CN102424573B - 一种宽温低损耗锰锌系铁氧体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种宽温低损耗锰锌系铁氧体及其制备方法，属于MnZn系铁氧体及其制备技术领域。包括主成分和副成分，主成分包括氧化铁、氧化锰和氧化锌，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Fe₂O₃:50mol%~-56mol%，Mn0:36mol%~42mol%，Zn0:5mol%~10mol%；所述副成分包括钛氧化物、钴氧化物、铋氧化物和超细硅氧化物，相对所述主成分总量，所述钛氧化物、钴氧化物、铋氧化物和超细硅氧化物以其标准物Ti0₂、C0₂0₃、Bi₂0₃和超细Si0₂计的总重量百分比含量为0.06~0.98wt%。优点：锰锌系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

一种宽温低损耗锰锌系铁氧体及其制备方法

技术领域

本发明属于MnZn系铁氧体及其制备技术领域，具体涉及一种宽温低损耗锰锌系铁氧体，并且还涉及该铁氧体的制备方法。

背景技术

随着家用电器、汽车车载电子、节能灯、太阳能和通讯设施等向小型化、轻薄化、集成化和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、宽温、高直流叠加、高磁导率、低损耗、高居里温度等性能的锰锌铁氧体磁性材料越来越成为电源变压器、DC～DC、DC～AC、无极灯、太阳能、办公自动化、通信等领域中不可缺少的组件。由于这些电子组件的工作环境相差较大(如亚洲、欧州、非州等不同地方)，因而要求在宽温范围内损耗和磁导率变化小，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，因此是否具有优良的直流叠加特性即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，饱和磁通密度BS与剩磁Br的差值(Bs-Br)越大，叠加特性则越好。

在类似上述问题领域中：

专利申请授权公告号CN100425570C(专利号ZL200610033883.1)公开了一种宽温叠加特性优异的锰锌系铁氧体，其中含有作为主成分的氧化锌在换算成ZnO时在6～12mol％的范围内，氧化锰换算成MnO时，在34～40mol％范围内，其余为氧化铁，另外还含有作为副成分的氧化钴在换算成CO₂O₃时在2000～3500ppm的范围内，该磁性铁氧体材料在20℃～120℃的温度区域内的功耗损耗的最小值为350kw/m³以下，并且在20℃～120℃的温度区域内的功耗损耗最大值与最小值相差为90kw/m³以下，氧化钴的加入量相对较大，生产成本较高，并且宽温区域未能扩展到140℃；

公开号为CN1287985A(申请为CN00126353.6)的中国发明专利申请公开了一种磁性铁氧体材料，其中含有作为主成分的氧化锌在换算成ZnO时在7～9mol％的范围内，氧化锰换算成MnO时，在36.8～39.2mol％范围内，其余为氧化铁，另外还含有作为副成分的氧化钴在换算成CO₂O₃时在2500～4500ppm的范围内，该磁性铁氧体材料在20℃～120℃的温度区域内的功耗损耗的最小值为400kw/m³以下，并且在20℃～100℃的温度区域内的功耗损耗最大值与最小值相差为150kw/m³以下，氧化钴的加入量相对较大，生产成本较高，宽温区域同样未能扩展到140℃同时未提及直流叠加特性。

<<功能材料>>2003年第6期刊载了CO²⁺或Sn⁴⁺对锰锌铁氧体磁特性的影响研究，研究结果表明，由于CO²⁺具有大的且为正的磁晶各向异性常数K1，所以可与MnZn铁氧体负的K1进行补偿，当C00加入量为2＊10^-3时，可得到20℃～120℃温度范围内具有非常平坦功率损耗-温度特性的锰锌铁氧体，CO²⁺的掺入同时可以改善锰锌铁氧体的起始磁导率的温度特性，但是由于氧化钴的加入量大，成本高。

发明内容

本发明目的是要提供一种具有较高起始磁导率，且在25℃～140℃功耗相当，在25℃～140℃温度范围内功耗曲线平坦，剩磁小，叠加特性优异、居里温度较高的宽温低损耗锰锌系铁氧体及其制备方法。

本发明的另一目的是要提供一种宽温低损耗锰锌系铁氧体的制备方法，该方法能保障所述锰锌系铁氧体的技术效果的全面体现。

本发明的目的是这样来达到的，一种宽温低损耗锰锌系铁氧体，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Fe₂O₃：50mol％～-56mol％，MnO：36mol％～42mol％，ZnO：5mol％～10mol％；所述副成分包括钛氧化物、钴氧化物、铋氧化物和超细硅氧化物，相对所述主成分总量，所述钛氧化物、钴氧化物、铋氧化物和超细硅氧化物以其标准物TiO₂、CO₂O₃、Bi₂O₃和超细SiO₂计的总重量百分比含量为0.06～0.98wt％。

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：TiO₂：80～3000ppm，CO₂O₃：300～3200ppm，Bi₂O₃：25～600ppm，超细SiO₂：20～200ppm。

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，辅助成分包括钙氧化物、铌氧化物、钾氧化物和钒氧化物中的至少两种，相对所述主成分总量，该辅助成分以其标准物CaO、Nb₂O₅、K₂O和V₂O₅计的总重量百分比含量为500～3000ppm。

