寬溫低功耗高居里溫度錳鋅鐵氧體材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明寬溫高疊加低功耗高居里溫度錳鋅鐵氧體材料及其制備方法，屬軟磁鐵氧體材料【技術(shù)領(lǐng)域】，其主成分按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算：Fe203為69.0～72.5%，Zn0為6～10%；其余為Mn304、Fe203、Mn304和Zn0之和為100%，添加劑按重量百分比，以氧化物計(jì)算：Ca0:0.02～0.07%、Nb205:0.02～0.08%、V205:0.02～0.0.08%、Ti02:0.05～0.25%、C0203:0.08～0.6%、Zr02:0.003～0.10%、Ni0:0.04～0.4%、Mg0:0.02～0.10%等等。本發(fā)明產(chǎn)品主要用于家用電子、通信、光電、汽車電子等領(lǐng)域，特別適用于無(wú)極燈電磁藕合器磁芯市場(chǎng)以及車載電子、強(qiáng)電、變頻空調(diào)等新領(lǐng)域，本發(fā)明具有低功耗、寬溫，高居里溫度等有益效果。
【專利說(shuō)明】寬溫低功耗高居里溫度錳鋅鐵氧體材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鐵氧體電子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種寬溫高疊加低功耗高居里溫度錳鋅鐵氧體材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷迅速發(fā)展，作為目前產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的軟磁鐵氧體材料，已廣泛應(yīng)用于各種電子元器件中。世界各大鐵氧體公司競(jìng)相提高錳鋅鐵氧體材料技術(shù)性能，以適應(yīng)不用的應(yīng)用領(lǐng)域，在變頻空調(diào)、無(wú)極燈照明電子、電力電子、IT產(chǎn)業(yè)、通訊、家用電子等用戶的要求下，一種要求材料具有更高的BS，更好的直流疊加特性，更低的功率損耗，更寬的使用頻率和更寬的溫度適應(yīng)范圍、更高的居里溫度，因此，錳鋅鐵氧體材料的研究已進(jìn)入到了寬溫、高直流疊加、高BS、更低的功率損耗領(lǐng)域、更高居里溫度領(lǐng)域。分析市場(chǎng)上各材料制造廠家所推出的材料，不難看出各材料廠家都在尋求一種寬溫、低損耗材料、高居里溫度以取代眾多的高頻低功耗鐵氧體材料。
[0003]綠色環(huán)保電磁感應(yīng)無(wú)極燈的廣泛使用及性能提高，促進(jìn)了該材料的不斷開發(fā)與投產(chǎn)，在低頻200~300KHZ中低頻率狀態(tài)下廣泛使用。但是存在如何兼顧內(nèi)置和外置兩種結(jié)構(gòu)下使用無(wú)極燈效率達(dá)到最佳，同時(shí)要求在_40°C下具有足夠的磁導(dǎo)率，同時(shí)要求發(fā)熱要小，損耗低；另一 方面電子產(chǎn)品在工作中總有電流成分，為防止電子產(chǎn)品不因有電流的存在而影響正常使用，因此還需要材料有足夠的BS、直流疊加特性；同時(shí)在特定的環(huán)境下如環(huán)境溫度達(dá)到280V或更高時(shí)電子器件還能正常工作的。
[0004]作為使用最廣泛的電源變壓器、辦公自動(dòng)化、家用電子、通信等要求具有寬溫、低損耗、高磁導(dǎo)率、高直流疊加是不可缺少的組件，無(wú)極燈及車載電子要求在寬溫、高頻范圍內(nèi)損耗和磁導(dǎo)率變化小，具有高穩(wěn)定性和高可靠性。車載電子開關(guān)電源通常都在大電流或直流偏場(chǎng)的場(chǎng)合下使用，這種要求都需要材料有足夠大的飽和磁通密度BS與剩磁BR的差值，疊加特性好。
