CN102311263A - LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料及其制备方法 - Google Patents
LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种
LED
照明及开关电源变压器用高频低损耗高
Bs
铁氧体材料及其制备方法，属于
MnZn
系铁氧体材料及其制备技术领域。包括主成分和副成分，主成分包括氧化铁、氧化锰和氧化锌，特点：主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量是
Fe
2
O
3
:50mol%
～
54mol%
，
MnO:39mol%
～
42mol%
，
ZnO:5mol%
～
9mol%
；副成分包括钙氧化物、镍氧化物、铋氧化物和钼氧化物，相对主成分总量，钛氧化物、镍氧化物、铋氧化物和钼氧化物以其标准物
CaCO
3
、
NiO
、
Bi
2
O
3
和
MoO
3
计的总重量百分比含量为
0.20~0.90wt%
。优点：具有理想的超始磁导率，且在
25
℃～
100
℃具有较高的
Bs
，在
25
℃～
100
℃温度范围内具有相对较低的高频功耗；铁氧体粉料具有良好的成型性且经过烧结工序烧结时气氛适应范围较宽，烧结产品达到预期的技术指标。
Description
技术领域
本发明属于MnZn系铁氧体材料及其制备技术领域，具体涉及一种LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料，并且还涉及该铁氧体材料的制备方法。
背景技术
随着家用电器开关电源、LED节能照明灯、LED显示屏、液晶TV等向小型化和轻薄化多功能化方向的发展，软磁铁氧体磁性材料在这些设备中得到了越来越广泛的应用。其中，具有高频低损耗、高Bs和高居里温度等性能的锰锌铁氧体磁性材料越来越成广泛地应用于LED照明及LED显示屏、液晶TV、开关电源等，并且成为缩小变压器体积、降低温升、提高变压器的输出功率的不可缺少的组件。由于这些电子组件的工作时间较长，因而要求具有体积小、损耗低、耗电量少、寿命长、温升低和输出效率高，且具有高稳定性和高可靠性，特别是在倡导节能环保、绿色能源的今天显得更为重要；另一方面由于该类磁性组件大部分是在大电流或有直流偏磁场的条件下使用，磁性组件在工作状态下在恒定的大电流通过时，磁性元件随磁芯温度的升高其电感的跌落的比例的大小尤其重要，因此材料及铁氧体磁芯产品是否具有优良的直流叠加特性即随温高的升高，磁芯叠加一定大小的电流后电感跌落的比例，对器件的设计和正常使用至关重要。一般来说，Bs越高，Bs与Br差值越大，则磁芯的直流叠加特性越好。
中国发明专利申请公开号CN101183584A公开了“一种用于节能灯和电子镇流器的MnZn铁氧体材料及磁芯”，其中含有作为主成分的氧化锌在换算成Zn0时在6~10mol%的范围内，氧化锰换算成Mn0时，在34～40mol%范围内，其余为氧化铁，另外还含有作为副成分C00、Sn0
2
、Ti0
2
、Nb
2
0
5
等，所得磁芯的Bs为405，Tc=172℃，其Bs及Tc较低；
<<磁芯材料及器件>>2002年第2期刊载了“高分辨率显示器用功率铁氧体材料的研制”，采用氧化物陶瓷生产工艺，用市场上的Fe 2 0 3 、Mn 3 0 4 、Zn0为主成分，在二磨中加入CaC0 3 、Ti0 2 、Ta 2 0 5 等，按平衡气氛严格控制烧结工艺，制得的高分辨率显示器用高性能铁氧体材料的Bs=505(25℃)，Tc=241℃。
发明内容
本发明的目的是要提供一种具有理想的起始磁导率，且在25℃～100℃具有较高的Bs，在25℃～100℃温度范围内具有相对较低的高频功耗，居里温度达260℃的叠加特性优异和居里温度较高的LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料。
本发明的另一目的是要提供一种LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料的制备方法，该方法能保障铁氧体材料的技术效果的全面体现。
本发明的目的是这样来达到的，一种LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料，包括主成分和副成分，主成分包括氧化铁、氧化锰和氧化锌，其特征在于：所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量是 Fe
