CN100344571C - 低损耗锰锌系铁氧体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低损耗锰锌系铁氧体及其制备方法，该铁氧体包括主成分和辅助成分，主成分包括氧化铁、氧化锌和氧化锰，主成分和辅助成分烧结形成面心立方尖晶石晶形，而主成分以各自标准物计的含量如下，Fe₂O₃：50mol%～55mol%，MnO：31mol%～38mol%，ZnO：8mol%～15mol%，所述辅助成分包括氧化钙、氧化钾和氧化钛，相对所述主成分总量，以其各自标准物CaO、K₂O和TiO₂计的总含量为0.01～0.65wt%。本发明的低损耗锰锌系铁氧体且适用的工作频率较高。

Description

低损耗锰锌系铁氧体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种Mn-Zn系铁氧体，尤其涉及一种功率损耗较低的锰锌系铁氧体及其制备方法。

背景技术

软磁铁氧体是电源变压器中使用比较早的软磁材料，随着开关电源工作频率越来越高，相应的材料一代接一代的开发出来。七十年代初，为适应开关电源市场的需要，开发出第一代功率铁氧体材料，如TDK的H35。这种材料由于其功耗大，只适用于工作频率在20kHz左右的民用开关电源。八十年代初，第二代功率铁氧体材料问世，如TDK的H7C1(PC30)，这种材料具有负温度系数功耗，随着温度升高，功耗呈下降趋势，适用的工作频率为100kHz左右。八十年代后期，为适应高频开关电源的发展，开发出第三代功率铁氧体材料，如TDK的PC40材料，其工作频率为250kHz左右，这类材料特别适用于工作频率为数百千赫的开关电源，现在被广泛应用于工业类的开关电源中。TDK在九十年代初中期相应地推出用于开关电源的PC44高频低功耗材料，它具有比PC40材料功耗更低、应用频率更高(200KHz～500KHz)的特性。

国内目前拥有数量较多的软磁铁氧体生产厂家，一些有代表性的厂家如天通、898厂和899厂等比较稳定地生产产品接近或达到PC40档次铁氧体材料标准。

与此类似，有专利号为03115906.0的中国专利申请文件公开了一种锰-锌功率软磁铁氧体料粉及其制备方法，软磁铁氧体料粉中Fe₂O₃为58-79wt％，Mn₃O₄：15-30wt％，ZnO：5-15wt％，辅料(包括SiO₂、CaCO₃、V₂O₅、Nb₂O₅)：0-7wt％，总量满足100％。主料和辅料通过混合、预烧、粗粉碎、砂磨、喷雾造粒五个工序制成锰-锌功率软磁铁氧体料粉，据称其制成的料粉功耗较低，饱和磁感应强度Bs高，性能优越，成本低廉。

与此类似的还有专利号为02150733.3的中国专利申请文件也公开了一种高频细晶粒软磁铁氧体磁体材料及其生产工艺，它是由氧化铁、氧化锌和氧化锰为主要原料制成的，其特征在于所述软磁铁氧体材料的平均晶粒尺寸是3-5μm，各组分以氧化物计的重量百分比范围是：Fe₂O₃：50-57％；ZnO：0-13％；MnO：30-50％；其余为掺杂成分M；其采用的工艺步骤是：配料、球磨、振磨、预烧、砂磨、造粒、成型、烧结、磨加工和包装，据称：其工艺适合工业化批量生产，生产成本低、工艺稳定、产品具有磁导率高、功率损耗小的特点，达到高频低功耗功率铁氧体材料PC50的技术指标，从而为实现电子器件的小型化、片式化提供了有利的条件。

类似地，还有公开号为JP2002179461的日本专利申请文件也公开了一种高磁导率、低损耗和高可靠性的Mn-Zn铁氧体，其采取包括钽氧化物、铪氧化物的辅料，且配比及含量有所不同，不予赘述。

发明内容

针对现有技术的上述状况，本发明要达到的技术目的是要提供一种具有负温度系数即功耗随着温度升高而呈下降趋势、且适用的工作频率较高的磁芯的低损耗锰锌系铁氧体及其制造方法。

为此，本发明的技术解决方案是一种低损耗锰锌系铁氧体，该铁氧体包括主成分和辅助成分，主成分包括氧化铁、氧化锌和氧化锰，所述主成分和辅助成分烧结形成面心立方尖晶石晶形，而所述主成分以各自标准物计的含量如下，Fe₂O₃：50mol％～55mol％，MnO：31mol％～38mol％，ZnO：8mol％～15mol％，所述辅助成分包括氧化钙、氧化钾和氧化钛，相对所述主成分总量，所述氧化钙、氧化钾和氧化钛以其标准物CaO、K₂O和TiO₂计的总含量为0.01～0.65wt％。本发明的锰-锌功率铁氧体料粉具有良好的成型性能且烧结产品能达到预期的技术指标。料粉物理性能如下：

