CN101767986A - 一种高性能节能灯用锰锌软磁铁氧体材料及所得磁芯的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高性能节能灯用锰锌软磁铁氧体材料，主成份按摩尔份计：氧化铁Fe₂O₃ 52.5～54.5％mol％、MnO计为26.5～28.5mol％、余量基本为氧化锌。它还包括A、B二组辅助料，所述的A组辅助料是重量百分含量为100～500ppm的CaCO₃、Nb₂O₅中一种或两种，所述的B组辅助料组成是重量百分含量为100～2000ppm的SiO₂、V₂O₅、Al₂O₃中的一种或几种。它还包括C组辅助料，所述的C组辅助料组成是重量百分含量为100～5000ppm的TiO₂、Co₂O₃、WO₂中的一种或几种。该材料初始磁导率μi＝4000±25％；截止频率f≥600kHz；磁导率I峰位置在165～178℃之间；饱和磁通密度1kHz，550A/m时400mT≤Bs≤480mT；在25℃～100℃具有负的温度系数。

Description

一种高性能节能灯用锰锌软磁铁氧体材料及所得磁芯的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铁氧体材料及所得磁芯的制备方法，尤其涉及一种应用于节能照明、高频通讯领域、宽温度稳定型的锰锌软磁铁氧体材料及所得磁芯的制备方法。

背景技术

众所周知，影响节能灯质量的，驱动磁环占重要因素，不同的磁材会有不同的磁导率，不同的温度特性。其中温度特性是最重要的，因为一支节能灯在工作中，磁环必须经历常温、高温(高达100℃)、低温，然后在高温当中恒定工作。但是，不同材料的温度曲线会有很大的差别，磁导率低的会在前半端呈现得比较平坦，磁导率较高的会显得比较陡峭；不同的温度里，饱和磁感应强度Bs的变化也会不同。温度的变化会引起Bs、μi、H、Hc的变化；Bs值的变化会引起节能灯线路工作状态的变化；Bs值升高会引起三极管得到的驱动电流降低。因此，如果选取用了Bs值在高温时变化比较大的磁环，便会引发灯在高温时，关掉再马上打开，灯便不能启动了；灯管两端灯丝发红，因为灯管不能启动；功率会是额定功率的两倍。另由于灯管不能正常启动，两端灯丝的温度便会升得很高，将近300℃以上，这样便会把塑料件烧掉。若选用了Bs值随温度变化不大的磁环，即磁导率不高的磁环，便可解决上述问题。因而我们设计的材料在常温到高温饱和磁通密度在400～480之间。另外在电路中，电子元件都会有温度特性，例如三极管，它会随着温度的提高，三极管的电流放大系数增加，漏电流增大，功率增大，与环境温度形成正反馈，易使三极管产生热击穿。为了保证节能灯性能的稳定，磁环必须具有μi-T曲线平缓或负温度系数，在使用温度段，磁环的电感随温度升高呈下降趋势的特性。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种适用于高性能节能灯的软磁铁氧体材料，此材料具有很好的驱动特性以及与晶体管相匹配的温度系数。本发明需解决的另外一个技术问题是提供一种高性能节能灯用锰锌软磁铁氧体磁芯的制备方法。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：一种高性能节能灯用锰锌软磁铁氧体材料，主成份按摩尔份计：氧化铁Fe₂O₃52.5～54.5％mol％、MnO计为26.5～28.5mol％、余量基本为氧化锌；它还包括A、B二组辅助料，所述的A组辅助料是重量百分含量为100～500ppm的CaCO₃、Nb₂O₅中一种或两种，所述的B组辅助料组成是重量百分含量为100～2000ppm的SiO₂、V₂O₅、Al₂O₃中的一种或几种。所加入的辅助料在高温下形成液态，为离子迁移提供便利能道，大大加速了烧结固相反应，增加了磁芯密度。

进一步：在上述节能照明锰锌软磁铁氧体材料，它还包括C组辅助料，所述的C组辅助料组成是重量百分含量为100～5000ppm的TiO₂、Co₂O₃、WO₂中的一种或几种。副组分共同进入晶格内部，改良了晶体的内禀特性，确保材料在25℃～100℃具有负的温度系数以及磁导率I峰位置在165～178℃之间。该节能照明锰锌软磁铁氧体材料通过配方与A、B、C组辅助材料的合理搭配，使磁芯具有优良的温度特性，在高低温的情况下具有很好的驱动特性。

