本發(fā)明屬于磁性材料，尤其涉及一種寬溫超低功耗磁性材料及其制備方法與應用。

背景技術：

1、近年來，行業(yè)內(nèi)為了得到寬溫超低功耗磁性材料技術人員做了大量研究工作，例如東磁公司的cn202111420511.5公布了一種寬溫低損耗高強度mnzn功率鐵氧體及其制備方法與應用，該材料在100khz、200mt的條件下，25℃功耗≤350mw/cm3，120℃功耗≤350mw/cm3；在1194a/m、50hz的條件下，25℃的飽和磁通密度≥535mt，此材料在25℃到120℃具備優(yōu)良的損耗和飽和磁通密度特性；上海寶鋼磁業(yè)有限公司的cn202310829822.x專利文獻公布了一種適用于25～140℃的寬溫低損耗軟磁錳鋅鐵氧體材料及其制備方法和應用，該材料在100khz、200mt的條件下，25℃功耗≤350mw/cm3，120℃功耗≤350mw/cm3。以上兩種材料均能滿足的溫度在常溫25℃到140℃范圍內(nèi)的應用，且具有低損耗的特點，但其實際損耗均＞300mw/cm3。然而，在負載因數(shù)經(jīng)常改變的服務器、消費類電子這類開關電源上需要更低的能耗，以上現(xiàn)有技術并不能滿足該需求。由于在未滿載以及總功率＜100w的大多數(shù)情況下，器件的大部分時間的工作溫度是在25℃-80℃區(qū)間，因此需要進一步降低溫度在25℃-80℃內(nèi)器件所帶來的功率損耗。

2、因此，如何提供一種25℃-80℃內(nèi)功率損耗低的寬溫超低功耗磁性材料是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種寬溫超低功耗磁性材料及其制備方法與應用。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：

3、一種寬溫超低功耗磁性材料的制備方法，所述寬溫超低功耗磁性材料包括主體成分和輔助成分；

4、以摩爾分數(shù)100％計，所述主體成分包括52.18-52.48mol％fe2o3、10.5-10.7mol％zno，其余為mno；

5、所述輔助成分包括caco3、nb2o5、co2o3、ta2o5和sio2；

6、以主體成分重量計算，所述輔助成分的添加量分別為caco3200-400ppm、ta2o550-200ppm、nb2o5200-300ppm、co2o33500-4500ppm、sio220-100ppm；

7、所述寬溫超低功耗磁性材料的制備方法包括以下步驟：

8、將所述主體材料混合球磨后預燒，然后將所得預燒料與所述輔助成分混合繼續(xù)球磨，再經(jīng)噴霧干燥后得到粉末，并壓制成型進行燒結，即得到所述寬溫超低功耗磁性材料；

9、所述燒結具體為：升溫階段：由25℃升溫至1280℃，在空氣氛圍中升溫6h；

10、保溫階段：保溫溫度為1280℃，氧含量3.2％，保溫6h；

11、降溫階段：以3℃/min的降溫速率由1280℃降溫至25℃，于平衡氣氛下進行。

12、其中，平衡氣氛遵循莫潤柳(morineav)公式logo2％＝a-b/t；

13、a，b為經(jīng)驗常數(shù)，t為燒結開爾文溫度。

14、優(yōu)選的，所述預燒的溫度為900-920℃，時間為40-50min。

15、有益效果：本發(fā)明中引入的輔助成分能夠分別進入晶粒內(nèi)部以及晶界，可以促進固相反應，降低燒結溫度，同時能控制晶粒生長在一定的尺寸范圍(內(nèi)部晶粒大小約在10μm以上，外部晶粒大小在10μm以下)。其中caco3和sio2形成高電阻率的casio3，富集在晶界，可以顯著的增加磁芯的電阻率，從而降低損耗因數(shù)。ta2o5中ta屬于高價態(tài)離子，進入晶體內(nèi)部時，與co2o3組合，可以使fe3+轉為fe2+，合適的ta2o5和co2o3添加量可以使得磁各向異性常數(shù)k1＝0向低溫移動，且出現(xiàn)多個k1＝0的點，降低低溫區(qū)的損耗因數(shù)。