颗粒的含水量为0.2～0.6wt％，

松装比为：1.25～1.45g/cm³，

安息角为≤30°。

为了强化本发明的上述优点，作为本发明的实用性好的实施例，相对所述主成分总量，所述辅助成分以各自标准物计的含量分别为，CaO：0.002～0.1wt％，K₂O：0.003～0.4wt％，TiO₂：0.005～0.15wt％。

所述辅助成分进一步包括硅氧化物、钒氧化物、铌氧化物、钴氧化物、锡氧化物、钽氧化物、锆氧化物，相对所述主成分总量，这些辅助成分以其标准物SiO₂、V₂O₅、Nb₂O₅、Co₂O₃、SnO、Ta₂O₅、ZrO₂计的总含量为0～0.66wt％。

相对所述主成分总量，所述辅助成分中硅氧化物、钒氧化物、铌氧化物、钴氧化物、锡氧化物、钽氧化物、锆氧化物各自以其标准物SiO₂、V₂O₅、Nb₂O₅、Co₂O₃、SnO、Ta₂O₅、ZrO₂计的含量分别为，SiO₂：0～0.01wt％，V₂O₅：0～0.15wt％，Nb₂O₅：0～0.1wt％，Co₂O₃：0～0.1wt％，SnO：0～0.1wt％，Ta₂O₅：0～0.1wt％，ZrO₂：0～0.1wt％。

相应地，为达到本发明的技术目的另一技术解决方案是一种如上所述的低损耗锰锌系铁氧体的制造方法，该方法包括如下步骤：A)将对应各主成分的主原料Fe₂O₃、Mn₃O₄、ZnO粒料混合经过一次砂磨，制得平均粒径为1.0±0.3μm的主原料粉料；B)将所述主原料粉料经干燥、预烧，再加入纯水、分散剂和对应各辅助成分的辅助原料，一起进行二次砂磨，二次砂磨过程中加入粘合剂和消泡剂制得平均粒径为1.0±0.2μm的混合粉料；C)将混合粉料经干燥、压制成型、在1300～1400℃下充氮气氛下保温4～6小时烧结、在平衡气氛下冷却制得所述铁氧体成品。本发明的方法及产品制作成本较低，适用于普通的大工业生产，利用本发明制得的磁芯的功耗能够随着温度升高而呈下降趋势，且在中高频下(200～300KHz)具有低的功率损耗，在常温下也具有较高的起始磁导率。

作为本发明方法的较佳实施例，所述步骤B中，所述消泡剂包括正辛醇，所述粘合剂包括聚乙烯醇。

所述步骤B中，相对所述主成分总量，所述纯水的添加比例为35～38wt％，所述分散剂的添加比例为0～0.5wt％，所述粘合剂的添加比例为0.4～1.0wt％，所述消泡剂的添加比例为0～0.5wt％。

所述步骤A中，所述预烧温度控制在900℃±30℃范围，预烧过程中，所述主原料粉料的磁化度控制在0～25范围内。

所述步骤B、C中，所述干燥过程是采用喷雾方法；所述步骤C中，所述压制成型后的混合粉料的密度为3.0±0.2g/cm³。

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

实施例1

称取53.2mol％Fe₂O₃、35.0mol％MnO(原料形态为Mn₃O₄)、11.8mol％ZnO，其中铁红采用国产宝钢铁红(Fe₂O₃％≥99.2％)，Mn₃O₄采用金瑞普通(Mn％≥71％)，ZnO厂家为上海京华(ZnO％≥99.7％)。投入砂磨机中搅拌，控制平均粒径为1.0±0.3μm，一次喷雾后在900±30℃温度下用电热式回转窑进行预烧，控制磁化度在0～25。随后预烧料投入砂磨机进行二次砂磨，砂磨过程中相对所述主成分总量，加入纯水36％、分散剂0.01％和消泡剂0.008％，并加入添加剂CaCO₃0.05wt％、SiO₂0.005wt％、Nb₂O₅0.05wt％、K₂CO₃0.04wt％、Co₂O₃0.03wt％和TiO₂0.10wt％，控制砂磨的平均粒径为1.0±0.2μm。最后进行二次喷雾得到Mn-Zn铁氧体颗粒料粉。

取该颗粒料成型压制φ25mm×φ15mm×7.5mm的环形磁芯，成型密度为3.0±0.2g/cm³，在1300～1400℃下N₂保护下进行烧结，保温4～6小时，在平衡气氛下冷却。

用美国2330功耗仪、CH100测试仪、日本理研BHS-4测试仪测得烧结体的相关性能如表1所示。

实施例2

称取52.9mol％Fe₂O₃、32.9mol％MnO(原料形态为Mn₃O₄)、14.2mol％ZnO，投入砂磨机中搅拌，控制平均粒径为1.0±0.3μm，一次喷雾后在900±30℃温度下用电热式回转窑进行预烧，控制磁化度在0～25。随后预烧料投入砂磨机进行二次砂磨，过程中相对所述主成分总量，加入纯水36wt％、分散剂0.01wt％和消泡剂0.008wt％，并加入添加剂SiO₂0.002wt％、CaCO₃0.03wt％、V₂O₅0.06wt％、K₂CO₃0.4wt％、Nb₂O₅0.05wt％、ZrO₂0.05wt％和Ta₂O₅0.03wt％，控制二次砂磨的平均粒径为1.0±0.2μm。最后进行二次喷雾得到Mn-Zn铁氧体颗粒料粉。

