CN102795849A

CN102795849A - 宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料

Info

Publication number: CN102795849A
Application number: CN2012103385755A
Authority: CN
Inventors: 邹兴政; 李方; 王宏; 张十庆; 唐锐; 李济林; 刘海定
Original assignee: Chongqing Materials Research Institute Co Ltd
Current assignee: Chongqing Materials Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2032-09-13
Also published as: CN102795849B

Abstract

本发明涉及一种宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料，该铁氧体材料成分包括主成分和副成分，主成分包括氧化铁、氧化锰、氧化锌，副成分包括铋氧化物、钒氧化物、钛氧化物、钴氧化物、钙氧化物、铅氧化物。该铁氧体材料具有良好的成型性能，采用该材料制得的磁芯具有较高的其实磁导率，且在25～120℃温度范围内体积功耗值Pv低于350kW/m³，功耗曲线平缓，叠加特性优异。

Description

宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料

技术领域

本发明涉及一种铁氧体材料，特别涉及一种宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料。

背景技术

随着电子工业的小型化、多功能化、集成化方向发展，所用电子元器件用软磁功率铁氧体材料也得到了更多的应用。同时，随着消费类电子产品的数字化、高性能化发展，对磁性材料产品提出了更高的要求，如高清数字电视、平板电视的电源电路、DC-DC开关电源及笔记本电脑转换器等，需要使用高饱和磁通密度、宽温应用范围、高磁导率、低损耗功率铁氧体材料。近年来国际大公司被中国巨大的市场所吸引，争先进入中国，对于元器件配套本地化要求强烈，这也为我国软磁铁氧体行业带来了巨大的挑战和市场需求。目前日本TDK公司、荷兰飞磁公司、德国西门子、东京铁氧体等铁氧体知名公司已开始批量生产PC90、PC95等新一代高饱和磁通密度、宽温应用范围、高磁导率、低损耗功率铁氧体材料。为了电子电路的小型轻量集成化及高性能化发展，开发宽温、高磁导率、低功耗功率铁氧体材料是必然发展方向。为了顺应电子器件的小型化和微型化发展趋势，并将我国的产品档次提高到更高的水平，实现规模生产，扩大高端软磁功率铁氧体产品在国际市场的占有率，增加出口创汇，以适应市场对磁性产品的要求是非常必要的。

专利申请号为CN1810710A、CN101786871A、CN101786871A的中国专利申请文件虽然公开了一些铁氧体材料，而这些铁氧体材料，在25～120℃温度范围内体积功耗值均不能达到小于350kW/m³，初始磁导率未达到≥3500的水平，材料的化学成分也不一样。

发明内容

本发明要达到的目的是提供一种宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料及采用该材料制得的磁芯，该磁芯具有较高的其实磁导率，且在25～120℃温度范围内体积功耗值Pv低于350kW/m³，功耗曲线平缓，叠加特性优异。

本发明的技术方案是：

宽温超低损耗锰锌功率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、氧化锌，所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量是：Fe₂O₃：53～55mol%，MnO：32～35mol%，ZnO：11～13mol%；副成分包括铋氧化物、钒氧化物、钛氧化物、钴氧化物、钙氧化物、铅氧化物，相对所述主成分总量，所述铋氧化物、钒氧化物、钛氧化物、钴氧化物、钙氧化物、铅氧化物以其标准物Bi₂O₃、V₂O₅、TiO₂、Co₂O₃计的总重量百分比含量为0.091wt%～0.82wt%，所述副成分Bi₂O₃为0.003wt%～0.10wt%、V₂O₅为0.003wt%～0.12wt%、TiO₂为0.005wt%～0.20wt%、Co₂O₃为0.08wt%～0.40wt%。

铁氧体材料副成分还包括钙氧化物或钙氧化物和铅氧化物，相对所述主成分总量，该副成分以其标准物CaO和PbO计的总重量百分比含量为0.003wt%～0.15wt%，其CaO为0～0.05wt%、PbO为0～0.05wt%。

