CN101533700A - MnZn铁氧体磁芯配方及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MnZn铁氧体磁芯配方及其制造方法，由主成份和副成份组成，所述主成份由氧化铁、氧化锌和氧化锰组成，按摩尔百分比计：以Fe2O3计算，氧化铁为51％～54％，以ZnO计算，氧化锌为21％～24％，其余为氧化锰；所述副成份至少包括氧化硅和氧化钙，以主成份的重量为基准：以SiO2计算，氧化硅为40ppm～180ppm，以CaO计算，氧化钙为100ppm～350ppm。按以下步骤进行烧结：(1)将磁芯组份混合塑型后升温至设定温度；(2)在设定时间内持续保持设定温度；(3)降温。本发明具有高初导磁率和高感应系数，可有效减少绕线圈匝数、降低铁芯体积。
Description
技术领域
本发明涉及一种MnZn铁氧体铁芯配方及其制造方法，主要应用于高速区域网(LAN)系统中的脉冲变压器，一般主要为小型尺寸环形铁芯(2mm～8mm)，在高频(100kHz～200kHz)、较高电压(100mV～200mV)和较高直流偏压(18～30匝线圈，8mA直流)以及宽温(-40℃～+85℃)条件下，具有很高的初导磁率，可以降低铁芯体积或减少绕线圈在数。
背景技术
今日，100Mbps以上传输速率的高速区域网(LAN)系统已经成为主流。此高速区域网(LAN)系统在操作温度范围内，特性必须满足ANSI标准(X3.263-1995[R2000]，L≥350μH，100kHz，100mV，DC＝8mA)。由于技术的不断提升，高速区域网(LAN)系统的操作温度范围随之延伸，也已由最早的室温25℃到传统的0～70℃延伸至-40～85℃。
通讯组件的趋势是越做越小，越做越薄。故此种应用于高速区域网(LAN)系统中的材质，主要以小型尺寸环形铁芯为主，一般外径在4mm以下，高度(HT)在2.6mm以下。
因此，如何在满足ANSI标准的基础下减少绕线圈匝数、降低铁芯体积成为业界的关注。
发明内容
本发明提供了一种MnZn铁氧体磁芯配方及其制造方法，主要应用于高速区域网(LAN)系统中的脉冲变压器，在高频(100kHz～200kHz)、较高电压(100mV～200mV)和较高直流偏压(20～30匝线圈，8mA直流)以及宽温(—40℃～+85℃)条件下，具有很高的感应系数，可有效减少绕线圈匝数、降低铁芯体积。
本发明为了解决其技术问题所采用的的技术方案是：
一种MnZn铁氧体磁芯配方，由主成份和副成份组成，所述主成份由氧化铁、氧化锌和氧化锰组成，按摩尔百分比计：以Fe2O3计算，氧化铁为51％～54％，以ZnO计算，氧化锌为21％～24％，其余为氧化锰；所述副成份包括氧化硅和氧化钙，以主成份的重量为基准：以SiO2计算，氧化硅占40ppm～180ppm，以CaO计算，氧化钙占100ppm～350ppm。
所述副成份还至少包括有氧化锆和氧化铌中的一种，以主成份的重量为基准：以ZrO2计算，氧化锆占0ppm～800ppm；以Nb2O5计算，氧化铌占0ppm～500ppm。
所述副成份还包括有氧化钼，以主成份的重量为基准：以MoO3计算，氧化钼占0ppm～600ppm。
所述副成份还包括有氧化钼，以主成份的重量为基准：以MoO3计算，氧化钼占0ppm～600ppm。
一种MnZn铁氧体磁芯配方的制造方法，按以下步骤进行烧结：
(1).按配方将磁芯组份混合后升温至设定温度；
(2).在设定时间内持续保持设定温度；
(3).降温。
所述设定温度为1290℃～1400℃，设定时间为3～8小时。
本发明的有益效果是：本发明因含量适当的主成份和良好的烧结条件，可得到较高的初导磁率；又含有适量的副成份：氧化硅、氧化钙和氧化锆可改善磁芯的直流叠加特性，氧化铌可改善磁芯的高温直流叠加特性，氧化钼可有效提升直流偏压下低温的感应系数，故能以较少的绕线圈匝数即可满足需求。
总而言之，本发明具有较高的初导磁率和很高的感应系数，可有效减少绕线圈匝数、降低铁芯体积。
具体实施方式
实施例：一种MnZn铁氧体磁芯配方，由主成份和副成份组成，所述主成份由氧化铁、氧化锌和氧化锰组成，按摩尔百分比计：以Fe2O3计算，氧化铁为51％～54％，以ZnO计算，氧化锌为21％～24％，其余为氧化锰；所述副成份包括氧化硅和氧化钙，以主成份的重量为基准：以SiO2计算，氧化硅占40ppm～180ppm，以CaO计算，氧化钙占100ppm～350ppm。
所述副成份还至少包括有氧化锆和氧化铌中的一种，以主成份的重量为基准：以ZrO2计算，氧化锆占0ppm～800ppm；以Nb2O5计算，氧化铌占0ppm～500ppm。