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，钙氧化物、铌氧化物、钾氧化物和钒氧化物各自以其标准物CaO、Nb₂O₅、K₂O和V₂O₅计的重量百分比含量分别为，CaO：100～1000ppm，Nb₂O₅：100～1000ppm，K₂O：100～1000ppm，V₂O₅：100～1000ppm。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量是：Fe₂O₃：52mol％～-55mol％，MnO：38mol％～41mol％，ZnO：6mol％～9mol％。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述锰锌系铁氧体具有3400±25％的超始磁导率，且在100KHZ、200Mt和25℃～140℃温度区域内的功耗最大值与最小值之差为80kw/m³以下，并且在所述25℃～140℃温度区域内的功耗最小值在320kw/m³以下。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述锰锌系铁氧体居里温度达到230℃。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述锰锌系铁氧体在H＝1194A/m，25℃时剩磁在80mT以下。

本发明的另一目的是这样来达到的，一种宽温低损耗锰锌系铁氧体的制备方法，包括以下步骤：

A)将主成分中的Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO原料混合均匀后经过振磨机振磨，制得平均粒径φ＝0.95±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＝0.80±0.20μm的混合粉料；

C)将混合粉料经干燥后压制成型，在1300℃-1380℃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以宽温低损耗锰锌系铁氧体。

在本发明的又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3.02±0.2g/cm³，烧结后的密度为4.90±0.15g/cm³。

在本发明的又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，辅助成分包括钙氧化物、铌氧化物、钾氧化物和钒氧化物，其中：钙氧化物是以CaCO₃的形式加入、铌氧化物是以Nb₂O₅的形式加入、钾氧化物是以K₂CO₃的形式加入和钒氧化物是以V₂O₅的形式加入的。

本发明提供的技术方案的锰锌系铁氧体具有3400±25％的超始磁导率，且在100KHZ、200mT、25℃～140℃温度区域内的功耗最大值与最小值之差为80kw/m³以下，在此温度区域内的功耗最小值在320kw/m³以下；居里温度达到230℃；在H＝1194A/m，25℃时剩磁在80mT以下。锰锌系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54.2mol％的Fe₂O₃、39.45mol％的MnO和6.35mol％的ZnO，其中MnO的原材料为Mn₃O₄，采用中国湖南省湖南金瑞科技有限公司销售的牌号为CR-06号，其纯度Mn％≥71％，Fe₂O₃采用国产上海宝钢，其纯度Fe2O3％≥99.3％，ZnO使用上海京华化工厂生产销售的ZnO产品，其重量百分比含量ZnO％≥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，而后在870±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，辅助成分的添加量：CaCO₃：600ppm和Nb₂O₅：500ppm，控制砂磨的平均粒径φ＝0.80±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，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/cm³，在1300～1380℃下控制氧含量下进行烧结，保温4～6小时，平衡气氛下冷却，得到宽温低损耗锰锌系铁氧体磁芯。

本实施例中的粉料的物理性能如下：颗粒含水量为0.25wt％～0.55wt％；松装密度为1.20～1.50g/cm³，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、一致性好和无异常晶粒的观结构，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、高密度、无异相的铁氧体；本发明制得的磁芯具有较高的磁导率，起始磁导率在3400±25％，且在100KHZ、200Mt、25℃～140℃温度区域内的功耗最大值与最小值之差为90kw/m³以下，在此温度区域内的功耗最小值在320kw/m³以下；居里温度达到230℃；在H＝1194A/m，25℃时剩磁在80mT以下，叠加特性优良。

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和表2

实施例2：

A)称取54.1mol％的Fe₂O₃、38.95mol％的MnO和6.85mol％的ZnO，其中MnO的原材料为Mn₃O₄，采用湖南金瑞CR-06号，其纯度Mn％≥71％，Fe2O3采用国产上海宝钢，其纯度Fe₂O₃％≥99.3％，ZnO使用上海京华，其重量百分比含量ZnO％≥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870±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，辅助成分的添加量：CaCO₃：400ppm和V₂O₅：200ppm，副成分的添加量：Bi₂O₃：500ppm、TiO₂：300ppm、SiO₂：100ppm和CO₂O₃：3000ppm，控制砂磨的平均粒径φ＝0.80±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PQ3225磁芯，成型密度为3.02±0.2g/cm³，在1300～1380℃下控制氧含量下进行烧结，保温4～6小时，平衡气氛下冷却，得到宽温低损耗锰锌系铁氧体磁芯。

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和表2。

表1  本发明环形磁芯材料性能

表2  本发明以PQ3225为例的叠加特性

由表1和表2可见，本发明的锰锌系铁氧体具有较高的起始磁导率，在25℃～140℃温度区域内的功耗最大值与最小值之差在80kw/m³以下，在此温度区域内的功耗最小值在320kw/m³以下，在H＝1194A/m，25℃时剩磁在80mT以下，叠加特性与日本公司对比明显优良。

Claims (2)

1.一种宽温低损耗锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

A)称取54.1mol％的Fe₂O₃、38.95mol％的MnO和6.85mol％的ZnO，其中MnO的原材料为Mn₃O₄，采用湖南金瑞CR-06号，其纯度Mn％≥71％，Fe₂O₃采用国产上海宝钢，其纯度Fe₂O₃％≥99.3％，ZnO使用上海京华，其重量百分比含量ZnO％≥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870±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，辅助成分的添加量：CaCO₃：400ppm和V₂O₅：200ppm，副成分的添加量：Bi₂O₃：500ppm、TiO₂：300ppm、SiO₂：100ppm和Co₂O₃：3000ppm，控制砂磨的平均粒径φ＝0.80±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PQ3225磁芯，成型密度为3.02±0.2g/cm3，在1300～1380℃下控制氧含量下进行烧结，保温4～6小时，平衡气氛下冷却，得到宽温低损耗锰锌系铁氧体磁芯。

2.一种根据权利要求1所述的制备方法制备得到的宽温低损耗锰锌系铁氧体。