CN100533609C

CN100533609C - 一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法

Info

Publication number: CN100533609C
Application number: CNB2006100519432A
Authority: CN
Inventors: 吕东华; 颜冲; 包大新; 何时金
Original assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Current assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: CN101090017A

Abstract

本发明涉及一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法；本发明通过精确控制材料的成分和制备方法，研制出功耗谷点在90℃，在100kHz，200mT的条件下功耗小于等于260mW/cm³，在1000A/m，50Hz的条件下25℃的饱和磁通密度大于等于530mT，在1000A/m，50Hz的条件下100℃的饱和磁通密度大于等于420mT的MnZn功率铁氧体。

Description

一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种锰锌铁氧体及其制备方法，尤其涉及一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法，

背景技术

伴随着便携式移动电子设备的普及，多媒体通信、数字网络的高速发展，以及电磁兼容和抗电磁干扰等领域的需求，目前对功率MnZn铁氧体材料提出了更高更新的要求。随着新兴应用领域的扩充，对功率MnZn铁氧体除了要求低的损耗之外，还要求有高的饱和磁通密度。同时，针对不同的工作环境，在功耗～温度曲线上，应具有不同的最低功耗温度点。高性能的功率MnZn铁氧体，除选用各向异性、磁致伸缩小及纯度高的原材料之外，合适的微量元素掺杂和工艺的控制是十分重要的。

现有技术中绝大多数有关MnZn功率铁氧体的工作温度都在80℃～100℃，都将SiO₂作为添加剂以便于提高材料的电阻率，达到降低损耗的目的。将SiO₂作为添加剂加入预烧料中，虽然可以提高材料的电阻率，但是在烧结的过程中容易出现液相，出现异常晶粒的机率会增加。如果材料内部出现异常晶粒，那么材料的性能将会恶化。另外还有人通过脱硫工艺或采用精磨工艺来改善材料的性能，但是这样就增加了生产成本，增加了材料推广应用的难度。

发明内容

本发明针对现有技术中MnZn功率铁氧体及其制备工艺出现的技术问题，提供一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法。本发明直接利用原材料中的SiO₂，并控制制备方法所带进的SiO₂，而不是采用添加SiO₂的方式来改善MnZn功率铁氧体的磁性能；从而得到高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体。

本发明的上述目的是通过以下技术方案解决的：一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体，该铁氧体包括如下按摩尔百分比的成分：

Fe₂O₃： 51～53mol％；

MnO： 34～43mol％；

ZnO： 6～13mol％。

在上述的的高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体，该铁氧体还含有以下按重量百分比的辅助成分中的四种或以上：

CaCO₃：0.01～0.07wt％；

TiO₂： 0.01～0.08％；

SnO₂： 0.01～0.07wt％；

Nb₂O₅：0.01～0.06wt％；

ZrO₂： 0.01～0.09wt％；

Co₂O₃：0.01～0.06wt％。

本发明还提供一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，该方法由以下步骤组成：

(1)配料：采用主要成分按摩尔重量百分比为Fe₂O₃：51～53mol％；MnO：34～43mol％；ZnO：6～13mol％进行称量，称重后在砂磨机中加入去离子水进行砂磨，砂磨的时间为30～80分钟；

(2)预烧：将上述经过砂磨后的成分进行预烧，预烧温度为750℃～980℃，预烧时间为1～9小时；

(3)二次砂磨：在上述预烧料中加入以下按重量百分比的辅助成分中的四种或四种以上：CaCO₃：0.01～0.07wt％，TiO₂：0.01～0.08％，SnO₂：0.01～0.07wt％，Nb₂O₅：0.01～0.06wt％，ZrO₂：0.01～0.09wt％，Co₂O₃：0.01～0.06wt％；然后将粉料加入去离子水后放入砂磨机中进行二次砂磨，二次砂磨时间为1～3小时；

(4)喷雾造粒和成型：将上述的二次砂磨料在喷雾塔中进行喷雾造粒，喷雾造粒制成粒径为50～200μm的颗粒；然后成型为具有一定形状的坯件；

(5)烧结：将上述成型后的坯件进行在1260℃～1350℃的范围下进行烧结，烧结后即形成高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体。

在上述的高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法中，在步骤(3)中所述粉料的粒度为1～1.18μm，二次砂磨料中SiO₂的重量百分含量为0.005～0.023wt％。

在上述的高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法中，在步骤(4)中喷雾造粒时加入PVA和消泡剂，其中两者比例为20：1，所述的消泡剂为氨水、正辛醇中的一种。

在上述的高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法中，在步骤(5)中所述的烧结过程是在氧气和氮气的环境进行，其中氧分压的范围为：1～10％。