2
0
3
:50mol%～54mol%，Mn0:39mol%～42mol%，Zn0:5mol%～9mol%；所述副成分包括钙氧化物、镍氧化物、铋氧化物和钼氧化物，相对所述主成分总量，所述钛氧化物、镍氧化物、铋氧化物和钼氧化物以其标准物CaC0
3
、Ni0、Bi
2
0
3
和Mo0
3
计的总重量百分比含量为0.20~0.90wt%。
在本发明的一个具体的实施例中，相对所述的主成分总量，所述副成分以各自标准物计的重量百分比含量分别为：CaC0
3
:250～1200ppm，Ni0:200～5000ppm，Bi
2
0
3
:100～1000ppm，Mo0
3
:80～600ppm。
在本发明的另一个具体的实施例中，所述副成分还包括辅助成分，辅助成分包括铌氧化物、钾氧化物和钒氧化物中的至少一种，相对所述主成分总量，该辅助成分以其标准物Nb
2
0
5
、K
2
0和V
2
0
5
计的总重量百分比含量为300~1200ppm。
在本发明的又一个具体的实施例中，相对所述主成分总量，所述辅助成分中，铌氧化物、钾氧化物和钒氧化物各自以其标准物Nb
2
0
5
、K
2
0和V
2
0
5
计的重量百分比含量分别为，Nb
2
0
5
:100～600ppm，K
2
0:100～400ppm，V
2
0
5
:100～600ppm。
在本发明的再一个具体的实施例中，所述铁氧体材料具有1800±25%的超始磁导率，在500KH
Z
、50mT时80℃及100℃温度功耗均在80kw/m
3
以下；Bs在25℃时达到510、80℃时达到470和100℃时达到430。
在本发明的另一个具体的实施例中，所述铁氧体材料的居里温度Tc达到260℃。
本发明的另一目的达到：一种LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
A）将主成分中的Fe
2
0
3
、Mn
3
0
4
和Zn0原料混合均匀后经过振磨机振磨，制得平均粒径φ=0.90±0.20μm的主成分粉料；
B）将所述主成分粉料经干燥、预烧、捣细和过筛，再加入纯水和分散剂进行砂磨，在砂磨过程中加入副成分、PVA和消泡剂制得平均粒径φ=0.85±0.20μm的混合粉料；
C）将混合粉料经干燥后压制成型，在1300℃-1350℃的温度和氧气氛控制下保温4～6小时，在降温段采用平衡气氛方式冷却，得到高频低损耗高Bs铁氧体材料。
在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤B）和C）中所述干燥的干燥过程是采用喷雾造粒方法；步骤C）中所述压制成型后的半成品毛坯的密度为3.00±0.2g/cm
3
，烧结后的密度为4.92±0.15 g/cm
3
。
在本发明的进而一个具体的实施例中，步骤B）中所述的副成分还包括有辅助成分，辅助成分包括铌氧化物、钒氧化物和钾氧化物，其中：铌氧化物是以Nb
2
0
5
的形式加入、钒氧化物以V
2
0
5
形式以及钾氧化物是以K
2
C0
3
的形式加入的，铌氧化物、钾氧化物和钒氧化物各自以其标准物Nb
2
0
5
、V
2
0
5
和K
2
0计的重量百分比含量分别为，Nb
2
0
5
:100～600ppm，K
2
0:100～400ppm，V
2
0
5
:100～600ppm。
本发明提供的技术方案的所得到的高频低损耗高Bs铁氧体材料具有1800±25%的超始磁导率，且在500KH
Z
、50mT时， 80℃和100℃温度功耗均在80kw/m
3
以下；Bs在25℃达510、80℃达到470、100℃达到430；铁氧体粉料具有良好的成型性且经过烧结工序烧结时气氛适应范围较宽，烧结产品达到预期的技术指标。
具体实施方式
实施例1：
A）称取53.2mol%的Fe
2
0
3
、40.45mol%的Mn0和6.35mol%的Zn0，其中Mn0的原材料为Mn
3
0
4
,采用中国湖南省金瑞科技有限公司生产销售的牌号为CR-06号氧化锰，其纯度Mn%≥71%，Fe
2
0
3
采用中国上海宝钢产品，其纯度Fe
2
0
3
≥99.3%，Zn0使用中国上海京华化工厂产品，其重量百分比含量Zn0%≥99.7%，将上述三种原材料按比例进行混合后，投入振磨机中进行振磨，控制平均粒径为0.90±0.20μm，得到主成分粉料；
