CN100425570C

CN100425570C - 一种宽温叠加特性优异的锰锌系铁氧体

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Publication number: CN100425570C
Application number: CNB2006100338831A
Authority: CN
Inventors: 傅膑; 范仲康; 刘运; 盘良三
Original assignee: RUYUAN DONG YANG GUANG MATERIALS CO Ltd
Current assignee: Ruyuan Dong Yang Guang Materials Co., Ltd.
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: CN1810710A

Abstract

本发明涉及一种宽温较高磁导率锰锌系铁氧体及其制备方法，所述铁氧体包括主成分和副成分，主成分包括氧化铁、氧化锌、氧化锰，所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量是：Fe₂O₃：51mol%～56mol%，MnO：34mol%～40mol%，ZnO：6mol%～12mol%。本发明的锰锌系铁氧体具有较高的起始磁导率，在100KHz、200mT、25℃～120℃温度区域内的功耗最大值与最小值之差在70kW/m³以下，在此温度区域内的功耗最小值在350kW/m³以下，在H＝1194A/m，25℃时剩磁在85mT以下，直流叠加特性优异。

Description

一种宽温叠加特性优异的锰锌系铁氧体

【技术领域】

本发明涉及一种MnZn系铁氧体及其制备方法，尤其涉及一种宽温叠加特性优异的锰锌系铁氧体及其制备方法。

【背景技术】

随着电子设备向薄轻小、移动化、集成化和多功能化的方向发展，软磁铁氧体磁性材料在这些设备中得到了越来越广泛的应用研究。其中具有高频、宽温、高直流叠加、高磁导率、低功率损耗等性能的锰锌铁氧体磁性材料越来越成为电源变压器、办公自动化、通信等领域中不可缺少的组件。考虑到电源等的工作环境，就要求在宽温度范围内损耗和磁导率变化小，具有高稳定性和高可靠性。由于该类磁芯大部分是在大电流或有直流偏场的场合下使用，因而是否具有优良的直流叠加特性即叠加一定大小的电流后电感跌落的比例大小，对器件的设计和使用非常重要。一般说来，饱和磁通密度Bs与剩磁Br的差值即(Bs-Br)越大，叠加特性越好。

在类似上述问题领域，专利申请号为CN00126353.6的中国专利申请文件公开了一种磁性铁氧体材料，其中含有作为主成分的氧化锌在换算成ZnO时在7.0～9.0mol％的范围内，氧化锰在换算成MnO时，在36.8～39.2mol％的范围内，其余为氧化铁，另外还含有作为副成分的氧化钴在换算成Co₃O₄时在2500～4500ppm的范围内，该磁性铁氧体材料在20～100℃的温度区域内的功率损失的最小值在400kW/m³以下，而且在20～100℃的温度区域的功率损失的最大值与最小值之差在150kW/m³以下。氧化钴的加入量相对较高，生产成本较高，专利产品未提及其直流叠加特性。

《功能材料》2003年第6期34卷刊载了Co²⁺或Sn⁴⁺对MnZn功率铁氧体磁特性的影响研究，研究结果表明，由于Co²⁺具有大的正的磁晶各向异性常数K₁，所以可与MnZn功率铁氧体负的K₁进行补偿，当CoO掺入量为2×10^-3时，可得到20～120℃温度范围内具有非常平坦功率损耗-温度特性的MnZn功率铁氧体，Co²⁺的掺入还可以改善MnZn功率铁氧体的起始磁导率的温度特性。但是由于CoO掺入量大，成本高。

【发明内容】

本发明要达到的目的是要提供一种具有较高的起始磁导率、且在25℃功耗和120℃功耗相当，在25℃～120℃温度范围内功耗曲线平坦，剩磁小，宽温叠加特性优异的锰锌系铁氧体及其制造方法。

为此，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种宽温叠加特性优异的锰锌系铁氧体，该铁氧体包括主成分和副成分，所述主成分包括氧化铁、氧化锌和氧化锰，所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量是：Fe₂O₃：52mol％～55mol％，MnO：37mol％～40mol％，ZnO：7mol％～10mol％。

