CN103833346A - 一种宽频MnZn铁氧体材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁氧体，具体涉及一种宽频MnZn铁氧体材料及其制备工艺，该宽频MnZn铁氧体材料，由主要组分和辅助组分组成，主要组分由占主要组分摩尔百分比的52.0-53.0mol%的Fe2O3、20.0-22.5mol％的ZnO和余量的MnO组成；辅助组分占主要组分的重量百分比≤1200ppm，辅助组分包括200-450ppm的Bi2O3、200-400ppm的MoO3、50-100ppm的SiO2和100-200ppm的CaO，MoO3和Bi2O3的添加重量比≤2，MoO3和CaO的添加重量比≤2。它是一种高饱和磁通密度、高阻抗、高居里温度和宽频的MnZn铁氧体材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁氧体，具体涉及一种宽频MnZn铁氧体材料及其制备工艺。
背景技术
随着数字通信技术和光纤通信技术的快速发展，传统的模拟通信设备不断地更新淘汰。在电子电路宽带变压器，综合业务数据网、局域网、广域网、背景照明等领域的脉冲变压器和光伏逆变器中共模滤波电感用的高磁导率MnZn铁氧体磁芯，由于变压器等朝着小型化发展，因此对锰锌铁氧体的磁特性贴出了更高要求，特别是在当前电子信息时代，外界环境的各种电子干扰日益严重，需要锰锌铁氧体具有高起始磁导率、高饱和磁感应强度、高居里温度、高阻抗和宽频特性。
随着材料技术的发展，人们对锰锌铁氧体的初始磁导率、阻抗、饱和磁感应强度、居里温度和宽频特性等综合性能提出了更高的要求，出现了许多旨在改善改善锰锌铁氧体磁特性综合性能的专利文献。如CN1031021148A(宽频高磁导率锰-锌铁氧体材料的制备方法)、CN102360917A(一种宽频高导锰锌铁氧体磁芯的制造方法)、CN101696107A(高初始磁导率高居里温度的Mn-Zn铁氧体材料及其制备方法)、CN100558675C(一种宽频低损耗高磁导率锰锌铁氧体材料及其制备方法)、CN101419858A(宽频高磁导率低损耗软磁铁氧体材料及其制备方法)、CN101475366A(具有高磁导率的宽频锰锌铁氧体材料及其制备方法)、和CN102231312A(一种低THD宽频高磁导率MnZn铁氧体材料及其制造方法)等等，以提高高磁导率锰锌铁氧体材料的宽温特性或宽频特性或高阻抗特性。
为了改善高磁导率MnZn铁氧体的宽温、宽频或高阻抗特性，研究人员进行了大量的研究工作。包括主配方设计、添加剂加入和工艺优化等。但是都是在保持高磁导率的情况下改善另一方面的特性，其它方面特性的改善相对较少，综合性能不够突出。
中国发明专利公开CN1031021148A和CN102360917A公布了一种宽频高导锰锌铁氧体磁芯的制造方法，通过把Fe2O3的含量限制在51.8-52.5mol％、ZnO的含量限制在21.5-22.5mol%范围，余下的为MnO，实现了材料的宽频化。但材料的宽频特性还不够优良，只能保持在100KHz不衰减，而且居里温度只能保证高于125℃，有进一步提高的必要。中国发明专利公开CN103102149A虽然有着磁导率高、频率范围宽和阻抗较高的特点，但是由于其主配方的ZnO和MnO的比例比较接近，决定了饱和磁感应强度Bs和居里温度Tc必然较低，因此在该专利中并没有提出Bs和Tc的值。
中国发明专利公开CN101696107A提出了改善居里温度的方法，但是主配方范围太广，有些主配方中Fe2O3含量太低，非磁性元素MnO和ZnO太高，导致初始磁导率相对较低且Bs较低，公差范围较宽，且频率特性方面的情况未能给出结果。
由于以上原因，需要开发一种高饱和磁通密度、高阻抗、高居里温度和宽频的MnZn铁氧体材料。
发明内容
本发明的针对上述所说的现状，一个目的是为了提供一种宽频MnZn铁氧体材料，以满足目前各领域对铁氧体高饱和磁通密度、高阻抗、高居里温度和宽频的要求。