采用上述材料的制备的铁氧体磁芯，该磁芯用以下步骤制得：

1）混料：

按权利要求1所述主成分的配比取三种粉料，在转速200～220rpm下球磨3-4小时；

2）预烧：

将步骤1）球磨后的主成分粉料在900～950℃下预烧，预烧时间为2-4小时；

3）二次球磨掺杂：

取权利要求1或2所述副成分的配比的粉料与步骤2）预烧后的主成分粉料进行球磨，球磨时间15～18小时，转速200～220rpm，得到掺杂粉料；

4）掺胶造粒

向步骤3）所得的掺杂粉料内加入浓度为6～8g/ml的聚乙烯醇，添加量为铁氧体料重的15～18wt%，使粉料与聚乙烯醇混合均匀并成为具有一定结合力的颗粒状态。对干燥后的颗粒进行人工粉碎，振动筛分后得到粒径≤80μm的细小颗粒；

5）压制成型：

将步骤4）所述的细小颗粒压制成坯件，压模压力300～400MPa，保压5～10s；

6）烧结成型：

烧结步骤5）所述的坯件，烧结温度为1300～1400℃，升降温速度40～60℃/h，保温时间3～5h，保温阶段氧分压控制在5～8%，烧结后坯料随炉冷却。

步骤5）所述的压制成型时，添加硬脂酸锌润滑剂1～1.5wt‰。

所述磁芯在25℃，f≤10kHz，B<0.5mT时，具有≥3500起始磁导率；且在100KHz，200mT，25℃～120℃温度区域内的功耗值均在350kW/m³以下。铁氧体在f≤10kHz，B<0.25mT时，居里温度≥220℃；密度>4.9×10³kg/m³。

采用本发明所述的技术方案，副成分中的Bi₂O₃可以提高该系功率铁氧体的起始磁导率μ_i和饱和磁通密度Bs，V₂O₅能够降低功率损耗，TiO₂在降低功率损耗P_v的同时可以提高初始磁导率μ_i，Co₂O₃能够改善该锰锌功率铁氧体的温度特性。上述副成分，是所述主成分功率铁氧体材料达到25～120℃温度范围内体积功耗值Pv均低于350kW/m³，功耗曲线平缓特性指标的必要因素。

本发明所述铁氧体磁芯具有如下特征：在25℃，f≤10kHz，B<0.5mT时，具有≥3500起始磁导率；且在100KHz，200mT，25℃～120℃温度区域内的功耗值在350kW/m³以下。

经过实验证明，本发明的宽温超低损耗锰锌功率铁氧体粉料具有良好的成型性能，严格按照上述工艺烧结所得磁芯，性能稳定可靠。

本发明MnO的原料形态为Mn₃O₄，Mn₃O₄采用GQ6型号；铁红要求Fe₂O₃纯度≥99%，高纯ZnO的纯度≥99.7%。所有副成分的纯度要求≥99.0%，硬脂酸锌为粉末状，纯度要求≥99.0%，上述材料均采用市售产品。

附图说明

图1为采用宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料制备磁芯的工艺流程图；

图2为磁芯烧结工艺曲线图。

具体实施方式

实施例1

称取53.8mol%Fe₂O₃、35mol%的MnO和11.2mol%的ZnO，其中Fe₂O₃（铁红由山东宏祥化工有限公司生产，纯度≥99%）；MnO的原料形态为Mn₃O₄，Mn₃O₄（上海球龙化工有限公司购买）；高纯ZnO（由江苏兴化升达锌品厂生产，纯度≥99.7%）。将上述原料称取混合并于球磨机中湿磨，球磨的转速200～220rpm，时间3～4小时。将湿磨好的粉料于电阻炉中预烧，预烧工艺930℃×3h，得到预烧好的主成分。相对所述主成分含量，其中所添加的副成分各物质的重量百分比含量分别为：三氧化二铋Bi₂O₃＝0.10wt%、五氧化二钒V₂O₅=0.05wt%、二氧化钛TiO₂=0.05wt%、三氧化二钴Co₂O₃=0.20wt%、氧化钙CaO=0.05wt%，称取的副成分材料为：纯度99.9%的Bi₂O₃粉，纯度99.0%的V₂O₅粉，纯度99.0%的TiO₂粉，纯度99.5%的Co₂O₃粉，纯度99.0%的CaO粉（其中三氧化二铋由淄博伟杰稀土有限公司生产、氧化钙由新乡永强钙业有限公司生产、三氧化二钴由吴江绿艳化工厂提供、二氧化钛由锦州朋大钛白粉制造有限公司生产、五氧化二钒由河南中都化工有限公司生产）。将称取的副成分同预烧粉料加入高能球磨罐中进行机械湿磨，转速200～220rpm，球磨时间15～18小时（二次球磨），将二次球磨的粉料用电动压机将处理好的粉料压制成预定模具形状的坯件，压模压力300～400MPa，保压5～10s，压制过程中可添加硬脂酸锌润滑剂1～1.5wt‰；压制成Ф25×Ф15×7.5mm环形磁芯和所需的壶形磁芯，成型密度3.10±0.15g/cm³，于真空高温烧结炉中烧结，采用氮气保护在平衡气氛下烧结冷却，烧结工艺曲线如图2所示。