所述副成份还包括有氧化钼，以主成份的重量为基准：以MoO3计算，氧化钼占0ppm～600ppm。
所述副成份还包括有氧化钼，以主成份的重量为基准：以MoO3计算，氧化钼占0ppm～600ppm。
一种MnZn铁氧体磁芯配方的制造方法，按以下步骤进行烧结：
(1).按配方将磁芯组份混合后升温至设定温度；
(2).在设定时间内持续保持设定温度；
(3).降温。
所述设定温度为1290℃～1400℃，设定时间为3～8小时。
取实施例的MnZn铁氧体磁芯配方，将MnZn铁氧体磁芯的主成份配置为如表1所示：
表1：主成份配比
本例中当主成份氧化锌含量偏高时，居里温度(Tc)过低；当氧化锌含量偏低时，会造成-40℃初导磁率太低。
取表1的MnZn铁氧体磁芯主成份配比，将MnZn铁氧体磁芯的副成份配置为如表2所示：
表2：副成份配比(一)
添加氧化硅可改善直流叠加特性，但同时会使烧结时产生晶粒的异常生长，结果导致初导磁率下降。添加量太多对低温(-40℃～0℃)直流叠加特性反而不利。添加量太多或太少均无法在宽温(0℃～70℃或-40℃～85℃)条件下，有很高的感应系数，达到L≥350μH的规格需求，较佳的添加量是60至100ppm。
添加氧化钙可改善直流叠加特性，但同时也会降低初导磁率。氧化钙添加量太多容易造成结晶。添加量太多或太少均无法在宽温(0℃～70℃或-40℃～85℃)条件下，有很高的感应系数，达到L≥350μH的规格需求，较佳的添加量是180至300ppm。
添加氧化锆可改善直流叠加特性，但同时也会降低初导磁率。添加氧化锆过量，反而不利直流叠加特性。添加量太多或太少均无法在宽温(0℃～70℃或-40℃～85℃)条件下，有很高的感应系数，达到L≥350μH的规格需求，较佳的添加量是400至600ppm。
添加氧化铌可改善高温的直流叠加特性，但同时也会降低初导磁率及低温的直流叠加特性。添加氧化铌过量，反而不利高温的直流叠加特性。添加量太多或太少均无法再宽温(0℃～70℃或-40℃～85℃)条件下，有很高的感应系数，达到L≥350μH的规格需求，较佳的添加量是100至300ppm。
添加氧化钼的好处有：
1.适当量的氧化钼可有效改善低温的直流叠加特性。
2.少量添加氧化钼会使烧结时产生晶粒的异常生长，结果导致初导磁率下降，当添加量大于200ppm时可有效抑制晶粒的异常生长使得初导磁率增加。
3.藉由调节烧结持温温度或持温时间，可得到较高的初导磁率磁芯。
氧化钼添加量太多或太少均无法在宽温(0℃～70℃或-40℃～85℃)条件下，有很高的感应系数，达到L≥350μH的规格需求，较佳的添加量是200至400ppm。
取表1的MnZn铁氧体磁芯主成份配比，将MnZn铁氧体磁芯的副成份配置为如表3所示：
对表3作如下分析：
样品1，2，3号：
样品1，2，3号的差异主要是氧化硅的含量不同。添加适量的氧化硅可改善直流叠加特性，但添加氧化硅会使烧结时产生晶粒的异常生长，结果导致初导磁率下降。小环型磁芯T3.05*1.27*2.06氧化硅添加量40～60ppm，特性差异并不大，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数要22圈，才能满足0～70℃，Ls大于400μH。样品1，2，3号绕线匝数要大于22圈，才能满足-40～85℃，Ls大于400μH。较佳的添加量是40至100ppm以SiO2计算。
样品4，5号：
样品4，5号的差异主要是氧化钙的含量不同。添加氧化钙可改善直流叠加特性，但同时也会降低初导磁率。氧化钙添加量太多容易造成结晶。小环型磁芯T3.05*1.27*2.06氧化钙添加量280～336ppm，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数18圈，能满足0～70℃，Ls大于400μH。样品4，5号绕线匝数要22圈，才能满足-40～85℃，Ls大于400μH。较佳的添加量是180至300ppm，以CaO计算。
样品6～10号：
样品6～10号的差异主要是氧化锆的含量不同。添加氧化锆可改善直流叠加特性，但同时也会降低初导磁率。添加氧化锆过量，反而不利直流叠加特性。小环型磁芯T3.05*1.27*2.06氧化钙锆加量100～800ppm，其中样品8，9号400～600ppm，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数18圈，能满足0～70℃，Ls大于400μH。而其它样品则样品(6，7，10)，绕线匝数要20圈，才能满足0～70℃，Ls大于400μH。样品8，9号400～600ppm，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数20圈，能满足-40～85℃，Ls大于400μH。较佳的添加量是400至600ppm，以ZrO2计算。