本发明的另一个目的是提供一种上述宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种宽频MnZn铁氧体材料，由主要组分和辅助组分组成，主要组分由占主要组分摩尔百分比的52.0-53.0mol%的Fe2O3、20.0-22.5mol％的ZnO和余量的MnO组成；
辅助组分占主要组分的重量百分比≤1200ppm，辅助组分包括200-450ppm的Bi2O3、200-400ppm的MoO3、50-100ppm的SiO2和100-200ppm的CaO，MoO3和Bi2O3的添加重量比≤2，MoO3和CaO的添加重量比≤2。
作为优选方案，相对于主要组分，杂质P2O5的最终含量≤15ppm。
作为优选方案，相对于主要组分，辅助组分还包括30-40ppm的Ce2O3或20-40ppm的La2O3或20-40ppm的Gd2O3。
作为优选方案，相对于主要组分，辅助组分还包括30-40ppm的In2O3或80-100ppm的Nb2O5。
作为优选方案，烧结密度为5.01-5.05g/cm3。
一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将主要组分进行湿式混合，然后900℃下预烧2小时，比表面积为2.755m2/g；
（2）根据主要组分的重量，向预烧后的混合物中加入辅助组分，进行湿式砂磨，得到铁氧体料浆；
（3）向铁氧体料浆中加入按铁氧体粉末重量计算的0.5wt％的PVA粘结剂，0.5wt%的分散剂1-甲基戊醇和0.2wt%的消泡剂硅氧烷进行喷雾造粒；
（4）造粒后的粉料进行成型得毛坯；
（5）将成型后的毛坯进行烧结，烧结后冷却得到产品。
作为优选方案，步骤（5）烧结的具体操作为：首先，以0.5-2℃/分钟的速率升至600-650℃；然后，以2-3℃/分钟的速率升至900℃；最后升温至保温温度1310～1380℃，保温时间为2-16小时。
作为优选方案，升温段从900℃至保温温度的氧分压浓度为0.1％以下，保温温度段的氧分压浓度为2-10%。
作为优选方案，保温时间为4-8小时
作为优选方案，成型时毛坯密度控制在2.6-3.0g/cm3。
本发明与现有技术相比，有益效果是：制备的产品在25℃下的饱和磁通密度在460mT以上、100℃下的饱和磁通密度在270mT以上（测试条件：1194A/m）；25℃10kHz的磁导率为12000±20%,200KHz初始磁导率与10kHz初始磁导率的比值不低于1.03，截止频率fr在500kHz；常温25℃每匝磁芯阻抗Z为：100kHz达8Ω，200kHz达17Ω，500kHz～1MHz达25Ω；居里温度为135℃以上的特性。得到的产品为一种高饱和磁通密度、高阻抗、高居里温度和宽频的MnZn铁氧体材料。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将主要组分进行湿式混合，然后900℃下预烧2小时，比表面积为2.755m2/g；
（2）根据主要组分的重量，向预烧后的混合物中加入辅助组分，进行湿式砂磨，得到铁氧体料浆；
（3）向铁氧体料浆中加入按铁氧体粉末重量计算的0.5wt％的PVA粘结剂，0.5wt%的分散剂1-甲基戊醇和0.2wt%的消泡剂硅氧烷进行喷雾造粒；
（4）造粒后的粉料进行成型得毛坯；毛坯密度控制在2.6-3.0g/cm3；
（5）将成型后的毛坯进行烧结，烧结后冷却得到产品，烧结的具体操作为：首先，以0.5-2℃/分钟的速率升至600-650℃；然后，以2-3℃/分钟的速率升至900℃；最后升温至保温温度1310～1380℃，保温时间为2-16小时。升温段从900℃至保温温度的氧分压浓度为0.1％以下，保温温度段的氧分压浓度为2-10%。保温时间为4-8小时，烧结密度为5.01-5.05g/cm3。
主要组分由占主要组分摩尔百分比的52.0-53.0mol%的Fe2O3、20.0-22.5mol％的ZnO和余量的MnO组成；
