CN101786871A - 低功耗软磁铁氧体粉料及其高频低功耗软磁铁氧体磁芯和宽温低功耗软磁铁氧体磁芯 - Google Patents
低功耗软磁铁氧体粉料及其高频低功耗软磁铁氧体磁芯和宽温低功耗软磁铁氧体磁芯 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种低功耗软磁铁氧体粉料及其高频和宽温低功耗软磁铁氧体磁芯,该铁氧体粉料包括主成分和副成分,各主成分及其标准物计的配比分别为:氧化铁Fe2O3:52.5~54mol%,氧化锰MnO:39~41mol%,氧化锌ZnO:5~7mol%;相对所述主成分总量,各副成分及其标准物计的重量百分比wt%分另为:CaCO3:0.1~0.35,NiO:0.1~0.5,TiO2:0.1~0.4,MoO3:0.0005~0.05;所述铁氧体粉料的透气法平均粒径为0.9±0.2μm。本发明低功耗软磁铁氧体粉料及其高频和宽温低功耗软磁铁氧体磁芯具有如下的优点:能够在相同的组分配方的基础上,采用基本相容的工艺条件,制得不同电磁性能和不同品种的软磁铁氧体,从而实现了不同品种软磁铁氧体的工艺兼容性操作,较大地降低了生产成本和能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性材料,更具体地说,本发明涉及一种低功耗的软磁铁氧体粉料及其制成品。
背景技术
在各种电子、电器设备中,综合性能优越的磁性材料几乎不可或缺,而软磁铁氧体材料为其中的一大门类。
软磁铁氧体材料,按照其使用场合和目的的不同,通常又分为高频低功耗、宽温低功耗、低频段高叠加低功耗等几类产品。一般来说,对于高频低功耗软磁铁氧体产品,为了降低其高频工况下的涡流损耗,业内通常都在其配方中添加一些增加电阻的物质如二氧化硅、氧化铜等,这些掺杂物质都会导致熔点降低,以致在其生产中烧结的温度要比其它如宽温低功耗、低频段高叠加低功耗等类产品要低50-100℃,如果调高其烧结温度则极易出现晶粒异常长大及晶斑,从而引起产品性能恶化,也大大影响其外观质量;同时,其传统组分和工艺还致使其烧结后的磁芯尺寸相对于成型毛坯尺寸的线收缩率与其它品种的线收缩率相比较小,一般在16.5%左右,而其它类软磁铁氧体产品烧结前后的尺寸收缩率在17.3-17.8%范围。所以同样结构型号的磁芯产品在模压成型时,高频低功耗产品的成型毛坯需要比其它类的毛坯尺寸更小。
这样一来,当需要采用高频低功耗粉料模压制作同样结构型号的磁芯产品毛坯时,势必需要采用尺寸更小的模具进行成型加工,而且,其后,又需要对相应的毛坯采用不同的窑炉和/或不同的烧结工艺。
通常低功耗铁氧体材料的型号有几十甚至上百种,模具费用占生产成本的比重较大,重开模具、加上因特定的炉温和/或特定的烧结时间和工艺需要另外开炉烧结,这些都在很大程度上影响了产能的有效发挥,较大地增加了生产安排的难度和各项生产成本,也浪费了宝贵的能源。
下表1是传统的高频低功耗、宽温低功耗的2类软磁铁氧体材料的工艺过程比较:
表1
品种 | 主成分或副成分 | 最高烧结温度℃ ×烧结保温时间h | 烧结产品相对毛坯 的线收缩率% |
传统高频低功耗软磁铁氧体 | 必需二氧化硅和/或 氧化铜 | 1220×3h | 16.3-16.8 |
传统宽温低功耗软磁铁氧体 | 必需氧化钴 | 1310×5h | 17.3-17.8 |
由上表1清楚可见,2种不同传统软磁铁氧体材料的多项工艺参数差异大:配方不一样必须分别配制;线收缩率相差1%左右,导致该2类产品不能采用同一模具压制成型同样结构型号的磁芯产品;烧结温差大以致不能利用同一窑炉中的有限温差同批烧结不同品种的毛坯;因此,不同的传统软磁铁氧体材料不存在工艺上的兼容性,导致生产成本和能源消耗居高难下。
