CN101256868A - Mn-Zn系软磁铁氧体及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种Mn－Zn系软磁铁氧体及生产方法，包括Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO，Mn₃O₄以MnO来计算，其比例范围为：Fe₂O₃：51.0～52.0mol％、MnO：26.0～31.0mol％和ZnO：18.0～22.0mol％。主要通过主配方的调整及掺杂物的种类和剂量的调整(特别是使用了TiO₂)来制备原料。提供了直流偏置下宽温范围内可以稳定工作的Mn－Zn铁氧体材料。适用于通信方面使用的脉冲变压器等。

Description

Mn-Zn系软磁铁氧体及生产方法

技术领域

本发明涉及的是一种宽温度范围内(-40～100℃)直流偏置叠加后磁导率性能劣化较小的Mn-Zn软磁铁氧体烧结体，适用于通信设备中的脉冲变压器。

背景技术

通信用的变压器磁芯要求有高磁导率(μi)、低相对损失系数(tanδ/μ)、低损耗等电气性能。最近，随着电子部品的小型化和高集成化的发展，要求磁芯性能随因为发热引起的电磁回路周围的温度变化、环境变化所产生的变化要小。所以，在叠加直流偏置后电磁性能变化小的要求逐步得到重视。

综上所述，像这样的通信变压器中使用的Mn-Zn软磁铁氧体要求电性能随温度变化小，比如LAN中使用的脉冲变压器和ADSL的modem变压器中使用的磁芯，随着装置数量的增加及modem的多功能化电源容量随之增加，回路周边的环境也发生变化。还有，像这样的变压器用在公用电话等设备的终端时，可以想象多半被设置在室外，至少要承受-20～摄氏70度的温差波动，为此，必须要减少漏电感，但是通过主配方和烧成氛围的调整使温度特性改善及通过SiO₂，CaO使直流叠加性能改善的方法已经无法满足宽温范围内的漏电感控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种宽温范围内(-40～100摄氏度)直流磁场叠加时的电感劣化小的Mn-Zn系软磁铁氧体及生产方法。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：主要采用高纯度Fe₂O₃、Mn₃O₄(以MnO来计算)、ZnO为主要原材料，其比例范围为：Fe₂O₃：51.0～52.0mol％、MnO：26.0～31.0mol％和ZnO：18.0～22.0mol％。

同时还加掺杂物SiO₂、CaO、Nb₂O₅、和V₂O₅，其合适的掺杂量范围为：SiO₂：0.001～0.006wt％、CaO：0.006～0.017wt％、Nb₂O₅：0.01～0.05wt％、V₂O₅：0.02～0.08wt％和TiO₂：0.5～1.5wt％，wt％是指相对于Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO的总重量比例。

该铁氧体材料在室温及100度下的剩磁Br在50mT以下，常温叠加135mT磁场的条件下，磁导率在-40～100摄氏度范围内可以控制在2100以上。

本发明的生产方法是：

1)、称量：通过上述比例正确称量出各原材料的重量；

2)、混合：将称量后的原料依次投入到干式振动球磨机，进行20～30分钟混合，要求混合均匀，没有明显的色差；

3)、予烧：将混合均匀的原料投入双管式予烧窑，予烧温度设定为850～1100℃，高温予烧时间为2～5小时；

4)、粉碎：采用振动球磨机对予烧完成的粉料进行10～40分钟的粉碎，使其评均粒子径达到1.7μm以下；

5)、砂磨：在砂磨机内投入适量的粉料，投入预先计量好的杂质，并投入下述添加剂去离子纯水、聚乙烯醇、分散剂和消泡剂进行砂磨(精细粉碎)，通过40～80分钟的研磨使平均粒子径达到1.5μm以下；

6)、造粒：采用喷雾造粒干燥塔制成真圆度好、流动性能佳的颗粒原料，通常原料的松装比重在1.20～1.40g/cm3，安息角(流动角)小于等于30度，颗粒水分含量在0.5wt％以内。

本发明的有益效果是：通过上述的配方和工艺条件的结合，可以达到预期的性能目标。之所以把主配方设定在上述范围内，主要是因为在上述主配方下，其初磁导率(μi)的次峰温度处于20～50度之间，如果超出上述温度范围的话，直流偏置叠加时μi值会在高温端或低温端发生急剧的变化，随温度变化产生的性能变化的曲线发生波动，要在宽温范围内使μi保持在2100以上比较困难；

在上述配方的基础上添加了SiO₂、CaO等添加剂。其中，SiO₂和CaO共同添加使晶界层产生较高的阻抗层、减小涡流损耗；Nb₂O₅、SiO₂和CaO同时析出到晶界层，除了可以减小损耗外，也可以减小剩磁；V₂O₅可以抑制由于采用Nb₂O₅引起的晶粒内气孔和异常结晶的发生，以提升饱和磁通密度，减小剩磁。同时添加了TiO₂，Ti⁴⁺离子置换Fe³⁺固溶到铁氧体晶格内，阻止Fe³⁺和Fe²⁺之间的电子移动，提高电阻使剩磁减小。Ti⁴⁺的添加可以使低温到高温范围内的磁导率随温度的变化产生的变化减小，即本例在宽温范围内(-40～100摄氏度)直流磁场叠加时的电感劣化小。