辅助组分占主要组分的重量百分比≤1200ppm，辅助组分包括200-450ppm的Bi2O3、200-400ppm的MoO3、50-100ppm的SiO2和100-200ppm的CaO，MoO3和Bi2O3的添加重量比≤2，MoO3和CaO的添加重量比≤2，50-100ppm的Nb2O5。
相对于主要组分，杂质P2O5的最终含量≤15ppm。
具体组分配比见表1。
实施例2：
一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将主要组分进行湿式混合，然后900℃下预烧2小时，比表面积为2.755m2/g；
（2）根据主要组分的重量，向预烧后的混合物中加入辅助组分，进行湿式砂磨，得到铁氧体料浆；
（3）向铁氧体料浆中加入按铁氧体粉末重量计算的0.5wt％的PVA粘结剂，0.5wt%的分散剂1-甲基戊醇和0.2wt%的消泡剂硅氧烷进行喷雾造粒；
（4）造粒后的粉料进行成型得毛坯；毛坯密度控制在2.6-3.0g/cm3；
（5）将成型后的毛坯进行烧结，烧结后冷却得到产品，烧结的具体操作为：首先，以0.5-2℃/分钟的速率升至600-650℃；然后，以2-3℃/分钟的速率升至900℃；最后升温至保温温度1310～1380℃，保温时间为2-16小时。升温段从900℃至保温温度的氧分压浓度为0.1％以下，保温温度段的氧分压浓度为2-10%。保温时间为4-8小时，烧结密度为5.01-5.05g/cm3。
主要组分由占主要组分摩尔百分比的52.0-53.0mol%的Fe2O3、20.0-22.5mol％的ZnO和余量的MnO组成；
辅助组分占主要组分的重量百分比≤1200ppm，辅助组分包括200-450ppm的Bi2O3、200-400ppm的MoO3、50-100ppm的SiO2和100-200ppm的CaO，MoO3和Bi2O3的添加重量比≤2，MoO3和CaO的添加重量比≤2，50-100ppm的Nb2O5。
相对于主要组分，杂质P2O5的最终含量≤15ppm。
具体组分配比见表1。
实施例3：
一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将主要组分进行湿式混合，然后900℃下预烧2小时，比表面积为2.755m2/g；
（2）根据主要组分的重量，向预烧后的混合物中加入辅助组分，进行湿式砂磨，得到铁氧体料浆；
（3）向铁氧体料浆中加入按铁氧体粉末重量计算的0.5wt％的PVA粘结剂，0.5wt%的分散剂1-甲基戊醇和0.2wt%的消泡剂硅氧烷进行喷雾造粒；
（4）造粒后的粉料进行成型得毛坯；毛坯密度控制在2.6-3.0g/cm3；
（5）将成型后的毛坯进行烧结，烧结后冷却得到产品，烧结的具体操作为：首先，以0.5-2℃/分钟的速率升至600-650℃；然后，以2-3℃/分钟的速率升至900℃；最后升温至保温温度1310～1380℃，保温时间为2-16小时。升温段从900℃至保温温度的氧分压浓度为0.1％以下，保温温度段的氧分压浓度为2-10%。保温时间为4-8小时，烧结密度为5.01-5.05g/cm3。
主要组分由占主要组分摩尔百分比的52.0-53.0mol%的Fe2O3、20.0-22.5mol％的ZnO和余量的MnO组成；
辅助组分占主要组分的重量百分比≤1200ppm，辅助组分包括200-450ppm的Bi2O3、200-400ppm的MoO3、50-100ppm的SiO2和100-200ppm的CaO，MoO3和Bi2O3的添加重量比≤2，MoO3和CaO的添加重量比≤2，50-100ppm的Nb2O5。
相对于主要组分，杂质P2O5的最终含量≤15ppm。
具体组分配比见表1。
实施例4：
一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将主要组分进行湿式混合，然后900℃下预烧2小时，比表面积为2.755m2/g；
（2）根据主要组分的重量，向预烧后的混合物中加入辅助组分，进行湿式砂磨，得到铁氧体料浆；
（3）向铁氧体料浆中加入按铁氧体粉末重量计算的0.5wt％的PVA粘结剂，0.5wt%的分散剂1-甲基戊醇和0.2wt%的消泡剂硅氧烷进行喷雾造粒；