发明内容
针对现有技术的上述缺点,本发明的技术目的是要提供一种低功耗软磁铁氧体粉料及其高频低功耗软磁铁氧体磁芯和宽温低功耗软磁铁氧体磁芯,该低功耗软磁铁氧体粉料及其高频低功耗磁芯和宽温低功耗磁芯具有如下的优点:能够在相同的组分配方的基础上,采用基本相容的工艺条件,制得不同电磁性能和不同品种的软磁铁氧体,从而实现了不同品种软磁铁氧体的工艺兼容性操作,较大地降低了生产成本和能源消耗。
为此,本发明的技术解决方案之一是一种低功耗软磁铁氧体粉料,该铁氧体粉料包括主成分和副成分,各主成分及其标准物计的配比分别为:氧化铁Fe2O3:52.5~54mol%,氧化锰MnO:39~41mol%,氧化锌ZnO:5~7mol%;相对所述主成分总量,各副成分及其标准物计的重量百分比wt%分别为:CaCO3:0.1~0.35,NiO:0.1~0.5,TiO2:0.1~0.4,MoO3:0.0005~0.05;所述铁氧体粉料是由所述主成分和副成分经过混合、研磨而制得,所述铁氧体粉料的透气法平均粒径为0.9±0.2μm。
本发明铁氧体的粉料,其配方一来兼顾到在高频和宽温2种工况下都能以晶界变动来降低铁氧体制品中的涡流损耗、磁滞损耗,同时,还由此使得原本烧结温度太低的材料熔点得以提高;为此,也控制其粉料粒径适用于不同铁氧体制品的进一步深加工。
实验证明:在本发明铁氧体粉料配方组分范围的基础上,通过调整二次研磨平均粒径等工艺参数就可制得高频和宽温2种不同品种的材料,而且高频铁氧体坯料的烧结温度可提高到1240~1270℃,较传统高频低功耗产品的坯料烧结温度至少提高20~50℃,虽然烧结温度提高会带来能耗些许增加,但换取了以下好处:高频低功耗铁氧体产品的线收缩率和宽温低功耗产品、低频段高叠加低功耗产品的基本相同,这样一来,高频低功耗铁氧体产品就可兼容其它品种的模具进行模压成型,而不用另外制作和更换新模具了,而且,高频低功耗铁氧体产品还可以和宽温低损耗在同一窑炉中混烧,而无需另外开炉烧制,充分利用了有限的窑炉空间和热能。由后面实验数据可见:采用本发明的粉料配方在基本达到传统2种低功耗材料产品各自电磁性能的前提下,可以使得原本必须采用专门模具压制、烧结温度差异很大的不同品种毛坯能够利用同型号统一模具、在同一窑炉中有限温差下同批烧结出不同产品,从而实现不同品种软磁铁氧体的工艺兼容操作,一并降低了生产成本和能源消耗。
为进一步提高低功耗软磁铁氧体的电磁性能、以及不同品种软磁铁氧体的工艺兼容性,本发明低功耗软磁铁氧体粉料还进一步包括如下的具体改进:
所述铁氧体粉料还包括如下副成分,相对所述主成分总量,这些副成分及其标准物计的重量百分比wt%分别为:Bi2O3:0.005~0.02,V2O5:0.02~0.06,Nb2O5:0.01~0.05,SnO或SnO2:0.01-0.08,ZrO2:0-0.08。
相应地,本发明的另一相关技术解决方案是一种采用如上所述低功耗软磁铁氧体粉料制得的高频低功耗软磁铁氧体磁芯,而该种软磁铁氧体磁芯是由所述低功耗软磁铁氧体粉料经过喷雾干燥、预烧、二次研磨、再喷雾干燥、模压成型、气氛烧结而制得;其中二次研磨后粉料的透气法平均粒径为0.8±0.05μm,预烧温度为910~930℃,气氛烧结温度为1240~1270℃。
如前所述,在本发明铁氧体粉料的组分配方基础上,通过调整二次研磨平均粒径为0.8±0.05μm、预烧温度为910~930℃,气氛烧结温度为1240~1270℃,就可在兼容多项工艺条件下制得本高频低功耗铁氧体成品,亦即不用另外制作和更换新模具就可兼容其它品种的模具进行模压成型,还可以和宽温低损耗产品在同一窑炉中混烧。换言之,本发明的高频低功耗铁氧体磁芯,可以使得原本必须采用专门模具压制、烧结温度差异很大的各品种毛坯,都能利用同型号统一模具、在同一窑炉中有限温差下同批烧结出各自成品,从而实现不同品种软磁铁氧体的工艺兼容操作,使得生产成本和能源消耗均获降低;而且本发明磁芯的电磁性能基本达到传统高频低功耗材料,经实测证实:
