專利名稱：一種寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MnZn系鐵氧體及其制備方法，尤其涉及一種寬溫且較高磁導(dǎo)率的錳鋅系鐵氧體及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著電子設(shè)備向薄輕小、移動(dòng)化、集成化和多功能化的方向發(fā)展，軟磁鐵氧體磁性材料在這些設(shè)備中得到了越來越廣泛的應(yīng)用研究。其中具有高頻、寬溫、高直流疊加、高磁導(dǎo)率、低功率損耗等性能的錳鋅鐵氧體磁性材料越來越成為電源變壓器、辦公自動(dòng)化、通信等領(lǐng)域中不可缺少的組件?？紤]到電源等的工作環(huán)境，就要求在寬溫度范圍內(nèi)損耗和磁導(dǎo)率變化小，具有高穩(wěn)定性和高可靠性。由于該類磁芯大部分是在大電流或有直流偏場的場合下使用，因而是否具有優(yōu)良的直流疊加特性即疊加一定大小的電流后電感跌落的比例大小，對器件的設(shè)計(jì)和使用非常重要。一般說來，飽和磁通密度Bs與剩磁Br的差值即(Bs-Br)越大，疊加特性越好。
在類似上述問題領(lǐng)域，專利申請?zhí)枮镃N00126353.6的中國專利申請文件公開了一種磁性鐵氧體材料，其中含有作為主成分的氧化鋅在換算成ZnO時(shí)在7.0～9.0mol％的范圍內(nèi)，氧化錳在換算成MnO時(shí)，在36.8～39.2mol％的范圍內(nèi)，其余為氧化鐵，另外還含有作為副成分的氧化鈷在換算成Co3O4時(shí)在2500～4500ppm的范圍內(nèi)，該磁性鐵氧體材料在20～100℃的溫度區(qū)域內(nèi)的功率損失的最小值在400kW/m3以下，而且在20～100℃的溫度區(qū)域的功率損失的最大值與最小值之差在150kW/m3以下。氧化鈷的加入量相對較高，生產(chǎn)成本較高，專利產(chǎn)品未提及其直流疊加特性。
《功能材料》2003年第6期34卷刊載了Co2+或Sn4+對MnZn功率鐵氧體磁特性的影響研究，研究結(jié)果表明，由于Co2+具有大的正的磁晶各向異性常數(shù)K1，所以可與MnZn功率鐵氧體負(fù)的K1進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)CoO摻入量為2×10-3時(shí)，可得到20～120℃溫度范圍內(nèi)具有非常平坦功率損耗-溫度特性的MnZn功率鐵氧體，Co2+的摻入還可以改善MnZn功率鐵氧體的起始磁導(dǎo)率的溫度特性。但是由于CoO摻入量大，成本高。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要達(dá)到的目的是要提供一種具有較高的起始磁導(dǎo)率、且在25℃功耗和120℃功耗相當(dāng)，在25℃～120℃溫度范圍內(nèi)功耗曲線平坦，剩磁小，疊加特性優(yōu)異的寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體及其制造方法。
為此，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體，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，所述主成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的摩爾百分比含量是Fe2O351mol％～56mol％，MnO34mol％～40mol％，ZnO6mol％～12mol％。
所述副成分包括鉍氧化物、鈦氧化物和鈷氧化物，相對所述主成分總量，所述鉍氧化物、鈦氧化物和鈷氧化物以其標(biāo)準(zhǔn)物Bi2O3、TiO2和Co2O3計(jì)的重量百分比總含量為0.054wt％～0.63wt％；相對所述主成分總量，所述副成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的重量百分比含量分別是Bi2O30.002wt％～0.08wt％，TiO20.002wt％～0.2wt％，Co2O30.005wt％～0.35wt％。
所述副成分進(jìn)一步包括鈣氧化物、鈮氧化物、釩氧化物其中的至少一種，相對所述主成分總量，這些副成分以其標(biāo)準(zhǔn)物CaO、Nb2O5、V2O5計(jì)的總重量百分比含量為0.006wt％～0.26wt％。
相對所述主成分總量，所述副成分中鈣氧化物、鈮氧化物、釩氧化物，各自以其標(biāo)準(zhǔn)物CaO、Nb2O5、V2O5計(jì)的重量百分比含量分別為；CaO0.002wt％～0.1wt％，Nb2O50.002wt％～0.08wt％，V2O50.002wt％～0.08wt％。
本發(fā)明通過上述配方及復(fù)合添加鉍氧化物、鈦氧化物和鈷氧化物，使所述鐵氧體具有3300±25％的起始磁導(dǎo)率，且在100KHz、200mT、25℃～120℃溫度區(qū)域內(nèi)的功耗最大值與最小值之差在70kW/m3以下，在此溫度區(qū)域內(nèi)的功耗最小值在350kW/m3以下，在H＝1194A/m，25℃時(shí)剩磁在85mT以下。
所述寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體的制備方法，主要包括如下步驟A、將三種主成分Fe2O3、Mn3O4、ZnO粒料混合后經(jīng)過一次砂磨，制得平均粒徑Φ為0.9μm±0.2μm的主成分粉料；B、將所述主成分粉料經(jīng)干燥、預(yù)燒，再加入純水、分散劑和副成分，然后一起進(jìn)行二次砂磨，在二次砂磨過程中加入粘合劑和消泡劑制得平均粒徑Φ為0.9±0.2μm的混合粉料；C、將混合粉料經(jīng)干燥、壓制成型，在1300℃～1400℃和氧氣氛控制下保溫4小時(shí)～6小時(shí)燒結(jié)，在平衡氣氛下冷卻制得所述鐵氧體磁芯。