具体实施方式

实施例1：按照下表1所示的配方范围进行Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO的称量和混合；采用双管式予烧炉在大气中进行予烧(予烧温度为800～1100度)，粗粉碎后在予烧料中添加SiO₂：0.001～0.006wt％、CaO：0.006～0.017wt％、Nb₂O₅：0.01～0.05wt％、V₂O₅：0.02～0.08wt％和TiO₂：0.5～1.5wt％内的量，通过砂磨机对材料进行微粉碎，加入粘结剂、利用喷雾造粒塔制作成颗粒。用得到的颗粒进行外径为4mm、内径2mm、高度2mm的环形产品。在1350摄氏度、氧浓度为0.1～12％的条件下保温5小时，冷却时将氧浓度控制在0.001～5％、50～300摄氏度/小时的降温速度进行冷却，得到烧结体样环。

表1：

由该结果可以看出，适用例23摄氏度和100摄氏度的剩磁Br都在50mT以内，直流叠加后的磁导率达到2100以上。由此可见要保持良好的直流叠加性能需要把剩磁控制在50mT以内。

实施例2：采用Fe₂O₃：51.6mol％、MnO：26.4mol％和ZnO：22.0mol％的配方比进行称量，按上述同样条件进行予烧、粗粉碎。添加SiO₂：0.002wt％、CaO：0.01wt％、Nb₂O₅：0.04wt％和V₂O₅：0.04wt％，TiO₂添加量如下表2记载量实施添加。和实施例1同样条件进行砂磨、喷雾造粒制取颗粒，成形、烧成样环。

表2：

由此结果可以看出，适用例的添加范围内，室温和100度的剩磁都在50mT以内，其直流叠加时磁导率可以达到2100以上，当TiO2的添加量超出添加范围时，效果会比较差。

如上所述，主配方在Fe₂O₃：51.0～52.0mol％、MnO：26.0～31.0mol％和ZnO：18.0～22.0mol％，添加物中加入TiO₂：0.5～1.5wt％同时配以适当量的SiO₂、CaO、V₂O₅、Nb₂O₅后生产的Mn-Zn系铁氧体材料在室温及100度的剩磁(Br)可以控制在50mT以下，常温直流偏置场135mT条件下，宽温范围内(-40～100摄氏度)的磁导率可以控制在2100以上，相对于周围环境的变化，使用该材料的LAN或ADSL的变压器可以正常工作。

本发明中所述掺杂物SiO₂、CaO、Nb₂O₅、V₂O₅和TiO₂的wt％是指相对于Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO的总重量比例。

适用例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10和11是指本发明范围内的实施例，比较例1、2、3和4是指非本发明范围内的实施例。

Claims (5)

1. 一种Mn-Zn系软磁铁氧体，其特征是：主要由Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO组成，其中Mn₃O₄以MnO来计算，其比例范围为：Fe₂O₃：51～52mol％、MnO：26～31mol％和ZnO：18～22mol％。

2. 根据权利要求1所述的Mn-Zn系软磁铁氧体，其特征是：同时还加掺杂物SiO₂、CaO、Nb₂O₅、和V₂O₅，其合适的掺杂量范围为：SiO₂：0.001～0.006wt％、CaO：0.006～0.017wt％、Nb₂O₅：0.01～0.05wt％和V₂O₅：0.02～0.08wt％；wt％是指相对于Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO的总重量比例。

3. 根据权利要求2所述的Mn-Zn系软磁铁氧体，其特征是：掺杂物还有TiO₂，其合适的掺杂范围为：TiO₂：0.5～1.5wt％，wt％是指相对于Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO的总重量比例。

4. 根据权利要求1所述的Mn-Zn系软磁铁氧体的生产方法，其特征是：

1)、称量：通过上述比例正确称量出各原材料的重量；

2)、混合：将称量后的原料依次投入到干式振动球磨机，进行20～30分钟混合，要求混合均匀，没有明显的色差；

3)、予烧：将混合均匀的原料投入双管式予烧窑，予烧温度设定为850～1100℃，高温予烧时间为2～5小时；

4)、粉碎：采用振动球磨机对予烧完成的粉料进行10～40分钟的粉碎，使其评均粒子径达到1.7μm以下；

5)、砂磨：在砂磨机内投入适量的粉料，投入预先计量好的杂质，并投入下述添加剂去离子纯水、聚乙烯醇、分散剂和消泡剂进行砂磨，通过40～80分钟的研磨使平均粒子径达到1.5μm以下；

6)、造粒：采用喷雾造粒干燥塔制成真圆度好、流动性能佳的颗粒原料，通常原料的松装比重在1.20～1.40g/cm3，安息角小于等于30度，颗粒水分含量在0.5wt％以内。

5. 根据权利要求书1所述的Mn-Zn系软磁铁氧体，其特征是：该铁氧体材料在室温及100摄氏度下的剩磁Br在50mT以下，常温叠加135mT磁场的条件下，磁导率在-40～100摄氏度范围内可以控制在2100以上。