经本发明上述工艺制得的高频低功耗软磁铁氧体的标准环磁芯,其初始磁导率μi为1400±25%,饱和磁通密Bs在H=1600A/m下分别为25℃时不低于470mT和100℃时不低于370mT,居里温度Tc为240-260℃,功率损耗Pv在500KHz、50mT下分别为:100℃时不高于80Kw/m3、25℃时不高于130Kw/m3,电阻率ρ为30-33Ω·m。以上性能符合传统高频低功耗材料。
为进一步提高本发明高频低功耗软磁铁氧体的工艺性能和产品的电磁性能,本发明高频低功耗软磁铁氧体还进一步包括如下的具体改进:
所述二次研磨包括:在预烧后的粉料中预先加入纯水、分散剂再进行研磨,在研磨过程中加入粘合剂、消泡剂;所述气氛烧结采用平衡气氛,烧结时间为4-5小时。
所述软磁铁氧体磁芯的机械强度高于传统高频低功耗同型号磁芯10-20%。
所述软磁铁氧体磁芯相对于其烧结前的毛坯的线收缩率为16.8-17.3%。该处线收缩率为:(毛坯尺寸-烧结后磁芯的尺寸)×100%/烧结后磁芯的尺寸。
相应地,本发明的又一相关技术解决方案是一种采用如前所述低功耗软磁铁氧体粉料制得的宽温低功耗软磁铁氧体,而该软磁铁氧体是由所述低功耗软磁铁氧体粉料经过喷雾干燥、预烧、二次研磨、再喷雾干燥、模压成型、气氛烧结而制得;其中二次研磨后粉料的透气法平均粒径为0.5±0.05μm,预烧温度870~890℃,烧结温度为1260~1290℃。
如前所述,在本发明铁氧体粉料的组分配方基础上,通过调整二次研磨平均粒径为0.5±0.05μm,预烧温度870~890℃,烧结温度为1260~1290℃,就可在兼容多项工艺条件下制得本宽温低功耗铁氧体成品,该宽温低功耗品种可以和上述高频低功耗品种使用同样的模具进行模压成型,还可以和上述高频低损耗产品在同一窑炉中混烧。从而实现不同品种软磁铁氧体的工艺兼容操作,使得生产成本和能源消耗均获降低;而且本发明磁芯的电磁性能基本达到传统宽温低功耗材料,经实测证实:
所述宽温低功耗软磁铁氧体的标准环磁芯,其初始磁导率μi为3300±25%,饱和磁通密Bs在H=1194A/m下分别为25℃时不低于510mT和100℃时不低于400mT,居里温度Tc为220-240℃,功率损耗Pv在100KHz、200mT下分别为:25℃时不高于450Kw/m3、120℃时不高于430Kw/m3,电阻率ρ为11-16Ω·m。以上性能符合传统宽温低功耗材料。
为进一步提高本发明宽温低功耗软磁铁氧体的工艺性能和产品的电磁性能,本发明宽温低功耗软磁铁氧体还进一步包括如下的具体改进:
所述二次研磨包括:在预烧后的粉料中预先加入纯水、分散剂再进行研磨,在研磨过程中加入粘合剂、消泡剂;所述气氛烧结采用平衡气氛,烧结时间为4-5小时。
所述软磁铁氧体相对于其烧结前的毛坯的线收缩率为16.8-17.3%。该处线收缩率为:(毛坯尺寸-烧结后磁芯的尺寸)×100%/烧结后磁芯的尺寸。
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
具体实施方式
高频低功耗软磁铁氧体磁芯实施例:
对含有如下主成分/副成分的低功耗软磁铁氧体粉料进行混合、研磨、喷雾干燥、预烧、二次研磨、再喷雾干燥、模压成型、气氛烧结,制得高频低功耗磁芯,关键工艺参数如下表2:
表2
制得的高频低功耗软磁铁氧体实施例的标准环H25*15*7.5mm磁芯测试的电磁性能如下表3:
表3
由以上表3可见:本发明的高频低功耗软磁铁氧体能够达到市场对该品种的特性标准要求。
