CN101429016A - 一种高温高饱和磁通密度MnZn铁氧体材料及其制备磁芯的方法 - Google Patents

Abstract

一种MnZn铁氧体材料及制备磁芯的方法，按摩尔比计算，主成份为氧化铁Fe₂O₃ 50.2～55.3mol％、氧化锰MnO 38.4～47.9mol％，余量为氧化锌ZnO，在所述的主成份中还需添加重量计为100～800ppm的第一副组分、以重量计为100～4000ppm的第二副组分；所述的第一副组分是指TiO₂、ZrO₂、SiO₂中的一种或两种，第二副组分是指CaCO₃、NiO、Nb₂O₅、Co₂O₃中的一种或几种。本发明的材料所得磁芯具有随着温度的持续上升仍保有很高的饱和磁通密度及低功率损耗的特点。

Description

一种高温高饱和磁通密度MnZn铁氧体材料及其制备磁芯的方法

技术领域

本发明属于软磁铁氧体材料技术领域，具体涉及一种宽温度的高饱和磁通密度及低功率损耗的MnZn铁氧体材料及制备磁芯的方法。

背景技术

MnZn高温高Bs材料是一种新的高性能软磁铁氧体材料，主要应用在汽车电子、集成电路模块的输出滤波器以及其他高温大电流的场合中。能在普通功率铁氧体难以胜任的苛刻条件下正常使用，材料必须有其优异的电磁特性，即材料必须有很高的居里温度，以保证其能在高温条件下，仍然保持材料的亚铁磁性。普通功率铁氧体的居里温度一般在200～230℃之间；材料必须有极好的抗饱和直流叠加能力，尤其是在高温情况下，以保证磁件仍然拥有必需的电感量，高温磁性器件的正常工作后，一般会很快升至100℃以上，普通功率铁氧体在高温时，其饱和Bs会下降到一个较低的数值，此时磁芯很容易被大电流或直流叠加偏磁场所饱和而导致磁件电感量大幅下降。材料的功率不宜过高，功耗谷点应在100℃或以上。磁芯本身的功耗高，会使磁件本身发热增加，能量传输效率降低。另外磁芯功耗谷点偏向低温，一旦工作温度高于功耗谷点，会导致温度越高，磁芯的功耗越大，而功耗越大，又导致磁件温度更高的恶性循环。

开关电源的主变压器常采用MnZn功率铁氧体作为磁芯，这就要求这种软磁铁氧体具备有高饱和磁通密度Bs和振幅磁导率，以提高变压器的功率转换效率并避免变压器在高频工作时发热损坏；为了在较高的工作温度时仍保持高的Bs值，材料的居里温度Tc应较高；同时要求在高磁通密度、高温和高频下有低功率损耗。

发明内容

本发明需解决的技术问题是提供一种随着温度的持续上升仍保有很高的饱和磁通密度及低功率损耗的MnZn铁氧体材料及制备磁芯的方法。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：一种MnZn铁氧体材料，按摩尔比计算，主成份为氧化铁Fe₂O₃50.2～55.3mol％、氧化锰MnO38.4～47.9mol％，余量为氧化锌ZnO，在所述的主晶相中还需添加重量计为100～800ppm的第一副组分、以重量计为100～4000ppm的第二副组分；所述的第一副组分是指TiO₂、ZrO₂、SiO₂中的一种或两种，第二副组分是指CaCO₃、NiO、Nb₂O₅、Co₂O₃中的一种或几种。加入的副组份与主原材料中形成高电阻的晶界，减少材料的高频涡流损耗，增大材料的体电阻率。以上副组份之间的配比关系均是本领域技术人员常用的量。

进一步：在上述MnZn铁氧体材料中，还加入以重量计为200～4000ppm第三副组份，所述的第三副组分是指MO₃、V₂O₅、Bi₂O₃中的一种或几种，该副组份之间的配比关系均是本领域技术人员常用的量。