样品8，11～15号：
样品8，11～15号的差异主要是氧化铌的含量不同。添加氧化铌可改善高温的直流叠加特性，但同时也会降低初导磁率及低温的直流叠加特性。添加氧化铌过量，反而不利高温的直流叠加特性。添加氧化铌过量，反而不利直流叠加特性。小环型磁芯T3.05*1.27*2.06氧化铌加量0～500ppm，其中样品11～13号150～300ppm，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数18圈，能满足0～70℃，Ls大于400μH。而其它样品则样品(8，14，15)，绕线匝数要20圈，才能满足0～70℃，Ls大于400μH。样品11～13号，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数22圈，能满足-40～85℃，Ls大于400μH。而其它样品则样品(8，14，15)，绕线匝数要大于22圈，才能满足-40～85℃，Ls大于400μH。较佳的添加量是100至300ppm，以Nb2O5计算。
样品14，16～18号：
样品14，16～18号的差异主要是氧化钼的含量不同。小环型磁芯T3.05*1.27*2.06氧化钼加量0～300ppm，其中样品14，16～18号0～300ppm，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数20圈，能满足0～70℃，Ls大于400μH。样品18号，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数20圈，能满足-40～85℃，Ls大于400μH。而其它样品则样品(14，16，17)，绕线匝数要22圈，才能满足-40～85℃，Ls大于400μH。氧化钼较佳的添加量是200至400ppm，以MoO3计算。
样品19，20号：
表1中样品19，20号的差异主要是有无添加氧化钼。有无添加氧化钼的影响为
1.室温初导磁率，有添加氧化钼250ppm的样品20号，显着的比没有添加氧化钼的样品19号高。
2.低温(-40℃)的直流叠加特性，有添加氧化钼250ppm的样品20号显着的比没有添加氧化钼的样品19号高。
3.低温(0℃)的直流叠加特性，有添加氧化钼250ppm的样品20号显着的比没有添加氧化钼的样品19号高。
4.以小环型磁芯T3.05*1.27*2.06为例，有添加氧化钼250ppm的样品20号，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数18圈，能满足0～70℃，Ls大于400μH。
而没有添加氧化钼的样品19号，绕线匝数要20圈，才能满足-40～85℃，Ls大于400μH。
5.以小环型磁芯T3.05*1.27*2.06为例，有添加氧化钼250ppm的样品20号，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数20圈，能满足-40～85℃，Ls大于400μH。而没有添加氧化钼的样品19号，绕线匝数要22圈，才能满足-40～85℃，Ls大于400μH。
样品19，21号：
样品19，21号主要成份与副成份完成相同，主要的差异是烧结过程中持温部的持温温度。样品19的持温温度为1340℃，持温时间为5小时，样品21的持温温度为1370℃，持温时间为5小时。持温温度升高，可以提高室温初导磁率约20％，同时可以改善低温(-40℃，0℃)的直流叠加特性，但是会严重劣化高温(70℃，85℃)的直流叠加特性。
以小环型磁芯T3.05*1.27*2.06为例，样品21的持温温度为1370℃，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数18圈，能满足0～70℃，Ls大于400μH。而样品19的持温温度为1340℃，，绕线匝数要20圈才能满足0～70℃，Ls大于400μH。