众所周知，MnZn功率铁氧体的损耗是由磁滞损耗，涡流损耗和剩于损耗组成的。在100kHz，200mT条件下，损耗主要是由磁滞和涡流两种损耗组成，剩于损耗所占的比例较小。为了降低在该测试条件下的损耗，现有技术中都是采用通过添加SiO₂提高材料的电阻率的方法来降低涡流损耗。但是本发明人通过长期研究发现：将SiO₂作为添加剂加入预烧料中，虽然可以提高材料的电阻率，但是在烧结的过程中容易出现液相，出现异常晶粒的机率会增加。如果材料内部出现异常晶粒，那么材料的性能将会恶化。于是本发明人想通过另外的方法来提高材料的电阻率，又可以避免晶粒异常长大的现象出现。考虑到原材料中SiO₂的存在和二次砂磨工艺中带入SiO₂的不可避免性，所以可以通过不添加SiO₂，直接利用原材料中SiO₂和砂磨工艺中带入SiO₂来提高材料的电阻率。这样就可以降低烧结过程中液相出现的机率，同时还可以降低生产成本。当然仅仅这样还是不能优化MnZn功率铁氧体的性能的，还需要优化材料的成分和采用合适的制备方法，而本发明人通过上述材料成分和制备方法得到一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体。该高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体功耗谷点在90℃，在100kHz，200mT的条件下功耗小于等于260mW/cm³，在1000A/m，50Hz的条件下25℃的饱和磁通密度大于等于530mT，在1000A/m，50Hz的条件下100℃的饱和磁通密度大于等于420mT。这样就能很好的满足工作温度在80℃～100℃的器件对MnZn功率铁氧体低损耗，高Bs的要求。

具体实施方式

以下为本发明的具体实施方式，对本发明的技术特征做进一步的说明，但是本发明并不限于这些实施例。

实施例1：

1、配料：

称取Fe₂O₃：52.7mol％；MnO：37.1mol％；ZnO：10.2mol％三种原料，然后在砂磨机中加入去离子水进行混合和破碎，，破碎30分钟，进行循环混合10分钟后，进行喷雾造粒。

2.预烧：

将喷雾料放入预烧炉内，在920℃下进行预烧，总的预烧时间是6小时。

3.二次砂磨：

在预烧料中加入以下按预烧料重量百分比的辅助成分：CaCO₃：0.03wt％，TiO₂：0.04wt％，Nb₂O₅：0.03wt％，Co₂O₃：0.025wt％，ZrO₂：0.02wt％。然后将粉料放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，砂磨时间为1小时，粉料粒度控制在1～1.18μm。

4.喷雾造粒和成型：

在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡剂，然后在喷雾塔中进行喷雾造粒成50～200μm的颗粒；然后成型具有一定形状的坯件；

5.烧结：

在一定的氧气和氮气的比例下，在1260℃的温度条件下范围下烧结，烧结时的氧分压为6％，然后在一定的氧气和氮气的比例下冷却到室温。

将烧结好的样品用SY-8258BH分析仪进行测试，具体性能见表1：

表1 实施例1中烧结样品的测试结果

从表中可以看出，在100kHz，200mT条件下90℃时，材料的损耗是257KW/m³，在1000A/m，50Hz条件下25℃的Bs是532mT，100℃的Bs是420mT。因此该材料能很好的满足80℃～100℃下工作的器件对材料的要求。特别适合制作笔记本电脑的充电器。

实施例2：

1、配料：

称取Fe₂O₃：51mol％；MnO：43mol％；ZnO：6mol％三种原料，然后在砂磨机中加入去离子水进行混合和破碎，，破碎40分钟，进行循环混合10分钟后，进行喷雾造粒。

2.预烧：

将喷雾料放入预烧炉内，在750℃下进行预烧，总的预烧时间是9小时。

3.二次砂磨：

在预烧料中加入以下按预烧料重量百分比的辅助成分：CaCO₃：0.01wt％，TiO₂：0.08wt％，SnO₂：0.03wt％，Co₂O₃：0.06wt％，ZrO₂：0.01wt％。然后将粉料放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，砂磨时间为2小时，粉料粒度控制在1～1.18μm。

4.喷雾造粒和成型：

5.烧结：

在一定的氧气和氮气的比例下，在1290℃的温度条件下烧结，烧结时的氧分压为8％，然后在一定的氧气和氮气的比例下冷却到室温。

将烧结好的样品用SY-8258BH分析仪进行测试，具体性能见表2：

表2 实施例2中烧结样品的测试结果

从表中可以看出，在100kHz，200mT条件下90℃时，材料的损耗是256KW/m³，在1000A/m，50Hz条件下25℃的Bs是536mT，100℃的Bs是420mT。因此该材料能很好的满足80℃～100℃下工作的器件对材料的要求。特别适合制作笔记本电脑的充电器。