所述副成分包括铋氧化物、钛氧化物和钴氧化物，相对所述主成分总量，所述铋氧化物、钛氧化物和钴氧化物以其标准物Bi₂O₃、TiO₂和Co₂O₃计的重量百分比总含量为0.054wt％～0.63wt％；相对所述主成分总量，所述副成分以各自标准物计的重量百分比含量分别是：Bi₂O₃：0.002wt％～0.08wt％，TiO₂：0.002wt％～0.2wt％，Co₂O₃：0.1wt％～0.35wt％。

所述副成分进一步包括钙氧化物、铌氧化物和钒氧化物中的至少一种，相对所述主成分总量，这些副成分以其标准物CaO、Nb₂O₅、V₂O₅计的总重量百分比含量为0.006wt％～0.26wt％。

相对所述主成分总量，所述副成分中钙氧化物、铌氧化物和钒氧化物各自以其标准物CaO、Nb₂O₅、V₂O₅计的重量百分比含量分别为；CaO：0.002wt％～0.1wt％，Nb₂O₅：0.002wt％～0.08wt％，V₂O₅：0.002wt％～0.08wt％。

本发明通过上述配方及复合添加铋氧化物、钛氧化物和钴氧化物，使所述铁氧体具有3300±25％的起始磁导率，且在100KHz、200mT、25℃～120℃温度区域内的功耗最大值与最小值之差在70kW/m³以下，在此温度区域内的功耗最小值在350kW/m³以下，在H＝1194A/m，25℃时剩磁在85mT以下。

所述宽温叠加特性优异的锰锌系铁氧体的制备方法，主要包括如下步骤：

A、将三种主成分Fe₂O₃、Mn₃O₄、ZnO粒料混合后经过一次砂磨，制得平均粒径Φ为0.9μm±0.2μm的主成分粉料；

B、将所述主成分粉料经干燥、预烧，再加入纯水、分散剂和副成分，然后一起进行二次砂磨，在二次砂磨过程中加入粘合剂和消泡剂制得平均粒径Φ为0.9±0.2μm的混合粉料；

C、将混合粉料经干燥、压制成型，在1300℃～1400℃和氧气氛控制下保温4小时～6小时烧结，在平衡气氛下冷却制得所述铁氧体磁芯。

在所述步骤B和步骤C中，所述干燥过程是采用喷雾造粒方法；在所述步骤C中，所述压制成型后的生坯的密度为3.0±0.2g/cm³，所述烧结后的磁芯密度为4.85±0.15g/cm³；所述副成分中的钴氧化物优选以Co₂O₃的形式加入。

经过实验证明：本发明的锰锌系铁氧体粉料具有良好的成型性能且烧结产品能达到预期的技术指标。粉料物理性能如下：颗粒的含水量为0.2wt％～0.6wt％，松装密度为：1.25～1.45g/cm³，安息角为≤30°。

实验证明，本发明通过合理的成分配比和优化的复合掺杂以及适当降低平均粒径，增加材料的活性，形成均匀、一致性好，无异常晶粒的微观结构，再通过适当的烧结工艺温度气氛匹配，形成气孔率低，大密度，无异常另相的铁氧体。利用本发明制得的磁芯具有较高的起始磁导率，起始磁导率3300±25％，且在100KHz、200mT、25℃～120℃温度区域内的功耗最大值与最小值之差在70kW/m³以下，在此温度区域内的功耗最小值在350kW/m³以下，在H＝1194A/m，25℃时剩磁在85mT以下，叠加特性优异。

以下结合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53.3mol％的Fe₂O₃、38.3mol％的MnO和8.4mol％的ZnO，其中MnO的原料形态为Mn₃O₄，Mn₃O₄采用金瑞CR-06型号，其Mn％≥71％，铁红采用国产宝钢铁红，其Fe₂O₃％≥99.2％，ZnO的生产厂家为上海京华，其重量百分比含量ZnO％≥99.7％。将上述原料混合后，一并投入砂磨机中搅拌，控制平均粒径为0.9μm±0.2μm，一次喷雾后在900℃±30℃温度下用电热式回转窑进行预烧。随后预烧料投入砂磨机进行二次砂磨，在砂磨过程中，加入纯水、分散剂和消泡剂，并加入添加剂，相对所述主成分总量，所述添加剂中各物质的重量百分比含量分别是：CaCO₃0.05wt％、V₂O₃0.05wt％、Nb₂O₅0.05wt％、Bi₂O₃0.04wt％、TiO₂0.02wt％，Co₂O₃0.1wt％，控制砂磨的平均粒径Φ为0.9μm±0.2μm。最后进行二次喷雾得到MnZn铁氧体颗粒粉料。