[0005]如中國(guó)專利申請(qǐng)(CN101183582A)公開的一種高飽和BS低損耗的錳鋅功率鐵氧體材料，它通過(guò)優(yōu)化配方和摻雜，特別是加入2~4mol%NiO得到BS (100度下大于460T)高頻功耗500KHZ、50mT、100度下小于150KW/m3、但沒(méi)有提及寬溫寬頻和居里點(diǎn)高低，因而其應(yīng)
用范圍有限。
[0006]另外在中國(guó)專利申請(qǐng)(CNl 749209A )公開了一種高飽和磁通密度、低損耗錳鋅鐵氧體材料及其制備方法，它通過(guò)摻雜和工藝控制，得到了 100腿2、2001111\451:時(shí)低于2451?/!!!3的功耗和1194A/m、50mT、25°C時(shí)飽和磁通密度高于535mT的結(jié)果，但同樣沒(méi)有提及寬溫和寬頻、居里溫度，因而其使用范圍相當(dāng)有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要達(dá)到的目的是要提供一種具有高的起始磁導(dǎo)率、且在25~140°C功耗相當(dāng)，在25~140°C溫度范圍內(nèi)功耗曲線平坦，剩磁小，疊加特性好、同時(shí)在高頻500KHZ、50mT、100°C測(cè)試條件下功耗損耗小于250kw/m3，在lMHZ，30mT，100°C測(cè)試條件功耗損耗小于400kw/m3，居里溫度達(dá)到270°C以上的高頻寬溫高疊加低損耗高居里溫度的軟磁鐵氧體材料。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種寬溫低功耗高居里溫度錳鋅鐵氧體材料及制備方法，該鐵氧體包括主成分和副成分，所述主成分包括氧化鐵、氧化鋅和氧化錳，其主成分按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算=Fe2O3為 69.0 ~72.5%, ZnO 為 6 ~10% ;其余為 Mn3O4; Fe2O3'Mn3O4 和 ZnO 之和為 100%。
[0009]所述副成分包括鈣氧化物、鈦氧化物和鈷氧化物、釩氧化物、鋯氧化物、鈮氧化物、鎂所氧化物等，相對(duì)所述主成分總量，所述鈣氧化物、鈦氧化物和鈷氧化物、釩氧化物、鋯氧化物、鈮氧化物、鎂氧化物以其標(biāo)準(zhǔn)物鈦氧化物、釩氧化物、鈷氧化物、鋯氧化物、鎂氧化物重量百分比含量為0.5~0.7% ;相對(duì)所述主成分總量所述副成分以各自標(biāo)準(zhǔn)重量百分比含量分別是 CaO: 0.02 ~0.07%、Nb2O5:0.02 ~0.08%、V2O5:0.02 ~0.0.08%、TiO2:0.05 ~0.25%、CO2O3:0.08 ~0.6%, ZrO2:0.003 ~0.10%、NiO: 0.04 ~0.4%, MgO: 0.02 ~0.10%
所述副成分包括鈣氧化物、鈦氧化物和鈷氧化物、釩氧化物其中至少二種，相對(duì)所述主成分總量，這些副成分以其標(biāo)準(zhǔn)CaO、V2O5, TiO2, C0203、MgO計(jì)的總重量百分比含量為0.25 ~0.5%O
[0010]相對(duì)所述主成分總量，所述副成分中鈣氧化物、鈦氧化物和鈷氧化物、釩氧化物、鎳氧化物各自以其標(biāo)準(zhǔn)物CaO、V2O5, TiO2, C0203、NiO, MgO計(jì)的重量百分比含量分別為:CaO:0.02 ~0.07%,V2O5:0.02 ~0.08%、Ti02:0.05 ~0.25%,CO2O3:0.08 ~0.6%、Ni0:0.04 ~0.4%λ Mgo: 0.02 ~0.06%ο