实施例3

1、配料：

称取Fe₂O₃：53mol％；MnO：34mol％；ZnO：13mol％三种原料，然后在砂磨机中加入去离子水进行混合和破碎，，破碎50分钟，进行循环混合10分钟后，进行喷雾造粒。

2.预烧：

将喷雾料放入预烧炉内，在980℃下进行预烧，总的预烧时间是1小时。

3.二次砂磨：

在预烧料中加入以下按预烧料重量百分比的辅助成分：TiO₂：0.01wt％，SnO₂：0.07wt％，Co₂O₃：0.06wt％，ZrO₂：0.09wt％。然后将粉料放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，砂磨时间为3小时，粉料粒度控制在1～1.18μm。

4.喷雾造粒和成型：

在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡剂正辛醇，然后在喷雾塔中进行喷雾造粒成50～200μm的颗粒；然后成型具有一定形状的坯件；

5.烧结：

在一定的氧气和氮气的比例下，在1350℃的温度条件下烧结，烧结时的氧分压为9％，然后在一定的氧气和氮气的比例下冷却到室温。

将烧结好的样品用SY-8258 BH分析仪进行测试，具体性能见表3：

表3 实施例3中烧结样品的测试结果

从表中可以看出，在100kHz，200mT条件下90℃时，材料的损耗是258KW/m³，在1000A/m，50Hz条件下25℃的Bs是532mT，100℃的Bs是421mT。因此该材料能很好的满足80℃～100℃下工作的器件对材料的要求：特别适合制作笔记本电脑的充电器。

实施例4：

1.配料：

称取Fe₂O₃：52.6mol％；MnO：37mol％；ZnO：10.4mol％三种原料，然后在砂磨机中进行混合和破碎，加入一定量的去离子水，砂磨70分钟，进行循环混合10分钟后，进行喷雾造粒。

2.预烧：

3.二次砂磨：

在预烧料中加入以下辅助成分：CaCO₃：0.03wt％，SnO₂：0.03wt％，Nb₂O₅：0.03wt％，Co2O₃：0.025wt％，ZrO₂：0.02wt％。然后将粉料放入砂磨机中进行二次砂磨，要求加入一定量的去离子水，砂磨时间为2小时，粉料粒度控制在1～1.18μm。

4.喷雾造粒和成型：

5.烧结：

在一定的氧气和氮气的比例下，在1260℃～1350℃的范围下烧结，烧结时氧分压为1～10％，然后在一定的氧气和氮气的比例下冷却到室温。

将烧结好的样品用SY-8258BH分析仪进行测试，具体性能见表4：

表4 实施例4中烧结样品的测试结果

从表中可以看出，在100kHz，200mT条件下90℃时，材料的损耗是259KW/m³，在1000A/m，50Hz条件下25℃的Bs是534mT，100℃的Bs是421mT。因此该材料能很好的满足80℃～100℃下工作的器件对材料的要求。特别适合制作笔记本电脑的充电器。

本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims

1.一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，该方法由以下步骤组成：

(1)配料：采用主要成分按摩尔重量百分比为Fe₂O₃：51～53mol％；MnO：34～43mol％；ZnO：6～13mol％；进行称量，称重后在砂磨机中加入去离子水进行砂磨，砂磨的时间为30～80分钟；

(3)二次砂磨：在上述预烧料中加入以下按重量百分比的辅助成分中的四种或四种以上：CaCO₃：0.01～0.07wt％；TiO₂：0.01～0.08wt％；SnO₂：0.01～0.07wt％；Nb₂O₃：0.01～0.06wt％；ZrO₂：0.01～0.09wt％；Co₂O₃：0.01～0.06wt％；然后将粉料加入去离子水后放入砂磨机中进行二次砂磨，二次砂磨时间为1～3小时；

(5)烧结：将上述成型后的坯件进行在1260—1350℃的温度范围下进行烧结，烧结后即形成高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体；

制备过程中不添加SiO₂，直接利用原材料中的SiO₂和砂磨工艺中带入SiO₂来提高材料的电阻率。

2.根据权利要求1所述的一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述粉料的粒度为1～1.18μm，二次砂磨料中SiO₂的重量百分含量为0.005～0.023wt％。

3.根据权利要求1-2之一所述的一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，其特征在于步骤(4)中喷雾造粒时加入PVA和消泡剂，其中两者比例为20:1，所述的消泡剂为氨水、正辛醇中的一种。

4.根据权利要求1-2之一所述的一种高饱和磁通密度低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述的烧结过程在氧气和氮气的环境进行，其中氧分压的范围为：1～10％。