将上述工艺过程制备的磁芯，用GHY-6型功耗仪、JK2772型电感仪、JS1772A型直流磁化电源、CN61M型直流特性测试仪等仪器测得磁芯的相关性能数据如表1所示。

实施例2

称取53.5mol%的Fe₂O₃、34.5mol%的MnO和12mol%的ZnO，其中Fe₂O₃（铁红由山东宏祥化工有限公司生产），纯度≥99%；MnO的原料形态为Mn₃O₄，Mn₃O₄（上海球龙化工有限公司购买）；高纯ZnO（由江苏兴化升达锌品厂生产），纯度≥99.7%。将上述原料称取混合并于球磨机中湿磨，球磨的转速200～220rpm，时间3～4小时。将湿磨好的粉料于电阻炉中预烧，预烧工艺920℃×3.5h，得到预烧好的主成分。相对所述主成分含量，其中所添加的副成分各物质的重量百分比含量分别为：Bi₂O₃=0.05wt%、V₂O₅=0.05wt%、TiO₂=0.05wt%、Co₂O₃=0.18wt%、CaO=0.05wt%、PbO=0.04wt%，称取的副成分材料为：纯度99.9%的AR型Bi₂O₃粉，纯度99.0%的V₂O₅粉，纯度99.0%的TiO₂粉，纯度99.5%的Co₂O₃粉，纯度99.0%的CaO粉，纯度99.0%的PbO粉（其中三氧化二铋由淄博伟杰稀土有限公司生产、氧化钙由新乡永强钙业有限公司生产、三氧化二钴由吴江绿艳化工厂提供、二氧化钛由锦州朋大钛白粉制造有限公司生产、五氧化二钒由河南中都化工有限公司生产、一氧化铅由湖北欣达利生化有限公司生产）。将称取的副成分同预烧粉料加入高能球磨罐中进行机械湿磨，转速200～220rpm，球磨时间15～18小时（二次球磨），将二次球磨的粉料用电动压机将处理好的粉料压制成预定模具形状的坯件，压模压力300～400MPa，保压5～10s，压制过程中可添加硬脂酸锌润滑剂1～1.5wt‰；压制成Ф25×Ф15×7.5mm环形磁芯和所需的壶形磁芯，成型密度3.05±0.15g/cm³，于真空高温烧结炉中烧结，采用氮气保护在平衡气氛下烧结冷却，烧结工艺曲线如图2所示。

实施例3

称取57.0mol%的Fe₂O₃、32.0mol%的MnO和11.0mol%的ZnO，其中Fe₂O₃（铁红由山东宏祥化工有限公司生产）纯度≥99%；MnO的原料形态为Mn₃O₄，Mn₃O₄（上海球龙化工有限公司购买）；高纯ZnO（由江苏兴化升达锌品厂生产）纯度≥99.7%。将上述原料称取混合并于球磨机中湿磨，球磨的转速200～220rpm，时间3～4小时。将湿磨好的粉料于电阻炉中预烧，预烧工艺920℃×3.5h，得到预烧好的主成分。相对所述主成分含量，其中所添加的副成分各物质的重量百分比含量分别为：Bi₂O₃=0.006wt%、V₂O₅=0.10wt%、TiO₂=0.01wt%、Co₂O₃=0.15wt%、CaO=0.01wt%、PbO=0.01wt%，称取的副成分材料为：纯度99.9%的Bi₂O₃粉，纯度99.0%的V₂O₅粉，纯度99.0%的TiO₂粉，纯度99.5%的Co₂O₃粉，纯度99.0%的CaO粉，纯度99.0%的PbO粉（其中三氧化二铋由淄博伟杰稀土有限公司生产、氧化钙由新乡永强钙业有限公司生产、三氧化二钴由吴江绿艳化工厂提供、二氧化钛由锦州朋大钛白粉制造有限公司生产、五氧化二钒由河南中都化工有限公司生产、一氧化铅由湖北欣达利生化有限公司生产）。将称取的副成分同预烧粉料加入高能球磨罐中进行机械湿磨，转速200～220rpm，球磨时间15～18小时（二次球磨），将二次球磨的粉料用电动压机将处理好的粉料压制成预定模具形状的坯件，压模压力300～400MPa，保压5～10s，压制过程中可添加硬脂酸锌润滑剂1～1.5wt‰；压制成Ф25×Ф15×7.5mm环形磁芯和所需的壶形磁芯，成型密度3.05±0.15g/cm³，于真空高温烧结炉中烧结，采用氮气保护在平衡气氛下烧结冷却，烧结工艺曲线如图2所示。

