的限定范圍，故磁心損耗顯著增大。本發(fā)明通過控制第一輔料和第二輔料的添加范圍，實現(xiàn)了 MnZn鐵氧體磁心兼具高Bs和寬溫低損耗的雙重特性。本發(fā)明所述第三、第四輔料的作用在于降低磁心的功率損耗。本發(fā)明方法在降溫段設(shè)置保溫平臺的基礎(chǔ)上，降溫至1100°C以后可以直接充入氮氣，降低窯爐調(diào)節(jié)難度，得到的產(chǎn)品質(zhì)量更為保障，批次間的產(chǎn)品性能更為穩(wěn)定。
通過式磨床選用300目以上的砂輪，可以使磁心研磨面平滑，減少應(yīng)力殘余，避免漏感增加、磁心損耗增大。


圖I為不同磁心材料的損耗溫度曲線。
具體實施例方式一種MnZn鐵氧體磁心，由主成分和輔成分組成，主成分的組成為Fe2O3 54 56mol%、ZnO 5 10 mol%，余量為氧化錳，三者之和計為100 mol% ;輔成分包括第一輔料、第二輔料、第三輔料和第四輔料，其中，第一輔料為Co的氧化物，其在鐵氧體磁心中的含量為2500 4500ppm ;第二輔料為添加量為4300 8500 ppm的Ni2O3、添加量為4000 8000ppm的NiO或添加量為1000 2500 ppm Li2CO3中的一種；第三輔料為添加量為100 500ppm的CaCO3和添加量為100 500 ppm的Nb2O5 ;第四輔料選自SiO2、V2O5、ZrO2，其添加量為 0 500 ppmo主成分的組成優(yōu)選為Fe2O3 :54. 5 55. 5 mol%、ZnO :6 9 mol%,余量為氧化錳，三者之和計為100 mol%。第一輔料為添加量為3000 4500 ppm的Co203、2500 4000 ppm的CoO或2500 4500 ppm 的 Co3O4。上述MnZn鐵氧體磁心的制造方法，包括如下步驟，
5)根據(jù)MnZn鐵氧體磁心的組成，稱取主成分，或主成分與第一輔料和第二輔料中的至少一種，加水攪拌，研磨混勻，噴霧干燥得到粉料，將所得粉料以150 200°C /h的升溫速度升溫至900°C 1050°C，保溫I 3小時，降溫出爐得預燒料；
6)將預燒料、尚未添加或未完全添加的輔料、水、分散劑、消泡劑混勻，二次研磨至粉料粒徑為0. 8 I. 2 ii m，加入有機粘合劑，混勻，噴霧干燥得到用于成形的顆粒料；
7)將顆粒料與有機粘合劑的水溶液進行混料，控制顆粒料的含水率為0. 2 0. 4%，壓制成生坯；
8)將生坯燒結(jié)，磨削，得到MnZn鐵氧體磁心。優(yōu)選的，生坯的燒結(jié)溫度為1200°C 1350°C。
優(yōu)選的，生坯燒結(jié)時采用二次還原燒結(jié)法，降溫過程保持平衡氧分壓。優(yōu)選的，平衡氧分壓的計算公式為化(？(02))=&-13/1'，其中，3取值4 15，13取值10000 19000，T為絕對溫度。優(yōu)選的，二次還原燒結(jié)的升溫過程和降溫過程中分別包含至少一次保溫平臺，且降溫至1100°c以后直接充入氮氣。優(yōu)選的，燒結(jié)好的MnZn鐵氧體采用通過式磨床磨削，并用超聲波清洗設(shè)備清洗。優(yōu)選的，通過式磨床選用300目以上的砂輪。下面結(jié)合實施例，進一步說明本發(fā)明。例I 8
1)采用市售的Fe203、Mn3O4,ZnO作為主成分，按照表I所示的量將Fe203、MnO (原料為Mn304)、ZnO以及基于主成分一定比例的Ni2O3置于砂磨機中，向前述稱取的粉料中加入所述粉料總重量的90wt%的水，攪拌并研磨混合均勻；噴霧干燥后以180°C /h的速度升溫至950°C下預燒2h ；
2)基于預燒后的粉料的總重量，加入添加物3500ppm的Co203、30ppm的Si02、300ppm的CaC03、300ppm的Nb2O5以及65wt%的去離子水、I. 2wt%的分散劑、0. 8 1:%的消泡劑一起進行二次研磨，研磨至平均粒度為I. 0±0. 2mm ；
3)基于球磨后的粉料的總重量，向該粉料中添加7.7wt%的聚乙烯醇溶液，混合均勻造粒，采用20噸干粉壓機將顆粒料壓制成生坯樣品；
4)最后在在1300°C的燒結(jié)溫度下燒結(jié)，并在燒結(jié)溫度下保溫8小時，在平衡氣氛下冷卻至180°C出爐，保溫段氧分壓5%，降溫過程采用平衡氧分壓。采用HP4294A 阻抗分析儀(Agilent Technology 4294A)和專用夾具(AgilentTechnology 16047E)測量樣品磁環(huán)IOkHz弱場下的常溫電感L,計算出材料的起始磁導率；用SY-8258型B-H測試儀在50Hz、1200A/m、100°C下測試樣品磁環(huán)的Bs ;用Model 2335Watt Meter測試樣品磁環(huán)在100kHz、200mT、不同溫度條件下的功率損耗,結(jié)果列入表I中。