在所述步驟B和步驟C中，所述干燥過程是采用噴霧造粒方法；在所述步驟C中，所述壓制成型后的生坯的密度為3.0±0.2g/cm3，所述燒結(jié)后的磁芯密度為4.85±0.15g/cm3；所述副成分中的鈷氧化物優(yōu)選以Co2O3的形式加入。
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明的錳鋅系鐵氧體粉料具有良好的成型性能且燒結(jié)產(chǎn)品能達(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。粉料物理性能如下顆粒的含水量為0.2wt％～0.6wt％，松裝密度為1.25～1.45g/cm3，安息角為≤30°。
實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明通過合理的成分配比和優(yōu)化的復(fù)合摻雜以及適當(dāng)降低平均粒徑，增加材料的活性，形成均勻、一致性好，無異常晶粒的微觀結(jié)構(gòu)，再通過適當(dāng)?shù)臒Y(jié)工藝溫度氣氛匹配，形成氣孔率低，大密度，無異常另相的鐵氧體。利用本發(fā)明制得的磁芯具有較高的起始磁導(dǎo)率，起始磁導(dǎo)率3300±25％，且在100KHz、200mT、25℃～120℃溫度區(qū)域內(nèi)的功耗最大值與最小值之差在70kW/m3以下，在此溫度區(qū)域內(nèi)的功耗最小值在350kW/m3以下，在H＝1194A/m，25℃時(shí)剩磁在85mT以下，疊加特性優(yōu)異。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1稱取53.3mol％的Fe2O3、38.3mol％的MnO和8.4mol％的ZnO，其中MnO的原料形態(tài)為Mn3O4，Mn3O4采用金瑞CR-06型號，其Mn％≥71％，鐵紅采用國產(chǎn)寶鋼鐵紅，其Fe2O3％≥99.2％，ZnO的生產(chǎn)廠家為上海京華，其重量百分比含量ZnO％≥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0.9μm±0.2μm，一次噴霧后在900℃±30℃溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒。隨后預(yù)燒料投入砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，在砂磨過程中，加入純水、分散劑和消泡劑，并加入添加劑，相對所述主成分總量，所述添加劑中各物質(zhì)的重量百分比含量分別是CaCO30.05wt％、V2O50.05wt％、Nb2O50.05wt％、Bi2O30.04wt％、TiO20.02wt％，Co2O30.1wt％，控制砂磨的平均粒徑Φ為0.9μm±0.2μm。最后進(jìn)行二次噴霧得到MnZn鐵氧體顆粒粉料。
取該顆粒料成型壓制φ25mm×φ15mm×7.5mm的環(huán)形磁芯和UYF13磁芯，成型密度為3.0±0.2g/cm3，在1300℃～1400℃下充N2保護(hù)，控制氧含量下進(jìn)行燒結(jié)，保溫4小時(shí)～6小時(shí)，在平衡氣氛下冷卻。
經(jīng)上述過程所制備的磁芯，用美國2330功耗儀、HP4284電感儀、HP42841A直流磁化電源、日本理研BHS-40直流特性測試儀、恒溫箱和電阻率測試儀等儀器測得磁芯的相關(guān)性能如表1和表2所示。
實(shí)施例2稱取53.9mol％Fe2O3、39.1mol％MnO和7.9mol％ZnO，投入砂磨機(jī)中攪拌，其中MnO的原料形態(tài)為Mn3O4，控制平均粒徑為0.9μm±0.2μm，一次噴霧后在900℃±30℃溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒。隨后預(yù)燒料投入砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，在砂磨過程中，加入純水、分散劑和消泡劑，并加入添加劑，相對所述主成分總量，添加劑中各物質(zhì)的重量百分比含量分別是CaCO30.02wt％、V2O50.02wt％、Nb2O50.01wt％、Bi2O30.03wt％、TiO20.02wt％，Co2O30.3wt％，控制二次砂磨的平均粒徑Φ為0.9μm±0.2μm。最后進(jìn)行二次噴霧得到MnZn鐵氧體顆粒粉料。
取該顆粒料成型壓制φ25mm×φ15mm×7.5mm的環(huán)形磁芯和UYF13磁芯，成型密度為3.0±0.2g/cm3，在1300℃～1400℃下充N2保護(hù)，控制氧含量下進(jìn)行燒結(jié)，保溫4小時(shí)～6小時(shí)，在平衡氣氛下冷卻。
經(jīng)上述過程所制備的磁芯，用美國2330功耗儀、HP4284電感儀、HP42841A直流磁化電源、日本理研BHS-40直流特性測試儀、恒溫箱和電阻率測試儀等儀器測得磁芯的相關(guān)性能如表1和表2所示。
表1 本發(fā)明環(huán)形磁芯材料性能
表2 本發(fā)明以UYF13為例的疊加特性
由表1和表2可見，本發(fā)明的錳鋅系鐵氧體具有較高的起始磁導(dǎo)率，在25℃～120℃溫度區(qū)域內(nèi)的功耗最大值與最小值之差在70kW/m3以下，在此溫度區(qū)域內(nèi)的功耗最小值在350kW/m3以下，在H＝1194A/m，25℃時(shí)剩磁在85mT以下，疊加特性優(yōu)異。