用上述节能照明锰锌软磁铁氧体材料所得磁芯的制备方法，包括一次配料、一次球磨、预烧、二次配料、二次球磨、喷雾造粒得到颗粒料、压制成生坯、生坯烧结步骤，所述的生坯烧结是将生坯放到2～8WT％的氧含量的气氛中以1250～1450℃高温下进行保温烧结。这种软磁材料可制成磁芯，磁芯一般为T型但不仅限于T型，可用于但不仅限于电子节能灯、电子镇流器等一系列领域。

众所周知，节能灯正常工作时，其内部温度一般是100℃左右，此时磁环驱动的晶体管电流会比常温增大10％～15％。在常温至100℃温度区间，若脉冲驱动变压器所使用磁环的磁导率的温度特性也是正温度系数，将会与晶体管电流增益的正温度系数形成恶性叠加，会使节能灯具的电流较大幅度地增加，有可能导致灯的工作功率超出设计上限，上述节能照明锰锌软磁铁氧体材料应用于脉冲驱动变压器磁环的磁导率从常温到100℃具有一定的负温度系数，与晶体管的电流增益正温度系数相抵消，这样就大大稳定了灯的工作电流和功率。它具有以下优异特性：初始磁导率μi＝4000±25％；截止频率f≥600kHz；磁导率I峰位置在165～178℃之间；饱和磁通密度1kHz，550A/m时400mT≤Bs≤480mT；在25℃～100℃具有负的温度系数。

附图说明：

图1是实施例1磁芯的温度磁导率特性；

图2是实施例2磁芯的温度磁导率特性；

图3是实施例3磁芯的温度磁导率特性；

图4是实施例4磁芯的温度磁导率特性；

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，下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，首先，简述本发明方法的基本方案：一种高性能节能灯用锰锌软磁铁氧体材料，主成份按摩尔份计：氧化铁Fe₂O₃52.5～54.5mol％、MnO计为26.5～28.5mol％、余量基本为氧化锌；它还包括A、B二组辅助料，所述的A组辅助料是重量百分含量为100～500ppm的CaCO₃、Nb₂O₅中一种或两种，所述的B组辅助料组成是重量百分含量为100～2000ppm的SiO₂、V₂O₅、Al₂O₃中的一种或几种。

实施例1

按Fe₂O₃∶MnO∶ZnO＝52.8∶28.5∶18.7mol的配方进行一次配料，其中Fe₂O₃采用日本川崎铁红，纯度≥99.5wt％，MnO折算成Mn₃O₄，使用湖南金瑞的高纯Mn₃O₄，Mn纯度≥70.8wt％，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，进行一次球磨，球磨4～6小时。进行喷雾干燥，并进行预烧，预烧温度为860～960℃，预烧时间为60～90分钟，得到了预烧料。预烧料进行二次配料，投入球磨机进行二次球磨，并加入A、B二组辅助料，所述的A组辅助料是重量百分含量为100～500ppm的CaCO₃、Nb₂O₅中一种或两种，所述的B组辅助料组成是重量百分含量为100～2000ppm的SiO₂、V₂O₅、Al₂O₃中的一种或几种。所述的C组辅助料组成是重量百分含量为100～5000ppm的TiO₂、Co₂O₃、WO₂中的一种或几种，加入去离子水，分散剂及适量的消泡剂，球磨3～5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80～120℃，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。将生坯放入有氮气保护的推板窑中进行高温烧结，烧结温度为1300～1380℃，得到了T22×14×6.5圆环-1。圆环的初始磁导率及温度特性曲线用Agilent4284A和爱斯佩克高低温箱进行测量，测试条件为10kHz、50mV，饱和磁通密度用日本岩崎科技的B-H回线仪进行测量，测试条件为1kHz、550A/m。结果如表1和图1所示。

实施例2

按Fe₂O₃∶MnO∶ZnO＝53.8∶27.5∶18.7mol％的配方进行一次配料，其中Fe₂O₃采用日本川崎铁红，纯度≥99.5wt％，MnO折算成Mn₃O₄，使用湖南金瑞的高纯Mn₃O₄，Mn纯度≥70.8wt％，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，进行一次球磨，球磨4～6小时。进行喷雾干燥，并进行预烧，预烧温度为860～960℃，预烧时间为60～90分钟，得到了预烧料。预烧料进行二次配料，投入球磨机进行二次球磨，并加入A、B、C三组辅助料，所述的A组辅助料是重量百分含量为100～500ppm的CaCO₃、Nb₂O₅中一种或两种，所述的B组辅助料组成是重量百分含量为100～2000ppm的SiO₂、V₂O₅、Al₂O₃中的一种或几种。所述的C组辅助料组成是重量百分含量为100～5000ppm的TiO₂、Co₂O₃、WO₂中的一种或几种，加入去离子水，分散剂及适量的消泡剂，球磨3～5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80～120℃，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。将生坯放入有氮气保护的推板窑中进行高温烧结，烧结温度为1300～1380℃，得到了T22×14×6.5圆环-2。圆环的初始磁导率及温度特性曲线用Agilent4284A和爱斯佩克高低温箱进行测量，测试条件为10kHz、50mV，饱和磁通密度用日本岩崎科技的B-H回线仪进行测量，测试条件为1kHz、550A/m。结果如表1和图2所示。