此外,本发明的高频低功耗软磁铁氧体产品与市场需求的主要指标比较如下表4
表4
市场对EC2828磁芯 产品性能要求 | PV≤100mW/cm3 (500KHz/50mT100℃) | 机械强度kgf M法15/E法7 |
实施例1、2、3、4 | 80(条件同上) | M法30/E法15 |
市场对EE1616磁芯 产品性能要求 | PV≤120mW/cm3 (500KHz/50mT100℃) | 机械强度kgf M法4/E法2 |
实施例1、2、3、4 | 95(条件同上) | M法8/E法4 |
由以上表4可见:本发明的高频低功耗软磁铁氧体产品优于市场对该品种的特性标准要求。其中机械强度测试按照IEC 61631-2001标准进行。
宽温低功耗软磁铁氧体实施例:
对含有如下主成分/副成分的低功耗软磁铁氧体粉料进行混合、研磨、喷雾干燥、预烧、二次研磨、再喷雾干燥、模压成型、气氛烧结,制得宽温低功耗磁芯,关键工艺参数如下表5:
表5
制得的宽温低功耗软磁铁氧体实施例的标准环H25*15*7.5mm磁芯测试的电磁性能如下表6:
表6
由以上表6可见:本发明的宽温低功耗软磁铁氧体产品能够达到市场对该品种的特性标准要求。
此外,本发明的宽温低功耗软磁铁氧体产品与市场需求的主要指标比较如下表7:
表7
市场对EC2828磁芯 产品性能要求 | PV≤350mW/cm3 (100KHz/200mT100℃) | 机械强度kgf M法19/E法9 |
实施例5、6、7、8 | 320(条件同上) | M法38/E法18 |
市场对EE1616磁芯 产品性能要求 | PV≤350mW/cm3 (100KHz/200mT100℃) | 机械强度kgf M法4/E法2 |
实施例5、6、7、8 | 330 | M法9/E法5 |
由以上表7可见:本发明的宽温低功耗软磁铁氧体产品优于市场对该品种的特性标准要求。其中机械强度测试按照IEC 61631-2001标准进行。
工艺兼容性指标比较:
为清楚起见,特将本发明的高频低功耗软磁铁氧体和宽温低功耗软磁铁氧体的工艺条件对比列成表8如下:
表8
由上表8及以上诸表可见:本发明的高频低功耗铁氧体和宽温低功耗铁氧体的在多个工艺环节的参数上和工艺设备上具有兼容性,从而实现了多方面的兼容操作,具有如下几方面的技术和经济优势:
1、粉料方面兼容:减少制粉过程中因配方差异而需要的设备调整清理过程,既减少工作量又减少清洗过程中粉料的损失浪费,节约成本。
2、压制成型方面兼容:由于收缩率相当,不用重开模具,而客户在产品型号上的不同需求,往往只是不同材质的区别而在型号结构上往往不变,高频低功耗铁氧体要求的型号结构往往与宽温低功耗等铁氧体相同,目前市场上高频低功耗铁氧体产品的需求通常不超过市场需求的15%,因此本发明的改进就避免了相同型号专门另开模具的必要;而模具费用一般占到销售额的5%左右,如此一来,本发明的高频低功耗材料就极大节约了生产管理成本,增大利润空间。
3、在烧结方面兼容:可以选择产品大小配套、并利用窑炉上下层的温度差,使高频低功耗产品和宽温低功耗产品及其它品种产品在同一条窑炉烧结;通常上层的实际温度要较下层实际温度低10-30℃,所以在窑炉装烧产品时可以根据产品的大小采用单层或多层装烧,从而充分利用窑腔有效高度,既能避免因烧结温度差别大而不能在同一窑炉烧结所导致的窑炉空间和调整的浪费,实现了窑炉的完全利用和最大产能化,同时,还可更及时灵活地满足订单安排。
4、本发明的高频低功耗产品与业内传统高频低功耗产品相比,电磁性能基本相当,而在机械强度方面,由于本发明烧结温度相对略高,其磁芯产品的M法、E法强度要比业内传统高频低功耗产品10%-20%,外观色泽上更黝黑发亮,优于业内传统高频低功耗产品灰暗的色泽。
