CN105541316B - 一种抗emi用锰锌铁氧体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗EMI用锰锌铁氧体材料及其制备方法。它具体操作步骤如下:(1)混料:按照主成份相应的百分含量称量,并通过球磨进行混匀,料浆进行喷雾干燥获得粉料;(2)预烧:粉料于箱式电阻炉中预烧;(3)称取辅料:按辅助成份占预烧料总重量的百分比称量辅料;(4)二次球磨:对添加了辅料的预烧料进行二次球磨;(5)造粒:二次球磨后的料浆进行喷雾造粒;(6)成型:对喷雾造粒后的粉料进行压制成型;(7)烧结:烧结设备为能严格控制气氛的钟罩炉进行烧结处理。本发明的有益效果是:所制备的锰锌铁氧体材料具有高阻抗特性、高磁导率、高居里温度Tc、高饱和磁感应强度Bs,使其具有综合磁性能更优,更好的服务于抗EMI组件。
Description
技术领域
本发明涉及铁氧体材料相关技术领域,尤其是指一种抗EMI用锰锌铁氧体材料及其制备方法。
背景技术
目前,随着电子技术的发展,电子产品、整机等都在往小型化、绿色化方向发展,对高磁导率材料的要求也越来越高。例如,对电感参数的要求相同的变压器,磁性材料的磁导率越高时,变压器的体积可以越小。可见,在电子技术领域,高磁导率的磁性材料的应用和需求较广泛。
随着电子技术的不断发展,尤其是数字技术的飞速发展,世界各国对电子器件的抗电磁干扰(EMI)技术都提出了很高的要求,从而要求作为电子信息领域应用最广泛的软磁铁氧体材料具有很好的抗EMI性能,反应到材料上就是要求材料具有较高的饱和磁感应强度Bs和阻抗Z。另一方面,未来整体电子产品、整机等都在往小型化、绿色化方向发展,这又要求材料具有较高的磁导率,所以国际上一些著名的铁氧体公司都纷纷研究和生产这种高磁导率高阻抗的软磁材料,目前在日本已有多家企业申请了相关的专利。虽然很多公司推出了磁导率为12000的宽频高阻抗材料,但是在某些指标方面基本上都具有短板,比如居里温度较低(低于130℃)或Bs不够高,使得材料的综合性能不够好。目前,高导MnZn铁氧体正朝着高磁导率、宽频、宽温、高居里温度、高Bs、高阻抗、低THD方向综合性发展,目前市场上主导的磁导率10000的锰锌铁氧体有被更高磁导率、综合性能突出的12000高导材料代替趋势,可以更加使电子产品具有小型化、省成本和减少绕线电阻。
为了抢占12000磁导率的市场,各公司在竟相推出综合性能更强的12000磁导率。其中,飞磁公司的3E12材料居里温度Tc≥130℃,常温Bs≈470mT,200kHz磁导率μi还保持在10000,保持率为83%左右。但其高频阻抗相对较低,10匝绕线阻抗ZN(100kHz)≈8Ω/mm、ZN(200kHz)≈17Ω/mm和ZN(500kHz~1000kHz)≈26Ω/mm~27Ω/mm,JFE公司新推出改进型MA120A材料,大幅度改善了频率特性和高频阻抗特性。MA120A材料10kHz磁导率μi达到12000,200kHz磁导率10000,高频阻抗ZN在500kHz~1000kHz达到28Ω/mm~30Ω/mm,居里温度Tc由原来的115℃提升到122℃。综上所述飞磁公司的3E12材料高频阻抗不如JFE的MA120A,而JFE的MA120A的Bs和居里温度Tc不如飞磁的3E12。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足,提供了一种高阻抗系数和高磁导率的抗EMI用锰锌铁氧体材料及其制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种抗EMI用锰锌铁氧体材料,由主成份和辅助成份制备获得,所述主成份组成为:氧化铁为50.5-52.5mol%、氧化锌为18.5-20.5mol%、其余为氧化锰;所述辅助成份组成为:碳酸钙50-300ppm、氧化铋100-400ppm、氧化钼100-500ppm、五氧化二铌为0-200ppm、氧化钛为50-500ppm。
本发明还提供了一种抗EMI用锰锌铁氧体材料的制备方法,具体操作步骤如下:
(1)混料:按照主成份相应的百分含量称量,并通过球磨进行混匀,料浆进行喷雾干燥获得粉料;