实施例3

按Fe₂O₃∶MnO∶ZnO＝54.5∶26.8∶18.7mol％的配方进行一次配料，其中Fe₂O₃采用日本川崎铁红，纯度≥99.5wt％，MnO折算成Mn₃O₄，使用湖南金瑞的高纯Mn₃O₄，Mn纯度≥70.8wt％，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，进行一次球磨，球磨4～6小时。进行喷雾干燥，并进行预烧，预烧温度为860～960℃，预烧时间为60～90分钟，得到了预烧料。预烧料进行二次配料，投入球磨机进行二次球磨，并加入A、B、C三组辅助料，所述的A组辅助料是重量百分含量为100～500ppm的CaCO₃、Nb₂O₅中一种或两种，所述的B组辅助料组成是重量百分含量为100～2000ppm的SiO₂、V₂O₅、Al₂O₃中的一种或几种。所述的C组辅助料组成是重量百分含量为100～5000ppm的TiO₂、Co₂O₃、WO₂中的一种或几种，加入去离子水，分散剂及适量的消泡剂，球磨3～5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80～120℃，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。将生坯放入有氮气保护的推板窑中进行高温烧结，烧结温度为1300～1380℃，得到了T22×14×6.5圆环-3。圆环的初始磁导率及温度特性曲线用Agilent4284A和爱斯佩克高低温箱进行测量，测试条件为10kHz、50mV，饱和磁通密度用日本岩崎科技的B-H回线仪进行测量，测试条件为1kHz、550A/m。结果如表1和图3所示。

实施例4

按Fe₂O₃∶MnO∶ZnO＝53.5∶27.8∶18.7mol％的配方进行一次配料，其中Fe₂O₃采用日本川崎铁红，纯度≥99.5wt％，MnO折算成Mn₃O₄，使用湖南金瑞的高纯Mn₃O₄，Mn纯度≥70.8wt％，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，进行一次球磨，球磨4～6小时。进行喷雾干燥，并进行预烧，预烧温度为860～960℃，预烧时间为60～90分钟，得到了预烧料。预烧料进行二次配料，投入球磨机进行二次球磨，并加入A、B、C三组辅助料，所述的A组辅助料是重量百分含量为100～500ppm的CaCO₃、Nb₂O₅中一种或两种，所述的B组辅助料组成是重量百分含量为100～2000ppm的SiO₂、V₂O₅、Al₂O₃中的一种或几种。所述的C组辅助料组成是重量百分含量为100～5000ppm的TiO₂、Co₂O₃、WO₂中的一种或几种，加入去离子水，分散剂及适量的消泡剂，球磨3～5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80～120℃，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。将生坯放入有氮气保护的推板窑中进行高温烧结，烧结温度为1300～1380℃，得到了T22×14×6.5圆环-4。圆环的初始磁导率及温度特性曲线用Agilent4284A和爱斯佩克高低温箱进行测量，测试条件为10kHz、50mV，饱和磁通密度用日本岩崎科技的B-H回线仪进行测量，测试条件为1kHz、550A/m。结果如表1和图4所示。

表1：

Claims (3)

1.一种高性能节能灯用锰锌软磁铁氧体材料，主成份按摩尔份计：氧化铁Fe₂O₃ 52.5～54.5mol％、MnO计为26.5～28.5mol％、余量基本为氧化锌；它还包括A、B二组辅助料，所述的A组辅助料是重量百分含量为100～500ppm的CaCO₃、Nb₂O₅中一种或两种，所述的B组辅助料组成是重量百分含量为100～2000ppm的SiO₂、V₂O₅、Al₂O₃中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的节能照明锰锌软磁铁氧体材料，其特征在于：它还包括C组辅助料，所述的C组辅助料组成是重量百分含量为100～5000ppm的TiO₂、Co₂O₃、WO₂中的一种或几种。

3.一种根据权利要求1或2所述的节能照明锰锌软磁铁氧体材料所得磁芯的制备方法，包括一次配料、一次球磨、预烧、二次配料、二次球磨、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：所述的生坯烧结是将生坯放到2～8WT％的氧含量的气氛中以1250～1450℃高温下进行保温烧结。

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