实施例4

称取53.0mol%的Fe₂O₃、34.5mol%的MnO和12.5mol%的ZnO，，其中Fe₂O₃（铁红由山东宏祥化工有限公司生产）纯度≥99%；MnO的原料形态为Mn₃O₄，Mn₃O₄（上海球龙化工有限公司购买）；高纯ZnO（江苏兴化升达锌品厂生产）纯度≥99.7%。将上述原料称取混合并于球磨机中湿磨，球磨的转速200～220rpm，时间3～4小时。将湿磨好的粉料于电阻炉中预烧，预烧工艺920℃×3.5h，得到预烧好的主成分。相对所述主成分含量，其中所添加的副成分各物质的重量百分比含量分别为：Bi₂O₃=0.003wt%、V₂O₅=0.005wt%、TiO₂=0.008wt%、Co₂O₃=0.32wt%、CaO=0.005wt%、PbO=0.005wt%，称取的副成分材料为：纯度99.9%的Bi₂O₃粉，纯度99.0%的V₂O₅粉，纯度99.0%的TiO₂粉，纯度99.5%的Co₂O₃粉，纯度99.0%的CaO粉，纯度为99.0%的PbO粉（其中三氧化二铋由淄博伟杰稀土有限公司生产、氧化钙由新乡永强钙业有限公司生产、三氧化二钴由吴江绿艳化工厂提供、二氧化钛由锦州朋大钛白粉制造有限公司生产、五氧化二钒由河南中都化工有限公司生产、一氧化铅由湖北欣达利生化有限公司生产）。将称取的副成分同预烧粉料加入高能球磨罐中进行机械湿磨，转速200～220rpm，球磨时间15～18小时（二次球磨），将二次球磨的粉料用电动压机将处理好的粉料压制成预定模具形状的坯件，压模压力300～400MPa，保压5～10s，压制过程中可添加硬脂酸锌润滑剂1～1.5wt‰；压制成Ф25×Ф15×7.5mm环形磁芯和所需的壶形磁芯，成型密度3.05±0.15g/cm³，于真空高温烧结炉中烧结，采用氮气保护在平衡气氛下烧结冷却，烧结工艺曲线如图2所示。

表1本发明制得环形磁芯材料性能

由表1可见，本发明的锰锌铁氧体具有较高的起始磁导率，实例样品测得值在3800以上，在25～120℃温度区域内的功耗均在350kW/m³以下，密度高达5.0g/cm³以上，居里温度均超过220℃，在磁芯使用过程中性能更加稳定。

虽然描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形和修改。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都纳入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料，其特征在于该材料成分包括主成分和副成分，主成分包括氧化铁、氧化锰、氧化锌，所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量是：Fe₂O₃：53～55mol%，MnO：32～35mol%，ZnO：11～13mol%；副成分包括铋氧化物、钒氧化物、钛氧化物、钴氧化物、钙氧化物、铅氧化物，相对所述主成分总量，所述铋氧化物、钒氧化物、钛氧化物、钴氧化物、钙氧化物、铅氧化物以其标准物Bi₂O₃、V₂O₅、TiO₂、Co₂O₃计的总重量百分比含量为0.091wt%～0.82wt%，所述副成分Bi₂O₃为0.003wt%～0.10wt%、V₂O₅为0.003wt%～0.12wt%、TiO₂为0.005wt%～0.20wt%、Co₂O₃为0.08wt%～0.40wt%。

2.根据权利要求1所述的铁氧体材料，其特征在于：铁氧体材料副成分还包括钙氧化物或钙氧化物和铅氧化物，相对所述主成分总量，该副成分以其标准物CaO和PbO计的总重量百分比含量为0.003wt%～0.15wt%，其CaO为0～0.05wt%、PbO为0～0.05wt%。