(2)预烧:粉料于箱式电阻炉中预烧;
(3)称取辅料:按辅助成份占预烧料总重量的百分比称量辅料;
(4)二次球磨:对添加了辅料的预烧料进行二次球磨;
(5)造粒:二次球磨后的料浆进行喷雾造粒;
(6)成型:对喷雾造粒后的粉料进行压制成型;
(7)烧结:烧结设备为能严格控制气氛的钟罩炉进行烧结处理。
通过主成份与辅助成份的配比,以及通过相匹配的操作步骤,制备而成的抗EMI用锰锌铁氧体材料具体性能参数为:在0.25V,10kHz条件下,磁导率μi≥12000;200kHz时,磁导率μi≥10000;在0.5V,频率在100KHz时,阻抗系数ZN≥8.0Ω/mm;200KHz时,阻抗系数ZN≥17.0Ω/mm;0.6~1MHz范围内,阻抗系数ZN≥30.0Ω/mm;在25℃时,饱和磁感应强度Bs≥440mT;在100℃时,饱和磁感应强度Bs≥260mT;居里温度Tc≥130℃。
作为优选,在步骤(1)中,球磨时间为30min。
作为优选,在步骤(2)中,预烧温度为700℃~1000℃,保温时间为2h。
作为优选,在步骤(4)中,二次球磨时间为70~85min。
作为优选,在步骤(6)中,成型压力为8~10MPa。
作为优选,在步骤(7)中,具体的烧结工艺如下:以2~4℃/min的升温速率加热至1100℃,且此段氧分压浓度控制在0.05%;然后以1~3℃/min的升温速率加热至1330℃~1370℃,保温8h,控制氧分压浓度在21%;再保温3~6h,氧分压浓度控制在2.5~4.0%;保温结束后,降温至1100℃处再保温0.5h,氧分压浓度控制在2.0~3.5%,此后依据浓度平衡计算,在降温过程中逐步降低氧浓度。
作为优选,所制备的锰锌铁氧体材料磁导率在10kHz时,达到12000;并在200kHz时大于等于10000;阻抗系数在600k~1MHz之间时,保持在30Ω/mm以上。
本发明的有益效果是:所制备的锰锌铁氧体材料具有高阻抗特性、高磁导率、高居里温度Tc、高饱和磁感应强度Bs,使其具有综合磁性能更优,更好的服务于抗EMI组件。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
将配比为Fe2O3:51.16mol%、ZnO:20.1mol%、Mn3O4:28.74mol%(换算成质量百分比为Fe2O3:68.98wt%、ZnO:13.81wt%、Mn3O4:17.21wt%)的三种主原料混合,然后在700-1000℃的温度下预烧,通过添加辅助成份CaCO3:200ppm,Bi2O3:300ppm、MoO3:100ppm、TiO2:400ppm,以及其它辅助成份Nb2O5:75ppm,混合后通过球磨、烘干,造粒,压制成型,成型压力为8MPa,最后进行烧结,烧结工艺为:以2~4℃/min的升温速率加热至1100℃,且此段氧分压浓度控制在0.05%,此段控制在很低的氧分压浓度下进行;然后以1~3℃/min的升温速率加热至1350℃,先保温8h,氧分压浓度控制在21%,接着再保温4h,氧分压浓度控制在3.9%(此阶段氧分压浓度记为P1);保温结束后,降温至1100℃处继续保温0.5h,氧分压浓度控制在3.2%(此阶段氧分压浓度记为P2),最后以3℃/min的速率降至常温。
25±2℃温度下,采用10匝绕线,在4284A仪器上测得电压在0.1V时的磁导率特性和阻抗特性,测试结果见表1和表2。
实施例2
将配比为Fe2O3:51.44mol%、ZnO:20.28mol%、Mn3O4:28.28mol%的三种主原料混合,然后在700-1000℃的温度下预烧,通过添加辅助成份CaCO3:200ppm,Bi2O3::300ppm、MoO3:100ppm、TiO2:400ppm,以及其它辅助成份Nb2O5:100ppm,混合后通过球磨、烘干,造粒,然后压制成型。烧结工艺和测试条件同实施例1。测试结果见表1和表2。
实施例3
保持实施例1的主配方不变的情况下,适当调整副配方中的MoO3提高至350ppm、Nb2O5减少至50ppm和TiO2减少至250ppm,混合后通过球磨、烘干,造粒,然后压制成型,用与实施例1相同的烧结工艺烧结。结果仍能达到目标,在频率≤200kHz时,磁导率有所提高,但超过200kHz后,磁导率降低加快,并且阻抗系数有所降低。测试结果见表1和表2。