（4）造粒后的粉料进行成型得毛坯；毛坯密度控制在2.6-3.0g/cm3；
（5）将成型后的毛坯进行烧结，烧结后冷却得到产品，烧结的具体操作为：首先，以0.5-2℃/分钟的速率升至600-650℃；然后，以2-3℃/分钟的速率升至900℃；最后升温至保温温度1310～1380℃，保温时间为2-16小时。升温段从900℃至保温温度的氧分压浓度为0.1％以下，保温温度段的氧分压浓度为2-10%。保温时间为4-8小时，烧结密度为5.01-5.05g/cm3。
主要组分由占主要组分摩尔百分比的52.0-53.0mol%的Fe2O3、20.0-22.5mol％的ZnO和余量的MnO组成；
辅助组分占主要组分的重量百分比≤1200ppm，辅助组分包括200-450ppm的Bi2O3、200-400ppm的MoO3、50-100ppm的SiO2和100-200ppm的CaO，MoO3和Bi2O3的添加重量比≤2，MoO3和CaO的添加重量比≤2，30-40ppm的Ce2O3，30-40ppm的In2O3
相对于主要组分，杂质P2O5的最终含量≤15ppm。
具体组分配比见表1。
实施例5：
一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将主要组分进行湿式混合，然后900℃下预烧2小时，比表面积为2.755m2/g；
（2）根据主要组分的重量，向预烧后的混合物中加入辅助组分，进行湿式砂磨，得到铁氧体料浆；
（3）向铁氧体料浆中加入按铁氧体粉末重量计算的0.5wt％的PVA粘结剂，0.5wt%的分散剂1-甲基戊醇和0.2wt%的消泡剂硅氧烷进行喷雾造粒；
（4）造粒后的粉料进行成型得毛坯；毛坯密度控制在2.6-3.0g/cm3；
（5）将成型后的毛坯进行烧结，烧结后冷却得到产品，烧结的具体操作为：首先，以0.5-2℃/分钟的速率升至600-650℃；然后，以2-3℃/分钟的速率升至900℃；最后升温至保温温度1310～1380℃，保温时间为2-16小时。升温段从900℃至保温温度的氧分压浓度为0.1％以下，保温温度段的氧分压浓度为2-10%。保温时间为4-8小时，烧结密度为5.01-5.05g/cm3。
主要组分由占主要组分摩尔百分比的52.0-53.0mol%的Fe2O3、20.0-22.5mol％的ZnO和余量的MnO组成；
辅助组分占主要组分的重量百分比≤1200ppm，辅助组分包括200-450ppm的Bi2O3、200-400ppm的MoO3、50-100ppm的SiO2和100-200ppm的CaO，MoO3和Bi2O3的添加重量比≤2，MoO3和CaO的添加重量比≤2，20-40ppm的La2O3，30-40ppm的In2O3；
相对于主要组分，杂质P2O5的最终含量≤15ppm。
相对于主要组分，辅助组分还包括30-40ppm的Ce2O3或20-40ppm的Gd2O3。
相对于主要组分，辅助组分还包括或50-100ppm的Nb2O5。
具体组分配比见表1。
实施例6：
一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将主要组分进行湿式混合，然后900℃下预烧2小时，比表面积为2.755m2/g；
（2）根据主要组分的重量，向预烧后的混合物中加入辅助组分，进行湿式砂磨，得到铁氧体料浆；
（3）向铁氧体料浆中加入按铁氧体粉末重量计算的0.5wt％的PVA粘结剂，0.5wt%的分散剂1-甲基戊醇和0.2wt%的消泡剂硅氧烷进行喷雾造粒；
（4）造粒后的粉料进行成型得毛坯；毛坯密度控制在2.6-3.0g/cm3；
（5）将成型后的毛坯进行烧结，烧结后冷却得到产品，烧结的具体操作为：首先，以0.5-2℃/分钟的速率升至600-650℃；然后，以2-3℃/分钟的速率升至900℃；最后升温至保温温度1310～1380℃，保温时间为2-16小时。升温段从900℃至保温温度的氧分压浓度为0.1％以下，保温温度段的氧分压浓度为2-10%。保温时间为4-8小时，烧结密度为5.01-5.05g/cm3。
