CN101921102B

CN101921102B - 一种高精度高稳定性温控锰锌软磁铁氧体材料的制备方法及所得磁芯产品

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Publication number: CN101921102B
Application number: CN 201010224953
Authority: CN
Inventors: 王京平; 胡春元; 王宏; 蒋胜勇; 叶绍均; 贺娟; 胡永清; 周锋; 赖永学
Original assignee: GUANGDONG MAGSOURCE ELECTRONIC CO Ltd; Zhaoqing Hete Electronics Co Ltd; Guangdong Fenghua Advanced Tech Holding Co Ltd
Current assignee: GUANGDONG MAGSOURCE ELECTRONIC CO Ltd; Zhaoqing Hete Electronics Co Ltd; Guangdong Fenghua Advanced Tech Holding Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: CN101921102A

Abstract

一种高精度高稳定性温控锰锌MnZn软磁铁氧体材料的制备方法及所得磁芯产品，步骤为：1按摩尔百分比为Fe₂O₃51～52mol％、MnO：22～24mol％、ZnO：24～27mol％进行配料。2将步骤1配好的料通过一次球磨、喷雾干燥造粒后进行预烧，预烧温度为870～960℃。3将步骤2的预烧料加入辅助料，所述的辅助料是三种或以上。4将步骤3配好的粉料经过二次球磨、喷雾干燥造粒后进行干压成型。5将成型坯件放进烧结炉即得MnZn软磁铁氧体磁芯。即由该方法所得的磁芯产品居里温度中心值X的偏差是±3℃，X的范围为0～200℃。该磁芯制造的温控元件有效地进行温度自动控制和保护。

Description

一种高精度高稳定性温控锰锌软磁铁氧体材料的制备方法及所得磁芯产品

技术领域

本发明涉及一种高精度高稳定性温控锰锌MnZn软磁铁氧体材料的制备方法及所得磁芯产品，尤其涉及一种居里温度范围窄的锰锌MnZn软磁铁氧体材料的制备方法。

背景技术

随着工业生产和科学技术的发展，对精度较高的测控元件需求日益突出。作为软磁铁氧体材料重要分支的温敏铁氧体材料及其传感器的诞生、发展适应了现代化科技、工业和生活的需要。除此外，近十年来，磁性温敏传感器还在汽车工业中应用，这为它的发展开辟了一个新的途径。电子线路中有大量的电子元器件在工作时都会发出热量，如电容、晶体管、电子变压器、扼流圈等，从而引起电路周边环境温度的升高，当温度升高到一定程度的时候，部分电子元器件会发生失效，从而导致整个电路的瘫痪，甚至会引起火灾。有必要对电路设置一个温控回路来应对电路周围环境温度的过分升高。MnZn软磁铁氧体存在一个居里温度，当外界温度一旦超过这个温度，软磁铁氧体的导磁能力将会大幅下降，可下降至原来的千分之一。可利用这种特性制成的温敏器件被广泛地应用于控温、限温和预警等领域，在汽车、空调、办公自动化和家用电器等行业中作用很大。但由于磁材的居里温度不容易控制，使得相应的器件温控准确度不高。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种具有精准的居里温度及较高的磁导率确保有效地进行温度自动控制和自动保护的磁芯的制备方法。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：一种高精度高稳定性温控锰锌MnZn软磁铁氧体材料的制备方法，步骤为：(1)一次配料：按摩尔百分比为Fe₂O₃51～52mol％、MnO：22～24mol％、ZnO：24～27mol％进行配料；(2)预烧：将步骤(1)配好的料通过一次球磨、喷雾干燥造粒后，在空气推板窑中进行预烧，预烧温度为870～960℃，预烧时间为1～3小时；(3)二次配料：将步骤(2)的预烧料加入辅助料，所述的辅助料是以下物质的三种或以上，它们在整个预烧料中的重量百分比为：CaCO₃ 0.01～0.05wt％、Nb₂O₅ 0.01～0.04wt％、TiO₂ 0.01～0.07wt％、BO 0.01～0.04wt％、BiO 0.01～0.05wt％、MoO 0.01～0.07wt％；(4)成型：将步骤(3)配好的粉料经过二次球磨、喷雾干燥造粒后，采用全自动干压机进行干压成型；(5)烧结：将上述成型后的成型坯件放进烧结炉，在0.005％～7％氧体积含量的N₂气氛中进行高温烧结，烧结温度为1260～1380℃，烧结保温时间为2～4.5小时，烧结后在N₂气氛中降温后即得MnZn软磁铁氧体磁芯。