[0011]本發(fā)明通過(guò)上述配方及復(fù)合添加鈣氧化物、鈦氧化物和鈷氧化物、釩氧化物、鎳氧化物，鎂氧化物使所述鐵氧體具有3500±25%的起始磁導(dǎo)率，且在25~140°C溫度區(qū)域內(nèi)谷點(diǎn)功率損耗達(dá)270kw/m3，TC大于270°C，在500KHZ、50mT、100°C測(cè)試條件下功耗損耗小于280kw/m3,在1MHZ，30mT, 100°C測(cè)試條件功耗損耗小于480kw/m3。
[0012]所述材料的制備方法，主要包括如下內(nèi)容:
1、將三種主成分Fe203、Mn3O4, ZnO原料混合后經(jīng)過(guò)一次星形砂磨，制成平均粒徑為0.8~1.15微米的主成分粉料。
[0013]2、將所述主成分粉料經(jīng)烘干、預(yù)燒，再加入純水、膠合劑和副成分，然后進(jìn)行第二次星形砂磨，二次星形砂磨過(guò)程中加入粘合劑和消泡劑制得平均粒徑為0.7~0.9微米的主成分粉料。
[0014]3、將混合粉料經(jīng)烘干、壓制成型，在1330~1380°C保溫4~6小時(shí)，降溫區(qū)在平衡氣氛下冷卻得所述鐵氧體磁芯。
[0015]在所述步驟2和3中，所述烘干采用的是電箱烘烤方法；在所述步驟3中，所述壓制成型后的生坯密度為3.0±0.05g/cm3，所述燒結(jié)后的磁芯密度為4.85±0.05g/cm3 ;所述副成分中的鈷氧化物以四氧化三鈷形式加入。
[0016]本 發(fā)明通過(guò)優(yōu)化的主成分和優(yōu)化的復(fù)合摻雜以及適當(dāng)?shù)慕档推骄?，增加材料的活性，形成均勻的、一致性好、無(wú)另相的微觀結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)優(yōu)化的燒結(jié)工藝溫度、氣氛曲線，形成氣孔率低、密度大的鐵氧體。
[0017]本發(fā)明制備的寬溫、高頻、高疊加、高居里溫度、低損耗鐵氧氧體材料，可用于無(wú)極燈電磁藕合器，在車載電子等電子材料中，其獨(dú)特性能為:眾多的高頻低功耗寬溫材料的居里溫度絕大多數(shù)為TC大于220°C，個(gè)別可達(dá)270°C左右，有的高溫功耗太高，部分在超低溫如_35°C時(shí)磁導(dǎo)率太低，無(wú)極燈無(wú)法啟動(dòng)。本發(fā)明寬溫、高頻、高居里溫度、低功耗很好的解決了該問(wèn)題的出現(xiàn)。
[0018]另一方面，本發(fā)明將低功耗錳鋅鐵氧體材料高頻與低頻功耗相差太大，無(wú)法兼顧的問(wèn)題很好的解決使用該類似產(chǎn)品可500KHZUMHZ兩個(gè)頻率都能滿足用戶的要求。
[0019]利用本發(fā)明制得的磁芯具有如下有益效果:
3500±25%的起始磁導(dǎo)率，且在25~140°C溫度區(qū)域內(nèi)谷點(diǎn)功率損耗達(dá)270kw/m3，TC大于270°C，在500KHZ、50mT、100°C測(cè)試條件下功耗損耗小于280kw/m3，在lMHZ，30mT，100°C測(cè)試條件功耗損耗小于480kw/m3。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例一，按重量百分比，稱取69.5%的Fe203、6.5%的ZnO其余為MnO，其中MnO原料形態(tài)為四氧化三錳，使用中鋼天源-2型，其Mn%大于71%，鐵紅采用韓國(guó)EG公司原料，純度大于99.3%，氧化鋅為上海京華，其純度大于99.7%，將上述原料混合后，一并投入砂磨機(jī)中攪拌，控制平均粒徑為0.7~0.9微米，電熱箱烘干后在800°C溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒時(shí)間3小時(shí)，預(yù)燒后進(jìn)行二次砂磨，在砂磨過(guò)程中，加入純水、分散劑、消泡劑，并加入添加劑，相對(duì)所述主成分總量，所述添加劑中各物質(zhì)的質(zhì)量百分比含量分別是:CaO: 0.025%、Nb2O5:0.02%、V2O5:0.02%、TiO2:0.05%、CO2O3:0.09%、ZrO2:0.003%、NiO: 0.04%、MgO: 0.02%控制平均粒徑為0.7~0.9微米，最后進(jìn)行二次噴霧得到錳鋅鐵氧體顆粒粉料。