取该颗粒料成型压制φ25mm×φ15mm×7.5mm的环形磁芯，成型密度为3.0±0.2g/cm³，在1300～1400℃下N₂保护下进行烧结，保温4～6小时，在平衡气氛下冷却。

用美国2330功耗仪、CH100测试仪、日本理研BHS-4测试仪测得烧结体的相关性能如下表1所示。

                                表1

批号	起始磁导率	饱和磁通密度(H＝1194A/m)	Pcv(mw/cm3)(100KHz，200mT)
						25℃	80℃	100℃
			TDK PC40	2300	510				600	/	410
实施例1	2345	513				546	365	351
			实施例2	2384	508				565	371	356

如表1所示，本发明产品具有低功率损耗，适用的工作频率较高。

Claims (9)

1、一种低损耗锰锌系铁氧体，该铁氧体包括主成分和辅助成分，主成分包括氧化铁、氧化锌和氧化锰，其特征在于：所述主成分以各自标准物计的含量如下，Fe₂O₃：50mol％～55mol％，MnO：31mol％～38mol％，ZnO：8mol％～15mol％，所述辅助成分包括氧化钙、氧化钾和氧化钛，相对所述主成分总量，所述氧化钙、氧化钾和氧化钛以其标准物CaO、K₂O和TiO₂计的总含量为0.01～0.65wt％。

2、如权利要求1所述的低损耗锰锌系铁氧体，其特征在于：相对所述主成分总量，所述辅助成分以各自标准物计的含量分别为，CaO：0.002～0.1wt％，K₂O：0.003～0.4wt％，TiO₂：0.005～0.15wt％。

3、如权利要求1或2所述的低损耗锰锌系铁氧体，其特征在于：所述辅助成分进一步包括硅氧化物、钒氧化物、铌氧化物、钴氧化物、锡氧化物、钽氧化物、锆氧化物其中一种或一种以上，相对所述主成分总量，这些辅助成分以其标准物SiO₂、V₂O₅、Nb₂O₅、Co₂O₃、SnO、Ta₂O₅、ZrO₂计的总含量为0～0.66wt％。

4、如权利要求3所述的低损耗锰锌系铁氧体，其特征在于：相对所述主成分总量，所述辅助成分中硅氧化物、钒氧化物、铌氧化物、钴氧化物、锡氧化物、钽氧化物、锆氧化物各自以其标准物SiO₂、V₂O₅、Nb₂O₅、Co₂O₃、SnO、Ta₂O₅、ZrO₂计的含量分别为，SiO₂：0～0.01wt％，V₂O₅：0～0.15wt％，Nb₂O₅：0～0.1wt％，Co₂O₃：0～0.1wt％，SnO：0～0.1wt％，Ta₂O₅：0～0.1wt％，ZrO₂：0～0.1wt％。

5、如权利要求1～4之一所述的低损耗锰锌系铁氧体的制备方法，所述方法包括如下步骤：A)将对应各主成分的主原料Fe₂O₃、Mn₃O₄、ZnO粒料混合经过一次砂磨，制得平均粒径为1.0±0.3μm的主原料粉料；B)将所述主原料粉料经干燥、预烧，再加入纯水、分散剂和对应各辅助成分的辅助原料，一起进行二次砂磨，二次砂磨过程中加入粘合剂和消泡剂制得平均粒径为1.0±0.2μm的混合粉料；C)将混合粉料经干燥、压制成型、在1300～1400℃下充氮气氛下保温4～6小时烧结、在平衡气氛下冷却制得所述铁氧体成品。

6、如权利要求5所述的低损耗锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于：所述步骤B中，所述消泡剂包括正辛醇，所述粘合剂包括聚乙烯醇。

7、如权利要求5所述的低损耗锰锌系铁氧体的制造方法，其特征在于：所述步骤B中，相对所述主成分总量，所述纯水的添加比例为35～38wt％，所述分散剂的添加比例为0～0.5wt％，所述粘合剂的添加比例为0.4～1.0wt％，所述消泡剂的添加比例为0～0.5wt％。

8、如权利要求5所述的低损耗锰锌系铁氧体的制造方法，其特征在于：所述步骤B中，所述预烧温度控制在900℃±30℃范围，预烧过程中，所述主原料粉料的磁化度控制在0～25范围内。

9、如权利要求5所述的低损耗锰锌系铁氧体的制造方法，其特征在于：所述步骤B、C中，所述干燥过程是采用喷雾造粒方法；所述步骤C中，所述压制成型后的生坯的密度为3.0±0.2g/cm³。