进一步：在上述高精度高稳定性温控锰锌MnZn软磁铁氧体材料的制备方法中，所述的步骤(2)后还包括试验测居里温度，即将上述预烧后的预烧料直接进行小试实验，将所得实验品进行烧结，烧结后测试其居里温度(初次居里温度)，再加入Fe₂O₃或ZnO来调节以达到目标居里温度的步骤，因为如果需要提高居里温度1℃需加入Fe₂O₃ 0.001～0.6wt％，降低居里温度1℃需加入ZnO 0.01～0.7wt％，根据这样的经验理论值来进一步调节配料。比如温敏要达到精确的温度自动控制和自动保护器件，其核心部分磁芯必须具有精准的居里温度，实际生产中必须严格控制成分偏移，成分的微小偏移都可能对性能产生很大的影响。在生产粉料制备过程中会发生一系列物理、化学变化，以及成分的损失等，这些都会在一定程度上造成基方中三氧化二铁、四氧化锰及氧化锌配比的偏移，因此必须采取有效措施进行精确补偿。所述步骤(5)保温烧结过程在0.005％～7％氧体积含量的N₂气氛中进行，降温速率为1～15℃/min。这是为了确保产品的一致性和稳定性，即批量生产的磁芯居里温度都一样，必须对批量生产的平衡气氛烧结曲线和烧结工艺进行准确调配。

与现有技术相比，本发明特别注重磁芯制备方法中工艺步骤的顺序，烧结温度的控制，再次是材料的配方，尤其是工艺过程中的小试验，方便调节居里温度的工艺步骤，使得出软磁铁氧体材料具有高精度高稳定性温控的性能，由该方法所得的磁芯产品具备精确的居里温度范围。即由该方法所得的磁芯产品在10KHz时磁导率为4800～7200，其居里温度中心值X的偏差是±3℃，X的范围为0～200℃。由该磁芯制造的温控元件有效地进行温度自动控制和自动保护。

附图说明：

图1是居里温度Tc定义曲线；

图2是实施例1样品(圆环T25*15*7.5)测试居里温度μi-T曲线图；

具体实施方式

本发明的主旨是选择合适的工艺方法、烧结温度、材料的配方，尤其是工艺过程中的小试验，方便调节居里温度的工艺步骤，制造的磁芯具备精确的居里温度范围。即由该方法所得的磁芯产品在10KHz时磁导率为4800～7200，其居里温度中心值X的偏差是±3℃，X的范围为0～200。由该磁芯制造的温控元件有效地进行温度自动控制和自动保护。以下的实施例是以举例来进一步说明本发明，材料配方、工艺参数的选择并不导致磁芯产品特性的实质性差异，仅属因地因事而异的区别。

实施例1

制备居里温度中心值X为100℃，居里温度范围97～103℃，磁芯在10KHz时磁导率为4800～7200的材料。

(1)一次配料：称取Fe₂O₃：51.5mol％；MnO：22.5mol％；ZnO：26.0mol％；

(2)预烧：将上述配好的料加入纯水经过一次球磨2小时后进行喷雾干燥造粒，然后在空气推板窑中进行预烧，预烧温度为880℃，预烧时间为2.5小时；

(3)小试检验：将上述预烧后的预烧料直接进行小试实验，将所得实验环进行烧结，烧结后测试其居里温度为96℃；

(4)二次配料：将上述预烧后的预烧料加入按重量百分比的辅助成分：CaCO3：0.04wt％；Nb₂O₅：0.035wt％；TiO₂：0.055wt％；BO：0.025wt％，并且为了提高居里温度，加入主成分Fe₂O₃1.5wt％；

(5)成型：将上述二次配好的粉料加入纯水经过二次球磨2小时后进行喷雾干燥造粒，采用全自动干压机进行干压成型；

(6)烧结：将上述成型后的坯件放进烧结炉在1300℃高温保温烧结，其中氧含量为5.1％，保温时间为3小时，烧结后在N₂保护中以8℃/min降温速率降温后即得到MnZn软磁铁氧体磁芯圆环。