權(quán)利要求
1.一種MnZn鐵氧體磁心，由主成分和輔成分組成，主成分的組成為Fe2O3 54 56mol%、ZnO 5 10 mol%，余量為氧化錳，三者之和計為100 mol% ;輔成分包括第一輔料、第二輔料、第三輔料和第四輔料，其中，第一輔料為Co的氧化物，其在鐵氧體磁心中的含量為2500 4500ppm ;第二輔料為添加量為4300 8500 ppm的Ni2O3、添加量為4000 8000ppm的NiO或添加量為1000 2500 ppm Li2CO3中的一種；第三輔料為添加量為100 500ppm的CaCO3和添加量為100 500 ppm的Nb2O5 ;第四輔料選自SiO2、V2O5、ZrO2，其添加量為 0 500 ppmo
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種MnZn鐵氧體磁心，其特征在于主成分的組成為Fe2O354. 5 55. 5 mo 1%, ZnO :6 9 mol%，余量為氧化錳，三者之和計為100 mol%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種MnZn鐵氧體磁心，其特征在于第一輔料為添加量為 3000 4500 ppm 的 Co2O3、2500 4000 ppm 的 CoO 或 2500 4500 ppm 的 Co3O4。
4.權(quán)利要求I 3任意一項所述MnZn鐵氧體磁心的制造方法,包括如下步驟 1)根據(jù)MnZn鐵氧體磁心的組成，稱取主成分，或主成分與第一輔料和第二輔料中的至少一種，加水攪拌，研磨混勻，噴霧干燥得到粉料，將所得粉料以150 200°C /h的升溫速度升溫至900°C 1050°C，保溫I 3小時，降溫出爐得預燒料； 2)將預燒料、尚未添加或未完全添加的輔料、水、分散劑、消泡劑混勻，二次研磨至粉料粒徑為0. 8 I. 2 y m，加入有機粘合劑，混勻，噴霧干燥得到用于成形的顆粒料； 3)將顆粒料與有機粘合劑的水溶液進行混料，控制顆粒料的含水率為0.2 0. 4%，壓制成生坯； 4)將生坯燒結(jié)，磨削，得到MnZn鐵氧體磁心。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于生坯的燒結(jié)溫度為1200°C 1350°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于生坯燒結(jié)時采用二次還原燒結(jié)法，降溫過程保持平衡氧分壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于平衡氧分壓的計算公式為lg(P(02))=a-b/T，其中，a取值4 15，b取值10000 19000，T為絕對溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于二次還原燒結(jié)的升溫過程和降溫過程中分別包含至少一次保溫平臺，且降溫至1100°C以后直接充入氮氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求4 8任意一項所述的方法，其特征在于燒結(jié)好的MnZn鐵氧體采用通過式磨床磨削，并用超聲波清洗設(shè)備清洗。
10.根據(jù)權(quán)利要求9任意一項所述的方法，其特征在于通過式磨床選用300目以上的砂輪。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兼具雙重特性的MnZn鐵氧體磁心及制造方法。磁心由主成分和輔成分組成，主成分的組成為Fe2O354～56mol%、ZnO5～10mol%，余量為氧化錳，三者之和計為100mol%；輔成分包括第一輔料、第二輔料、第三輔料和可選的第四輔料，其中，第一輔料為Co的氧化物，第二輔料為Ni2O3、NiO或Li2CO3中的一種；第三輔料CaCO3和Nb2O5；第四輔料選自SiO2、V2O5、ZrO2。本發(fā)明的MnZn鐵氧體磁心材料，克服常規(guī)MnZn功率鐵氧體材料無法兼顧多重特性的不足，兼具高溫高Bs和寬溫低損耗雙重特性，此磁心從25℃～120℃的單位體積損耗Pcv(100kHz，200mT)都小于350kW/m3，在90℃附近最低損耗低于300kW/m3，而且在100℃時還具有高達450mT的飽和磁通密度。
文檔編號H01F41/02GK102682946SQ201210175190
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者汪南東, 譚福清, 豆小明, 黃愛萍 申請人:江門安磁電子有限公司