[0022]取該顆粒料成型壓制T25 mm *15 mm *8 mm環(huán)形磁芯和EC4445磁芯,成型密度為3.0±0.05g/cm3，在升溫段1100°C按氧含量為1%左右進(jìn)行致密化，在1330°C氮?dú)獗Ｗo(hù)保溫4小時(shí)，降溫區(qū)按布來(lái)克方程式進(jìn)行平衡氣氛下冷卻。
[0023]經(jīng)上述過(guò)程所制備的磁芯，經(jīng)美國(guó)AW2335A功耗儀、TH2828S、TH1775、日本理研BHS-40直流特性測(cè)試儀、恒溫箱和電阻率測(cè)試儀等儀器測(cè)得在磁芯的相關(guān)特性如表1和表2。
[0024]實(shí)施例二，按重量百分比，稱取72%的Fe203、9.5%的ZnO其余為MnO，其中MnO原料形態(tài)為四氧化三錳，使用中鋼天源-2型，其Mn%大于71%，鐵紅采用韓國(guó)EG鐵紅，純度大于99.3%，氧化鋅為上海京華，其純度大于99.7%，將上述原料混合后，一并投入砂磨機(jī)中攪拌，控制平均粒徑為0.7~0.9微米，電熱箱烘干后在1000°C溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒時(shí)間4.5小時(shí)，預(yù)燒后進(jìn)行二次砂磨，在砂磨過(guò)程中，加入純水、分散劑、消泡劑，并加入添加劑，相對(duì)所述主成分總量，所述添加劑中各物質(zhì)的重量百分比含量分別是:CaO: 0.07%、Nb2O5:0.078%、V2O5:0.08%、TiO2:0.25%、CO2O3:0.6%、ZrO: 0.1%、NiO: 0.4%、MgO:
0.1%控制平均粒徑為0.7~0.9微米，最后進(jìn)行二次噴霧得到錳鋅鐵氧體顆粒粉料。
[0025]取該顆粒料成型壓制T25mm*15mm*8mm環(huán)形磁芯和EC4445磁芯，成型密度為3.0±0.05g/cm3，在升溫段1250°C按氧含量為1%左右進(jìn)行致密化，在1355°C氮?dú)獗Ｗo(hù)保溫6小時(shí)，降溫區(qū)按布來(lái)克方程式進(jìn)行平衡氣氛下冷卻。
[0026] 實(shí)施例三，按重量百分比，稱取70%的Fe2O3、9%的ZnO其余為MnO，其中MnO原料形態(tài)為四氧化三錳，使用中鋼天源-2型，其Mn%大于71%，鐵紅采用韓國(guó)EG鐵紅，純度大于99.3%，氧化鋅為上海京華，其純度大于99.7%，將上述原料混合后，一并投入砂磨機(jī)中攪拌，控制平均粒徑為0.7~0.9微米，電熱箱烘干后在1000°C溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒時(shí)間4.5小時(shí)，預(yù)燒后進(jìn)行二次砂磨，在砂磨過(guò)程中，加入純水、分散劑、消泡劑，并加入添加劑，相對(duì)所述主成分總量，所述添加劑中各物質(zhì)的重量百分比含量分別是:CaO: 0.03%、Nb2O5:0.05%、V2O5:0.02%、TiO2:0.07%、CO2O3:0.2%, ZrO: 0.07%、NiO: 0.35%、MgO:
0.05%控制平均粒徑為0.7~0.9微米，最后進(jìn)行二次噴霧得到錳鋅鐵氧體顆粒粉料。
[0027]取該顆粒料成型壓制T25mm*15mm*8mm環(huán)形磁芯和EC4445磁芯，成型密度為