样品的初始磁导率用Agilent4284进行测量(测试条件为10KHZ、1V)，如表1所示；

在国内外著名软磁企业产品目录中尚没有发现与X＝100同等的材料，只与日本FDK 2H15、2H15B材料性能相似，但比这些材料具有更加精确的居里温度，优化的温度曲线。本发明磁芯材料与国外FDK材料技术性能对比，本发明的材料属于首创技术，在软磁行业中只与高磁导率日本FDK 2H15及2H15B在居里温度和一些性能上类似，但X＝100严格控制居里温度范围，实际生产内控标准在±3℃。X＝100属于高精度温度控制材料，用其制作成的温敏器件具有高的可靠性、优良的耐环境性、噪声电压小，一致性良好，能够有效起到控温、限温和预警等作用。

测试居里温度是在恒温油浴锅内进行，居里温度Tc定义：以温度为横坐标，以μi为纵坐标，画出感量与温度的曲线，找出80％μmax所处温度即为Tc，该实施例中的居里温度如图1所示(测试条件为：测试频率10KHz，电压1V；测试磁芯的尺寸是T25*15*7.5；测试仪器是HP4284A)。连续测试了实施例1中的三个最终磁芯圆环，其μi-T曲线见图2(测试条件为：测试频率10KHz，电压1V；测试磁芯的尺寸是T25*15*7.5；测试仪器是HP4284A)。试验调节前后的居里温度如表2所示，即该磁芯具备精确的居里温度范围。即由该方法所得的磁芯在10KHz时磁导率为4800～7200，其居里温度严格控制在97～103℃

表1：

厂商名称	FDK 2H15	FDK 2H15B	风华微硕
				μi 25℃	15000±25％	15000±20％	6000±20％
Tc(℃)	＞100	＞100	100±3

表2：

实施例2

制备居里温度中心值X为90℃，居里温度范围87～93℃，磁芯在10KHz时磁导率为4800～7200的材料。

(1)一次配料：称取Fe₂O₃：51.5mol％；MnO：23.0mol％；ZnO：25.5mol％；

(2)预烧：将上述配好的料加入纯水经过一次球磨2.5小时后进行喷雾干燥造粒，然后在空气推板窑中进行预烧，预烧温度为900℃，预烧时间为2.0小时；

(3)小试检验：将上述预烧后的预烧料直接进行小试实验，将所得实验环进行烧结，烧结后测试其居里温度为95℃；

(4)二次配料：将上述预烧后的预烧料加入按重量百分比的辅助成分：CaCO3：0.03wt％；Nb₂O₅：0.02wt％；TiO₂：0.05wt％；BO：0.025wt％，并且为了降低居里温度，加入主成分ZnO 2.5wt％；

(6)烧结：将上述成型后的坯件放进烧结炉在1320℃高温保温烧结，其中氧含量为4.5％，保温时间为3.5小时，烧结后在N₂保护中以8.5℃/min降温速率降温后即得到MnZn软磁铁氧体磁芯圆环。

样品的初始磁导率用Agilent4284进行测量(测试条件为10KHZ、1V)，居里温度在恒温油浴锅内进行，调整前后样品测试结果如表3所示。

表3：

Claims

1.一种高精度高稳定性温控锰锌软磁铁氧体材料的制备方法，步骤为：

(1)一次配料：按摩尔百分比为Fe₂O₃51～52mol％、MnO：22～24mol％、ZnO：24～27mol％进行配料；

(2)预烧：将步骤(1)配好的料通过一次球磨、喷雾干燥造粒后，在空气推板窑中进行预烧，预烧温度为870～960℃，预烧时间为1～3小时；试验测居里温度，再加入Fe₂O₃或ZnO来调节居里温度；

(3)二次配料：将步骤(2)的预烧料加入辅助料，所述的辅助料是以下三种物质，它们在整个预烧料中的重量百分比为：CaCO₃0.01～0.05wt％、Nb₂O₅0.01～0.04wt％、TiO₂0.01～0.07wt％；

(4)成型：将步骤(3)配好的粉料经过二次球磨、喷雾干燥造粒后，采用全自动干压机进行干压成型；

(5)烧结：将上述成型后的成型坯件放进烧结炉，在0.005％～7％氧体积含量的N₂气氛中进行高温烧结，烧结温度为1260～1380℃，烧结保温时间为2～4.5小时，烧结后在N₂气氛中降温后即得MnZn软磁铁氧体磁芯。

2.根据权利要求1所述的高精度高稳定性温控锰锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)保温烧结过程在0.005％～7％氧体积含量的N₂气氛中进行，降温速率为1～15℃/min。

3.一种根据权利要求1或2所述的制备方法所得的磁芯产品，其特征在于：磁芯在10KHz时磁导率为4800～7200，其居里温度中心值X的偏差是±3℃，X的范围为0～200℃。