16、此外，本發(fā)明通過采用相對于現(xiàn)有技術中超過10％mol的zno配方以及低溫燒結工藝，降低晶粒尺寸，可獲得超低功耗的磁性材料。通過morineav的mnzn鐵氧體平衡氧分壓相圖，以鐵氧體中fe2+含量(控制材料功耗谷底點)確定氧化度以及各溫度點的氧氣含量，繪制出基本的溫度曲線及平衡氣氛曲線，最高溫度保溫段使用不超過1280℃燒結，遠低于其他常規(guī)寬溫低損耗鐵氧體材料的燒結溫度。

17、優(yōu)選的，所述預燒料的尖晶石合成度為30～40％。

18、優(yōu)選的，所述壓制成型為將所得粉末與2‰的硬脂酸鋅混合后壓制成型，得到密度為3g/cm3的生坯。

19、優(yōu)選的，所述球磨后所得漿料的平均粒徑為1.2μm以下。

20、優(yōu)選的，所述繼續(xù)球磨后所得漿料的平均粒徑為1.0-1.1μm。

21、一種寬溫超低功耗磁性材料的制備方法制備得到的寬溫超低功耗磁性材料。

22、一種寬溫超低功耗磁性材料在開關電源中的應用。

23、本發(fā)明提供的寬溫超低功耗磁性材料能有效的降低輕載或者半載的能耗，提高效率。

24、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術效果：

25、本發(fā)明所得寬溫超低功耗磁性材料主要為開關電源而研發(fā)的新材料，材料制備的磁芯特別適用于開關電源中的功率變換器，即使不滿載時，也可達到最佳效率。該材料在具有交變負載因數(shù)，特別是在電源不滿載時，這是一大獨特優(yōu)勢。在上述情形下，可減少熱量損失，從而避免了不必要的電能消耗。此材料典型地用于電源當中，此類電源通常為負載因數(shù)經(jīng)常改變的服務器供電。本發(fā)明所得磁性材料具有更低寬溫功耗，具有寬溫超低功耗，應用溫度范圍從0℃到120℃，同時還具備很高的飽和磁通密度、磁導率，特別是在25℃-80℃這段區(qū)間，功率損耗最低可到200mw/cm3，非常適合應用于負載因數(shù)經(jīng)常改變服務器、消費類電子中功率變換器的制作，是當前核心的材料。

技術特征：

1.一種寬溫超低功耗磁性材料的制備方法，其特征在于，所述寬溫超低功耗磁性材料包括主體成分和輔助成分；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種寬溫超低功耗磁性材料的制備方法，其特征在于，所述預燒的溫度為900-920℃，時間為40-50min。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種寬溫超低功耗磁性材料的制備方法，其特征在于，所述預燒料的尖晶石合成度為30～40％。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種寬溫超低功耗磁性材料的制備方法，其特征在于，所述壓制成型為將所得粉末與2‰的硬脂酸鋅混合后壓制成型，得到密度為3g/cm3的生坯。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種寬溫超低功耗磁性材料的制備方法，其特征在于，所述球磨后所得漿料的平均粒徑為1.2μm以下。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種寬溫超低功耗磁性材料的制備方法，其特征在于，所述繼續(xù)球磨后所得漿料的平均粒徑為1.0-1.1μm。

7.根據(jù)權利要求1-6任一項所述的一種寬溫超低功耗磁性材料的制備方法制備得到的寬溫超低功耗磁性材料。

8.如權利要求7所述的一種寬溫超低功耗磁性材料在開關電源中的應用。

技術總結
本發(fā)明公開了一種寬溫超低功耗磁性材料及其制備方法與應用，屬于磁性材料技術領域，其原料包括主體成分和輔助成分。其制備方法包括以下步驟：將所述主體材料混合球磨后預燒，然后將所得預燒料與所述輔助成分混合繼續(xù)球磨，再經(jīng)噴霧干燥后得到粉末，并將所得粉末壓制成型進行燒結，即得到所述寬溫超低功耗磁性材料。本發(fā)明所得磁性材料具有寬溫超低功耗，非常適合應用于負載因數(shù)經(jīng)常改變服務器、消費類電子中功率變換器的制作，是當前核心的材料。

技術研發(fā)人員：楊智,楊仕機,韋衛(wèi)佳,楊燦,楊力帆,黃龍友,黎家余,黃清,張錦邦
受保護的技術使用者：廣東尚朋電磁科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19