取该颗粒料成型压制φ25mm×φ15mm×7.5mm的环形磁芯和UYF13磁芯，成型密度为3.0±0.2g/cm³，在1300℃～1400℃下充N₂保护，控制氧含量下进行烧结，保温4小时～6小时，在平衡气氛下冷却。

经上述过程所制备的磁芯，用美国2330功耗仪、HP4284电感仪、HP42841A直流磁化电源、日本理研BHS-40直流特性测试仪、恒温箱和电阻率测试仪等仪器测得磁芯的相关性能如表1和表2所示。

实施例2

称取53.9mol％Fe₂O₃、39.1mol％MnO和7.9mol％ZnO，投入砂磨机中搅拌，其中MnO的原料形态为Mn₃O₄，控制平均粒径为0.9μm±0.2μm，一次喷雾后在900℃±30℃温度下用电热式回转窑进行预烧。随后预烧料投入砂磨机进行二次砂磨，在砂磨过程中，加入纯水、分散剂和消泡剂，并加入添加剂，相对所述主成分总量，添加剂中各物质的重量百分比含量分别是：CaCO₃0.02wt％、V₂O₅0.02wt％、Nb₂O₅0.01wt％、Bi₂O₃0.03wt％、TiO₂0.02wt％，Co₂O₃0.3wt％，控制二次砂磨的平均粒径Φ为0.9μm±0.2μm。最后进行二次喷雾得到MnZn铁氧体颗粒粉料。

表1本发明环形磁芯材料性能

表2本发明以UYF13为例的叠加特性

由表1和表2可见，本发明的锰锌系铁氧体具有较高的起始磁导率，在25℃～120℃温度区域内的功耗最大值与最小值之差在70kW/m³以下，在此温度区域内的功耗最小值在350kW/m³以下，在H＝1194A/m，25℃时剩磁在85mT以下，叠加特性优异。

Claims

1.一种宽温叠加特性优异的锰锌系铁氧体，该铁氧体包括主成分和副成分，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摩尔百分比含量是：Fe2O3：52mol％-55mol％，MnO：37mol％-40mol％，ZnO：7mol％-10mol％，副成分包括铋氧化物、钛氧化物和钴氧化物，相对所述主成分总量，所述铋氧化物、钛氧化物和钴氧化物以其标准物Bi2O3、TiO2和Co2O3计的总重量百分比含量为0.054wt％-0.63wt％，所述副成分以各自标准物计的重量百分比含量分别为Bi2O3：0.002wt％-0.08wt％，TiO2：0.002wt％-0.2wt％，Co2O3：0.1wt％-0.35wt％，所述铁氧体在100KHz、200mT、25℃-120℃温度区域内的功耗最大值与最小值之差在70kW/m3之下，在此温度区域内的功耗最小值在350kW/m3以下。

2.如权利要求1所述的宽温叠加特性优异的锰锌系铁氧体，其特征在于：所述副成分还包括钙氧化物、铌氧化物和钒氧化物中的至少一种，相对所述主成分总量，这些副成分以其标准物CaO、Nb2O5和V2O5计的总重量百分比含量为0.006wt％-0.26wt％。

3.如权利要求2所述的宽温叠加特性优异的锰锌系铁氧体，其特征在于：相对所述主成分总量，所述副成分中钙氧化物、铌氧化物和钒氧化物各自以其标准物CaO、Nb2O5和V2O5计的重量百分比含量分别为：CaO：0.002wt％-0.1wt％，Nb2O5：0.002wt％-0.08wt％，V2O5：0.002wt％-0.08wt％。

4.如权利要求1-3之一所述的宽温叠加特性优异的锰锌系铁氧体，其特征在于：所述铁氧体在H＝1194A/m、25℃时的剩磁在85mT以下。