主要组分由占主要组分摩尔百分比的52.0-53.0mol%的Fe2O3、20.0-22.5mol％的ZnO和余量的MnO组成；
辅助组分占主要组分的重量百分比≤1200ppm，辅助组分包括200-450ppm的Bi2O3、200-400ppm的MoO3、50-100ppm的SiO2和100-200ppm的CaO，MoO3和Bi2O3的添加重量比≤2，MoO3和CaO的添加重量比≤2，20-40ppm的Gd2O3，30-40ppm的In2O3；
相对于主要组分，杂质P2O5的最终含量≤15ppm。
具体组分配比见表1。
用HP4284A型LCR测试仪测量样环在室温不同频率条件下的电感并计算出其相应的起始磁导率和求出居里温度；用IWATSU－8258交流B－H分析仪在50Hz、1194A/m条件下测试磁芯不同温度的饱和磁通密度；用E4991A阻抗/材料分析仪在0.25V10匝条件下测试不同频率下的阻抗。
测试结果见表2。
表1
表2
Claims (10)
1.一种宽频MnZn铁氧体材料，其特征在于，由主要组分和辅助组分组成，主要组分由占主要组分摩尔百分比的52.0-53.0mol%的Fe2O3、20.0-22.5mol％的ZnO和余量的MnO组成；辅助组分占主要组分的重量百分比≤1200ppm，辅助组分包括200-450ppm的Bi2O3、200-400ppm的MoO3、50-100ppm的SiO2和100-200ppm的CaO，MoO3和Bi2O3的添加重量比≤2，MoO3和CaO的添加重量比≤2。
2.根据权利要求1所述的一种宽频MnZn铁氧体材料，其特征在于，相对于主要组分，杂质P2O5的最终含量≤15ppm。
3.根据权利要求1所述的一种宽频MnZn铁氧体材料，其特征在于，相对于主要组分，辅助组分还包括30-40ppm的Ce2O3或20-40ppm的La2O3或20-40ppm的Gd2O3。
4.根据权利要求1所述的一种宽频MnZn铁氧体材料，其特征在于，相对于主要组分，辅助组分还包括30-40ppm的In2O3或80-100ppm的Nb2O5。
5.根据权利要求1所述的一种宽频MnZn铁氧体材料，其特征在于，烧结密度为5.01-5.05g/cm3。
6.一种如权利要求1所述的一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将主要组分进行湿式混合，然后900℃下预烧2小时，比表面积为2.755m2/g；
（2）根据主要组分的重量，向预烧后的混合物中加入辅助组分，进行湿式砂磨，得到铁氧体料浆；
（3）向铁氧体料浆中加入按铁氧体粉末重量计算的0.5wt％的PVA粘结剂，0.5wt%的分散剂1-甲基戊醇和0.2wt%的消泡剂硅氧烷进行喷雾造粒；
（4）造粒后的粉料进行成型得毛坯；
（5）将成型后的毛坯进行烧结，烧结后冷却得到产品。
7.根据权利要求6所述的一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，其特征在于，步骤（5）烧结的具体操作为：首先，以0.5-2℃/分钟的速率升至600-650℃；然后，以2-3℃/分钟的速率升至900℃；最后升温至保温温度1310-1380℃，保温时间为2-16小时。
8.根据权利要求7所述的一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，其特征在于，升温段从900℃至保温温度的氧分压浓度为0.1％以下，保温温度段的氧分压浓度为2-10%。
9.根据权利要求8所述的一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，其特征在于，保温时间为4-8小时。
10.根据权利要求6所述的一种宽频MnZn铁氧体材料的制备工艺，其特征在于，成型时毛坯密度控制在2.6-3.0g/cm3。
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