以小环型磁芯T3.05*1.27*2.06为例，样品21的持温温度为1370℃，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数22圈，能满足-40～85℃，Ls大于400μH。而样品19的持温温度为1340℃，，绕线匝数也是要22圈才能满足-40～85℃，Ls大于400μH。
样品20，22号：
样品20，22号主要成份与副成份完成相同，主要的差异是烧结过程中持温部的持温温度。样品19的持温温度为1340℃，持温时间为5小时，样品20的持温温度为1370℃，持温时间为5小时。持温温度升高，可以提高室温初导磁率约40％，同时可以改善低温(-40℃，0℃)的直流叠加特性，但是会严重劣化高温(70℃，85℃)的直流叠加特性。以小环型磁芯T3.05*1.27*2.06为例，样品22的持温温度为1370℃，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数18圈，能满足0～70℃，Ls大于400μH。而样品20的持温温度为1340℃，绕线匝数也是要18圈才能满足0～70℃，Ls大于400H。虽然两个样品18圈都能满足Ls>400μH，但是持温温度为1370℃的样品22有较高的感值。
以小环型磁芯T3.05*1.27*2.06为例，样品22的持温温度为1370℃，于直流偏压8mA的测试条件下，绕线匝数20圈，能满足-40～85℃，Ls大于400μH。而样品20的持温温度为1340℃，绕线匝数也是要20圈才能满足-40～85℃，Ls大于400μH。虽然两个样品20圈都能满足Ls>400H，但是持温温度为1370℃的样品22有较高的感值。
样品19，21号，样品20，22号：
样品19，21号主要成份与副成份完成相同(成份A)，主要的差异是烧结过程中持温部的持温温度。表1中样品20，22号主要成份与副成份完成相同(成份B)，主要的差异是烧结过程中持温部的持温温度。成份A与成份B的差异主要是成份A无添加氧化钼，而成份成份B添加氧化钼250ppm。
当烧结过程中持温部的持温温度由1340℃增加到1370℃，无添加氧化钼的成份A室温初导磁率约提高20％，而添加氧化钼250ppm的成份B室温初导磁率约提高40％。可见烧结过程中持温部的持温温度增加，添加氧化钼较无添加氧化钼可以提升更高的室温初导磁率。
本例中，样品22为最佳配方，其制造方法的最佳烧结条件为：设定温度1370℃，设定时间5小时。
通过本例所得的MnZn铁氧体磁芯所具有的初导磁率在100kHz的典型值为4000至6500；其环形铁芯外径(OD)为2至8mm，厚度(HT)为4mm以下。为符合通讯产品轻薄短小的趋势，外径(OD)的设计值通常为小于4mm，而厚度(HT)的设计值通常为小于2.6mm。本例制造方法的持温温度较佳为1340至1380℃，持温时间较佳为4至6小时。
Claims (6)
1.一种MnZn铁氧体磁芯配方，其特征是：由主成份和副成份组成，所述主成份由氧化铁、氧化锌和氧化锰组成，按摩尔百分比计：以Fe2O3计算，氧化铁为51％～54％，以ZnO计算，氧化锌为21％～24％，其余为氧化锰；所述副成份包括氧化硅和氧化钙，以主成份的重量为基准：以SiO2计算，氧化硅占40ppm～180ppm，以CaO计算，氧化钙占100ppm～350ppm。
2.根据权利要求1所述的MnZn铁氧体磁芯配方，其特征是：所述副成份还至少包括有氧化锆和氧化铌中的一种，以主成份的重量为基准：以ZrO2计算，氧化锆占0ppm～800ppm；以Nb2O5计算，氧化铌占0ppm～500ppm。
3.根据权利要求1所述的MnZn铁氧体磁芯配方，其特征是：所述副成份还包括有氧化钼，以主成份的重量为基准：以MoO3计算，氧化钼占0ppm～600ppm。
4.根据权利要求2所述的MnZn铁氧体磁芯配方，其特征是：所述副成份还包括有氧化钼，以主成份的重量为基准：以MoO3计算，氧化钼占0ppm～600ppm。
5.一种MnZn铁氧体磁芯配方的制造方法，其特征是：按以下步骤进行烧结：
(1).按配方将磁芯组份混合后升温至设定温度；
(2).在设定时间内持续保持设定温度；
(3).降温。
6.根据权利要求5所述的MnZn铁氧体磁芯配方的制造方法，其特征是：所述设定温度为1290℃～1400℃，所述设定时间为3～8小时。
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- 2008-11-04 CN CN200810234133A patent/CN101533700A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20090916 |