利用上述MnZn铁氧体材料制备磁芯的方法是通过以下技术方案实现的：一种MnZn铁氧体磁芯的制备方法，依次包括一次配料并球磨、预烧、二次配料并球磨、喷雾造粒得到颗粒料、压制成生坯、生坯烧结步骤，所述一次配料中，加入主成份为氧化铁Fe₂O₃50.2～55.3mol％、氧化锰MnO38.4～47.9mol％，余量为氧化锌ZnO，在所述的主晶相中还需添加重量计为100～800ppm的第一副组分、以重量计为100～4000ppm的第二副组分；所述的第一副组分是指TiO₂、ZrO₂、SiO₂中的一种或两种，第二副组分是指CaCO₃、NiO、Nb₂O₅、Co₂O₃中的一种或几种。该方法一次配料中，加入的第一副组分和第二副组分在高温下形成液态，不但提高了传热效率，还为离子迁移提供便利通道，大大加速了烧结固相反应，增加了磁芯密度。以上副组份之间的配比关系均是本领域技术人员常用的量。

进一步：在上述制备方法中，所述的二次配料中，还加入以重量计为200～4000ppm第三副组份，该副组份之间的配比关系均是本领域技术人员常用的量。所述的第三副组分是指MO₃、V₂O₅、Bi₂O₃中的一种或几种。所述的生坯烧结过程是在3～8％的氧体积含量的氮气氛中以1250～1420℃高温下进行保温烧结。在二次配料时还加入了第三副组分，从而使得MnZn铁氧体材料在宽温条件下具有很低的功率损耗。其中一种但不仅限于一种副组分与第二副组份起到抑制晶粒过度生长，其金属离子半径较大，不能进入晶格而富集在晶界，形成高阻晶界层，这样可大大增加磁芯的体电阻而降低高频涡流损耗。

本发明铁氧体材料制备的磁芯一般为EE、RM、EP型但不仅限于EE、RM、EP型，可用于但不仅限于汽车新照明电路、新型大功率灯具镇流器、大电流滤波电感器、电子变压器等一系列领域。

上述磁芯材料具有以下优异特性：

(1)居里温度Tc≥280℃；

(2)饱和磁通密度Bs 100℃，1200A/m时460mT；

(3)初始磁导率μi＝1800+30％或1800-20％；

(4)功率损耗典型值400KW/m³(100℃、100kHz、200mT)

磁芯在高温条件下具有高的饱和磁通密度性能，在恶劣的工作环境下能保证磁性器件的正常工作。

具体实施方式

以下的实施例是以举例来进一步说明本发明，因此，不应该构成对本发明范围的限制。特别是辅助氧化物的选择并不导致磁芯特性的实质性差异，仅属因地因事而异的区别，故下述实施例并非对本发明内容的穷举和限定：首先，简述本发明的基本方案：一种MnZn铁氧体材料，按摩尔比计算，主成份为氧化铁Fe₂O₃50.2～55.3mol％、氧化锰MnO38.4～47.9mol％，余量为氧化锌ZnO，在所述的主晶相中还需添加重量计为100～800ppm的第一副组分、以重量计为100～4000ppm的第二副组分；所述的第一副组分是指TiO₂、ZrO₂、SiO₂中的一种或两种，第二副组分是指CaCO₃、NiO、Nb₂O₅、Co₂O₃中的一种或几种。