權(quán)利要求
1.一種寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體，該鐵氧體包括主成分和副成分，主成分包括氧化鐵、氧化鋅、氧化錳，其特征在于所述主成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的摩爾百分比含量是Fe2O351mol％～56mol％，MnO34mol％～40mol％，ZnO6mol％～12mol％，副成分包括鉍氧化物、鈦氧化物和鈷氧化物，相對所述主成分總量，所述鉍氧化物、鈦氧化物和鈷氧化物以其標(biāo)準(zhǔn)物Bi2O3、TiO2和Co2O3計(jì)的總重量百分比含量為0.054wt％～0.63wt％。
2.如權(quán)利要求1所述的寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體，其特征在于相對所述主成分總量，所述副成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的重量百分比含量分別為Bi2O30.002wt％～0.08wt％，TiO20.002wt％～0.2wt％，Co2O30.05wt％～0.35wt％，
3.如權(quán)利要求2所述的寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體，其特征在于所述副成分還包括鈣氧化物、鈮氧化物和釩氧化物中的至少一種，相對所述主成分總量，該副成分以其標(biāo)準(zhǔn)物CaO、Nb2O5和V2O5計(jì)的總重量百分比含量為0.006wt％～0.26wt％。
4.如權(quán)利要求3所述的寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體，其特征在于相對所述主成分總量，所述副成分中鈣氧化物、鈮氧化物和釩氧化物各自以其標(biāo)準(zhǔn)物CaO、Nb2O5和V2O5計(jì)的重量百分比含量分別為，CaO0.002wt％～0.1wt％，Nb2O50.002wt％～0.08wt％，V2O50.002wt％～0.08wt％。
5.如權(quán)利要求1所述的寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體，其特征在于所述主成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的最佳摩爾百分比含量是，F(xiàn)e2O352mol％～55mol％，MnO37mol％～40mol％，ZnO7mol％～10mol％。
6.如權(quán)利要求1～5之一所述的寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體，其特征在于所述鐵氧體具有3300±25％的起始磁導(dǎo)率，且在100KHz、200mT、25℃～120℃溫度區(qū)域內(nèi)的功耗最大值與最小值之差在70kW/m3以下，在此溫度區(qū)域內(nèi)的功耗最小值在350kW/m3以下。
7.如權(quán)利要求1～5之一所述的寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體，其特征在于所述鐵氧體在H＝1194A/m，25℃時(shí)剩磁在85mT以下。
8.制備如權(quán)利要求1所述的寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟A、將主成分中的Fe2O3、Mn3O4、ZnO粒料混合后經(jīng)過一次砂磨，制得平均粒徑Ф為0.9μm±0.2μm的主成分粉料；B、將所述主成分粉料經(jīng)干燥、預(yù)燒，再加入純水、分散劑和副成分，然后一起進(jìn)行二次砂磨，在二次砂磨過程中加入粘合劑和消泡劑制得平均粒徑Ф為0.9μm±0.2μm的混合粉料；C、將混合粉料經(jīng)干燥、壓制成型，在1300℃～1400℃的溫度和氧氣氛控制下保溫4小時(shí)～6小時(shí)燒結(jié)，在平衡氣氛下冷卻制得所述鐵氧體磁芯。
9.如權(quán)利要求8所述的寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體的制造方法，其特征在于在所述步驟B和步驟C中，所述干燥過程是采用噴霧造粒方法；在所述步驟C中，所述壓制成型后的生坯的密度為3.0±0.2g/cm3，燒結(jié)后磁芯的密度為4.85±0.15g/cm3。
10.如權(quán)利要求8所述的寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體的制造方法，其特征在于所述副成分中的鈷氧化物是以Co2O3的形式加入的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種寬溫較高磁導(dǎo)率錳鋅系鐵氧體及其制備方法，所述鐵氧體包括主成分和副成分，主成分包括氧化鐵、氧化鋅、氧化錳，所述主成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)的摩爾百分比含量是Fe
文檔編號H01F1/12GK1810710SQ20061003388
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者傅臏, 范仲康, 劉運(yùn), 盤良三 申請人:乳源瑤族自治縣東陽光實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司