3.0±0.05g/cm3，在升溫段1150°C按氧含量為1%左右進(jìn)行致密化，在1340°C氮?dú)獗Ｗo(hù)保溫5小時(shí)，降溫區(qū)按布來(lái)克方程式進(jìn)行平衡氣氛下冷卻。
[0028]經(jīng)上述過(guò)程所制備的磁芯，由美國(guó)AW2335A功耗儀、同惠TH2828S、同惠TH1775、日本理研BHS-40直流特性測(cè)試儀、恒溫箱和電阻率測(cè)試儀等儀器測(cè)得在磁芯的相關(guān)特性如表1和表2。
[0029]表1本發(fā)明環(huán)形磁芯材料性能
【權(quán)利要求】
1.寬溫低功耗高居里溫度錳鋅鐵氧體材料，其特征在于，其主成分按物質(zhì)的質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算=Fe2O3為69.5~72%，ZnO為6.5~9.5% ;其余為Mn3O4 ； Fe2O3' Mn3O4和ZnO之和為100% ； 添加劑按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算:Ca0:0.025~0.07%、Nb2O5:0.02~0.078%、V2O5:0.02 ~0.08%、Ti02:0.05 ~0.25%、CO2O3:0.09 ~0.6%、ZrO2:0.003 ~0.10%、NiO: 0.04 ~0.4%、MgO: 0.02 ~0.10%。
2.寬溫低功耗高居里溫度錳鋅鐵氧體材料的制備方法，包括以下步驟: 1)、按質(zhì)量百分比，F(xiàn)e2O3為69.0~72.5%，ZnO為6.5~9.5%，余量為Mn3O4，用星形球磨機(jī)混合均勻； 2)、將所述步驟I)所得的粉料在800~1000°C下進(jìn)行預(yù)燒；保溫時(shí)間為3~4.5小時(shí)； 3)、將所述步驟2)所得的粉料按質(zhì)量比加入如下添加劑:
CaO: 0.02 ~0.07%、Nb2O5:0.02 ~0.08%、V2O5:0.02 ~0.0.08%、TiO2:0.05 ~0.25%、CO2O3:0.08 ~0.6%、ZrO2:0.003 ~0.10%、NiO: 0.04 ~0.4%、MgO: 0.02 ~0.10%,并進(jìn)行第二次星形球磨，使球磨后的粉料平均勻粒徑達(dá)到0.85左右微米； 4)、將所述步驟3)所得的二次星形球磨料烘干后造粒、成型，制成標(biāo)準(zhǔn)生坯樣品； 5)、將所述步驟4)所得的生壞樣品在氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)窯爐中進(jìn)行燒結(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的寬溫低功耗高居里溫度錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，所述步驟4):將所述步驟3)所得的粉料按質(zhì)量比加入8~10%的PVA有機(jī)粘合劑，并混合均勻，造粒后，在試驗(yàn)室16噸壓機(jī)上將粉料壓制成樣品坯件，所述步驟5)為:將所述步驟4)成型所得的坯件放在氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)窯中進(jìn)行燒結(jié)，在升溫段1100~1250°C按氧含量為1%左右進(jìn)行致密化，在1330~1355°C保溫4~6個(gè)小時(shí)，在保溫段氧分壓為4~6%，降溫段為平衡氣氛燒結(jié)。
【文檔編號(hào)】C04B35/38GK103951411SQ201410150084
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】劉運(yùn), 孟力, 徐良保, 戴加兵, 曹照慶 申請(qǐng)人:南通冠優(yōu)達(dá)磁業(yè)有限公司