实施例1

一种MnZn铁氧体材料制备磁芯的方法，依次包括一次配料并球磨、预烧、二次配料并球磨、喷雾造粒得到颗粒料、压制成生坯、生坯烧结步骤，所述一次配料中，加入主成份为氧化铁Fe₂O₃50.2mol％、氧化锰MnO47.9mol％，余量为氧化锌ZnO，其中Fe₂O₃采用德国蒂森克虏伯铁红(纯度≥99.3wt％)，MnO折算成Mn₃O₄，使用湖南金瑞的高纯Mn₃O₄(纯度≥98.8wt％)，ZnO采用浙江海门的ZnO(纯度≥99.7wt％)。将三种原材料倒入搅拌罐中，加入分散剂和去离子水，进行充分搅拌混匀，进行球磨磨3～6小时。进行喷雾干燥，并进行预烧，预烧温度为760～950℃，预烧时间为40～90分钟，得到了预烧料。在所述的主晶相中还需添加重量计为100～800ppm的第一副组分、以重量计为100～4000ppm的第二副组分；所述的第一副组分是指TiO₂、ZrO₂、SiO₂中的一种或两种，第二副组分是指CaCO₃、NiO、Nb₂O₅、Co₂O₃中的一种或几种。所述的二次配料中，还加入以重量计为200～4000ppm第三副组份，所述的第三副组分是指MO₃、V₂O₅、Bi₂O₃中的一种或几种，以上副组份之间的配比关系均是本领域技术人员常用的量。再加入去离子水，分散剂及适量的消泡剂，球磨2～5小时，得到黑色的料浆。将料浆泵入搅拌罐中，再进行喷雾造粒，控制出口温度在90～120℃，得到了颗粒料。将颗粒加入有机脱模剂和适当的水分，进行充分混合后，然后用压机进行压制成圆环形生坯。将生坯放入有3～8％的氧体积含量的氮气保护中在1250～1420℃下的推板窑中进行高温烧结，得到了T25圆环-1。圆环的初始磁导率用Agilent4284进行测量(测试条件为10KHZ、250mV)，功率损耗用日本岩崎科技的SY-8232B-H回线仪进行测量(测试条件为100KHZ、200mT)。测试参数如表1所示：

实施例2

一种MnZn铁氧体材料制备磁芯的方法，依次包括一次配料并球磨、预烧、二次配料并球磨、喷雾造粒得到颗粒料、压制成生坯、生坯烧结步骤，所述一次配料中，在主成份中加入氧化铁Fe₂O₃55.3mol％、氧化锰MnO 38.4％，余量为氧化锌ZnO，其中Fe₂O₃采用德国蒂森克虏伯铁红(纯度≥99.3wt％)，MnO折算成Mn₃O₄，使用湖南金瑞的高纯Mn₃O₄(纯度≥98.8wt％)，ZnO采用浙江海门的ZnO(纯度≥99.7wt％)。将三种原材料倒入搅拌罐中，加入分散剂和去离子水，进行充分搅拌混匀，进行球磨磨3～6小时。进行喷雾干燥，并进行预烧，预烧温度为760～950℃，预烧时间为40～90分钟，得到了预烧料。在所述的主晶相中还需添加重量计为100～800ppm的第一副组分、以重量计为100～4000ppm的第二副组分；所述的第一副组分是指TiO₂、ZrO₂、SiO₂中的一种或两种，第二副组分是指CaCO₃、NiO、Nb₂O₅、Co₂O₃中的一种或几种。所述的二次配料中，还加入以重量计为200～4000ppm第三副组份，所述的第三副组分是指MO₃、V₂O₅、Bi₂O₃中的一种或几种，以上副组份之间的配比关系均是本领域技术人员常用的量。再加入去离子水，分散剂及适量的消泡剂，球磨2～5小时，得到黑色的料浆。将料浆泵入搅拌罐中，再进行喷雾造粒，控制出口温度在90～120℃，得到了颗粒料。将颗粒加入有机脱模剂和适当的水分，进行充分混合后，然后用压机进行压制成圆环形生坯。将生坯放入有3～8％的氧体积含量的氮气保护中在1250～1420℃下的推板窑中进行高温烧结，得到了T25圆环-2。圆环的初始磁导率用Agilent4284进行测量(测试条件为10KHZ、250mV)，功率损耗用日本岩崎科技的SY-8232B-H回线仪进行测量(测试条件为100KHZ、200mT)。测试参数如表1所示：