5、本发明的宽温低功耗产品也能满足市场在电磁性能上的要求,且其电阻率较常规高,居里温度较常规高20℃,指标更为先进。
Claims (10)
1.一种低功耗软磁铁氧体粉料,其特征在于:该铁氧体粉料包括主成分和副成分,各主成分及其标准物计的配比分别为:氧化铁Fe2O3:52.5~54mol%,氧化锰MnO:39~41mol%,氧化锌ZnO:5~7mol%;相对所述主成分总量,各副成分及其标准物计的重量百分比wt%分别为:CaCO3:0.1~0.35,NiO:0.1~0.5,TiO2:0.1~0.4,MoO3:0.0005~0.05;所述铁氧体粉料是由所述主成分和副成分经过混合、研磨而制得,所述铁氧体粉料的透气法平均粒径为0.9±0.2μm。
2.如权利要求1所述低功耗软磁铁氧体粉料,其特征在于:所述铁氧体粉料还包括如下副成分,相对所述主成分总量,这些副成分及其标准物计的重量百分比wt%分别为:Bi2O3:0.005~0.02,V2O5:0.02~0.06,Nb2O5:0.01~0.05,SnO或SnO2:0.01-0.08,ZrO2:0-0.08。
3.一种采用如权利要求1或2所述低功耗软磁铁氧体粉料制得的高频低功耗软磁铁氧体磁芯,其特征在于:该软磁铁氧体磁芯是由所述低功耗软磁铁氧体粉料经过喷雾干燥、预烧、二次研磨、再喷雾干燥、模压成型、气氛烧结而制得;其中二次研磨后粉料的透气法平均粒径为0.8±0.05μm,预烧温度为910~930℃,气氛烧结温度为1240~1270℃;所述高频低功耗软磁铁氧体磁芯的线收缩率为16.8-17.3%。
4.如权利要求3所述高频低功耗软磁铁氧体磁芯,其特征在于:所述二次研磨包括:在预烧后的粉料中预先加入纯水、分散剂再进行研磨,在研磨过程中加入粘合剂、消泡剂。
5.如权利要求3所述高频低功耗软磁铁氧体磁芯,其特征在于:所述气氛烧结采用平衡气氛,烧结时间为4-5小时。
6.如权利要求3所述高频低功耗软磁铁氧体磁芯,其特征在于:其标准环磁芯的初始磁导率μi为1400±25%,饱和磁通密Bs在H=1600A/m下分别为25℃时不低于470mT和100℃时不低于370mT,居里温度Tc为240-260℃,功率损耗Pv在500KHz、50mT下分别为:100℃时不高于80Kw/m3、25℃时不高于130Kw/m3,电阻率ρ为30-33Ω·m。
7.一种采用如权利要求1或2所述低功耗软磁铁氧体粉料制得的宽温低功耗软磁铁氧体磁芯,其特征在于:该软磁铁氧体磁芯是由所述低功耗软磁铁氧体粉料经过喷雾干燥、预烧、二次研磨、再喷雾干燥、模压成型、气氛烧结而制得;其中二次研磨后粉料的透气法平均粒径为0.5±0.05μm,预烧温度870~890℃,烧结温度为1260~1290℃,所述宽温低功耗软磁铁氧体磁芯的线收缩率为16.8-17.3%,。
8.如权利要求7所述宽温低功耗软磁铁氧体磁芯,其特征在于:所述二次研磨包括:在预烧后的粉料中预先加入纯水、分散剂再进行研磨,在研磨过程中加入粘合剂、消泡剂。
9.如权利要求7所述宽温低功耗软磁铁氧体磁芯,其特征在于:所述气氛烧结采用平衡气氛,烧结时间为4-5小时。
10.如权利要求7所述宽温低功耗软磁铁氧体磁芯,其特征在于:其标准环磁芯的初始磁导率μi为3300±25%,饱和磁通密Bs在H=1194A/m下分别为25℃时不低于510mT和100℃时不低于400mT,居里温度Tc为220-240℃,功率损耗Pv在100KHz、200mT下分别为:25℃时不高于450Kw/m3、120℃时不高于430Kw/m3,电阻率ρ为11-16Ω·m。
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