B）将由步骤A）得到的主成分粉料振磨达到工艺要求后进行造粒并干燥，而后在910±30℃温度下用电热式回转窑进行预烧，预烧完成后将预烧料投入砂磨机中进行循环砂磨，在循环砂磨过程中，加入纯水，分散剂和消泡剂以及PVA，同时加入副成分和辅助成分，相对所述主成分总量，副成分添加量：CaC0
3
:250～1200ppm，Ni0:200～5000ppm，Bi
2
0
3
:100～1000ppm，Mo0
3
:80～600ppm；辅助成分的添加量：Nb
2
0
5
:100～600ppm，K
2
0:100～400ppm，V
2
0
5
:100～600ppm，控制砂磨的平均粒径φ=0.85±0.20μm的混合粉料。
）将由步骤B）得到的混合粉料干燥后砂磨达到工艺要求后进行喷雾造粒得到MnZn铁氧体颗粒料，该颗粒料成型压制φ25mm*15mm*7.5mm的环形磁芯和PQ3225磁芯，成型密度为3.02±0.2g/cm
3
，在1330℃下控制氧含量下进行烧结，保温6小时，平衡气氛下冷却，得到高频低损耗高BS铁氧体磁芯，即得到高频低损耗高Bs锰锌系铁氧体磁芯。
本实施例中的粉料的物理性能如下：颗粒含水量为0.30wt%~0.60wt%；松装密度为1.30～1.55g/cm
3
,安息角≤30°。
实验证明：本发明通过合理的主成分配比和优化的复合掺杂体系同时降低二磨平均粒径，增加材料的活性，形成均匀、一致性好，无异常晶粒的微观结构，同时辅以适当的烧结工艺气氛、温度曲线烧结，形成气孔率低、密度高、无另相的铁氧体；本发明制得的磁芯具有较高的磁导率，起始磁导率在1800±25%，且在500KH
Z
、50mT时， 80℃和100℃温度下功耗均在80kw/m
3
以下；Bs在25℃时达到510、80℃时达到470以及100℃时达到430；居里温度达到260℃；
经上述过程所制备的磁芯，使用美国2330功耗测试仪、HP4284电感仪、HP42841A直流磁化电源、日本理研BHS-40直流特性测试仪、恒温箱和电阻率测试仪等仪器测得磁芯的相关性能参数如表1。
实施例2：
A）称取51.8mol%的Fe
2
0
3
、40.95mol%的Mn0和7.25mol%的Zn0，其中Mn0的原材料为Mn
3
0
4
,采用中国湖南省金瑞科技有限公司生产销售的牌号为CR-06号，其纯度Mn%≥71%，Fe
2
0
3
采用中国上海宝钢产品，其纯度Fe
2
0
3
%≥99.3%，Zn0使用上海京华，其重量百分比含量Zn0%≥99.7%，将上述三种原材料按比例进行混合后，投入振磨机中进行振磨，控制平均粒径为0.95±0.20μm，得到主成分粉料；
B）将由步骤A）得到的主成分粉料振磨达到工艺要求后进行造粒并干燥后在900±30℃温度下用电热式回转窑进行预烧，预烧完成后将预烧料投入砂磨机中进行循环砂磨，在循环砂磨过程中，加入纯水，分散剂和消泡剂、PVA，同时加入副成分和辅助成分，相对所述主成分总量，副成分添加量：CaC0
3
:250～1200ppm，Ni0:200～5000ppm，Bi
2
0
3
:100～1000ppm，Mo0
3
:80～600ppm；辅助成分的添加量：Nb
2
0
5
:100～600ppm，K
2
0:100～400ppm，V
2
0
5
:100～600ppm，控制砂磨的平均粒径φ=0.85±0.20μm的混合粉料；
C）将由步骤B）得到的混合粉料干燥后砂磨达到工艺要求后进行喷雾造粒得到MnZn铁氧体颗粒料，取该颗粒料成型压制φ25mm*15mm*7.5mm的环形磁芯和EC2828磁芯，成型密度为3.02±0.2g/cm
3
，在1350℃下控制氧含量下进行烧结，保温4小时，平衡气氛下冷却，得到高频低损耗高BS铁氧体磁环。其余均同实施例1的描述。
经上述过程所制备的磁芯，使用美国2330功耗测试仪、HP4284电感仪、HP42841A直流磁化电源、日本理研BHS-40直流特性测试仪、恒温箱和电阻率测试仪等仪器测得磁芯的相关性能参数如表1。
表1 本发明得到的环形磁芯材料性能
由表可见，本发明的LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料具有较高的起始磁导率，在25℃～140℃温度区域内的且在500KHZ、50mT时， 80℃及100℃温度下功耗均在80kw/m 3 以下；Bs在25℃时达到510、80℃时达到470和100℃时达到430；居里温度达到260℃; 其性能指标显著优于已有技术。
Claims (9)