实施例3

一种MnZn铁氧体材料制备磁芯的方法，依次包括一次配料并球磨、预烧、二次配料并球磨、喷雾造粒得到颗粒料、压制成生坯、生坯烧结步骤，所述-次配料中，加入主成份为氧化铁Fe₂O₃52.7mol％、氧化锰MnO 43.5mol％，余量为氧化锌ZnO，其中Fe₂O₃采用德国蒂森克虏伯铁红(纯度≥99.3wt％)，MnO折算成Mn₃O₄，使用湖南金瑞的高纯Mn₃O₄(纯度≥98.8wt％)，ZnO采用浙江海门的ZnO(纯度≥99.7wt％)。将三种原材料倒入搅拌罐中，加入分散剂和去离子水，进行充分搅拌混匀，进行球磨磨3～6小时。进行喷雾干燥，并进行预烧，预烧温度为760～950℃，预烧时间为40～90分钟，得到了预烧料。在所述的主晶相中还需添加重量计为100～800ppm的第一副组分、以重量计为100～4000ppm的第二副组分；所述的第一副组分是指TiO₂、ZrO₂、SiO₂中的一种或两种，第二副组分是指CaCO₃、NiO、Nb₂O₅、Co₂O₃中的一种或几种。所述的二次配料中，还加入以重量计为200～4000ppm第三副组份，所述的第三副组分是指MO₃、V₂O₅、Bi₂O₃中的一种或几种，以上副组份之间的配比关系均是本领域技术人员常用的量。再加入去离子水，分散剂及适量的消泡剂，球磨2～5小时，得到黑色的料浆。将料浆泵入搅拌罐中，再进行喷雾造粒，控制出口温度在90～120℃，得到了颗粒料。将颗粒加入有机脱模剂和适当的水分，进行充分混合后，然后用压机进行压制成圆环形生坯。将生坯放入有3～8％的氧体积含量的氮气保护中在1250～1420℃下的推板窑中进行高温烧结，得到了T25圆环-3。圆环的初始磁导率用Agilent4284进行测量(测试条件为10KHZ、250mV)，功率损耗用日本岩崎科技的SY-8232B-H回线仪进行测量(测试条件为100KHZ、200mT)。测试参数如表1所示：

表1 各个实施例所得磁芯的具体技术指标对比

Claims (5)

1、一种MnZn铁氧体材料，按摩尔比计算，主成份为氧化铁Fe₂O₃ 50.2～55.3mol％、氧化锰MnO 38.4～47.9mol％，余量为氧化锌ZnO，在所述的主晶相中还需添加重量计为100～800ppm的第一副组分、以重量计为100～4000ppm的第二副组分；所述的第一副组分是指TiO₂、ZrO₂、SiO₂中的一种或两种，第二副组分是指CaCO₃、NiO、Nb₂O₅、Co₂O₃中的一种或几种。

2、根据权利要求1所述的MnZn铁氧体材料，其特征在于：还加入以重量计为200～4000ppm第三副组份，所述的第三副组分是指MO₃、V₂O₅、Bi₂O₃中的一种或几种。

3、一种根据权利要求1或2所述MnZn铁氧体材料制备磁芯的方法，依次包括一次配料并球磨、预烧、二次配料并球磨、喷雾造粒得到颗粒料、压制成生坯、生坯烧结步骤，其特征在于：所述一次配料中，加入主成份为氧化铁Fe₂O₃ 50.2～55.3mol％、氧化锰MnO 38.4～47.9mol％，余量为氧化锌ZnO，在所述的主晶相中还需添加重量计为100～800ppm的第一副组分、以重量计为100～4000ppm的第二副组分；所述的第一副组分是指TiO₂、ZrO₂、SiO₂中的一种或两种，第二副组分是指CaCO₃、NiO、Nb₂O₅、Co₂O₃中的一种或几种。

4、根据权利要求3所述的制备磁芯的方法，其特征在于：所述的二次配料中，还加入以重量计为200～4000ppm第三副组份，所述的第三副组分是指MO₃、V₂O₅、Bi₂O₃中的一种或几种。

5、根据权利要求4所述的制备磁芯方法，其特征在于：所述的生坯烧结过程是在3～8％的氧体积含量的氮气氛中以1250～1420℃高温下进行保温烧结。