1.一种LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料，包括主成分和副成分，主成分包括氧化铁、氧化锰和氧化锌，其特征在于：所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量是 Fe 2 0 3 :50mol%～54mol%，Mn0:39mol%～42mol%，Zn0:5mol%～9mol%；所述副成分包括钙氧化物、镍氧化物、铋氧化物和钼氧化物，相对所述主成分总量，所述钛氧化物、镍氧化物、铋氧化物和钼氧化物以其标准物CaC0 3 、Ni0、Bi 2 0 3 和Mo0 3 计的总重量百分比含量为0.20~0.90wt%。
2.根据权利要求1所述的LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料，其特征在于相对所述的主成分总量，所述副成分以各自标准物计的重量百分比含量分别为：CaC0 3 :250～1200ppm，Ni0:200～5000ppm，Bi 2 0 3 :100～1000ppm，Mo0 3 :80～600ppm。
3.根据权利要求1所述的LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料，其特征在于所述副成分还包括辅助成分，辅助成分包括铌氧化物、钾氧化物和钒氧化物中的至少一种，相对所述主成分总量，该辅助成分以其标准物Nb 2 0 5 、K 2 0和V 2 0 5 计的总重量百分比含量为300~1200ppm。
4.根据权利要求3所述的LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料，其特征在于相对所述主成分总量，所述辅助成分中，铌氧化物、钾氧化物和钒氧化物各自以其标准物Nb 2 0 5 、K 2 0和V 2 0 5 计的重量百分比含量分别为，Nb 2 0 5 :100～600ppm，K 2 0:100～400ppm，V 2 0 5 :100～600ppm。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料，其特征在于所述铁氧体材料具有1800±25%的超始磁导率，在500KH Z 、50mT时，80℃1和00℃温度时功耗均在80kw/m 3 以下；Bs在25℃时达到510、80℃时达到470和100℃时达到430。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料，其特征在于所述铁氧体材料的居里温度达到260℃。
7.一种如权利要求1所述的LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
A）将主成分中的Fe
2
0
3
、Mn
3
0
4
和Zn0原料混合均匀后经过振磨机振磨，制得平均粒径φ=0.90±0.20μm的主成分粉料；
B）将所述主成分粉料经干燥、预烧、捣细和过筛，再加入纯水和分散剂进行砂磨，在砂磨过程中加入副成分、PVA和消泡剂制得平均粒径φ=0.85±0.20μm的混合粉料；
C）将混合粉料经干燥后压制成型，在1300℃-1350℃的温度和氧气氛控制下保温4～6小时，在降温段采用平衡气氛方式冷却，得到高频低损耗高Bs铁氧体材料。
8.根据权利要求7所述的LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料的制备方法，其特征在于步骤B）和C）中所述干燥的干燥过程是采用喷雾造粒方法；步骤C）中所述压制成型后的半成品毛坯的密度为3.00±0.2g/cm 3 ，烧结后的密度为4.92±0.15 g/cm 3 。
9.根据权利要求7所述的LED照明及开关电源变压器用高频低损耗高Bs铁氧体材料的制备方法，其特征在于步骤B）中所述的副成分还包括有辅助成分，辅助成分包括铌氧化物、钒氧化物和钾氧化物，其中：铌氧化物是以Nb 2 0 5 的形式加入、钒氧化物以V 2 0 5 形式以及钾氧化物是以K 2 C0 3 的形式加入的，铌氧化物、钾氧化物和钒氧化物各自以其标准物Nb 2 0 5 、V 2 0 5 和K 2 0计的重量百分比含量分别为，Nb 2 0 5 :100～600ppm，K 2 0:100～400ppm，V 2 0 5 :100～600ppm。
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Application publication date: 20120111 |