实施例4
按照实施例1的主配方和副配方进行中试线批量生产制得颗粒料,按照相同的成型工艺压制成环,进行正常烧结,烧结温度1350℃,P1阶段氧分压浓度控制在3.3%,P2阶段氧分压浓度控制在2.6%,升温速率和降温速率基本维持通常的速率。测试结果见表1和表2。
实施例5
将实施例3中制得的磁环,调节实施例3的烧结工艺:将保温阶段的后一段保温时间延长至6h,保持其他参数不变,进行烧结。测试结果见表1和表2。
实施例6
将实施例3中制得的磁环,调节实施例3的烧结工艺:保持其他参数不变,将P1阶段的氧分压浓度降低至2.7%,P2阶段氧分压浓度降低至2.2%,进行烧结。测试结果见表1和表2。
实施例7
采用实施例3中制备的颗粒料,提高实施例3中的成型压力至10MPa,进行压环,制得的磁环按照实施例6的烧结工艺进行烧结。测试结果见表1和表2。
实施例8
采用实施例3的工艺制得的磁环,调节实施例6的烧结工艺,将P1阶段氧分压浓度调整为3.1%,P2阶段氧分压浓度调整到2.6%,保持其他参数不变,进行烧结。测试结果见表1和表2。
实施例9
再次按照实施例1的主配方和副配方进行中试线批量生产,制备颗粒料,然后按照与实施例3、6、8相同的成型工艺压制成生坯磁环,最后在实施例7的烧结工艺基础上,微调降低P2阶段的氧分压浓度至2.16%,保持其他参数不变,进行烧结。测试结果见表1和表2。
比较例1
保持实施例1的主配方和副配方不变,用相同的工艺制得生坯磁环,在实施例1的基础上调整烧结工艺,保持烧结温度不变,将P1阶段氧分压浓度提高到4.5%,将P2阶段氧分压浓度提高到3.8%。结果样品阻抗系数得到进一步提高,但磁导率降低了,在频率10k时磁导率达不到12000。测试结果见表1和表2。
比较例2
将配比为Fe2O3:51.06mol%、ZnO:20.86mol%、Mn3O4:28.08mol%的三种主原料混合,然后在700-1000℃的温度下预烧,通过添加辅助成份CaCO3:200ppm,Bi2O3:300ppm、MoO3:100ppm、TiO2:400ppm,以及其它辅助成份Nb2O5:75ppm,混合后通过球磨、烘干,造粒,然后压制成型,用常用工艺烧结。结果磁导率和阻抗系数均比实施例1的结果差。测试结果见表1和表2。
比较例3
保持实施例1的主配方不变的情况下,将Bi2O3添加量超过600ppm混合后通过球磨、烘干,造粒,然后压制成型,用与实施例1相同的工艺烧结。结果显示,阻抗系数相差不大,仍能满足性能指标,但磁导率明显降低,达不到性能指标要求。测试结果见表1和表2。
比较例4
利用与实施例8相同工艺制得的生坯磁环,进行烧结,烧结工艺在实施例6的基础上适当提高温度至1360℃,并将P1阶段氧分压浓度调整为4.1%,P2阶段氧分压浓度调整到3.3%,保持其他参数不变,进行烧结,结果,磁导率降低很多,达不到目标要求,阻抗系数有所提高。测试结果见表1和表2。
比较例5
利用与实施例8相同工艺制得的生坯磁环,烧结工艺在实施例8的基础上提高温度至1380℃,保持其他参数不变,进行烧结,结果磁导率较实施例8低很多,甚至频率在10k时磁导率达不到10000,阻抗系数与实施例8的数值差不多,但比实施例7低很多。测试结果见表1和表2。
表1不同频率磁导率对比表
频率f(Hz) | 10k | 100k | 200k | 250k | 300k |
实施例1 | ≥12000 | ≥12300 | ≥10900 | ≥9600 | ≥8300 |
实施例2 | ≥12300 | ≥13300 | ≥11500 | ≥9800 | ≥8000 |
实施例3 | ≥12300 | ≥12800 | ≥11000 | ≥9500 | ≥8000 |
实施例4 | ≥12300 | ≥12300 | ≥10300 | ≥8800 | ≥7400 |
实施例5 | ≥12000 | ≥12500 | ≥10000 | ≥9300 | ≥7800 |
实施例6 | ≥12300 | ≥12800 | ≥10700 | ≥9200 | ≥7700 |
实施例7 | ≥13000 | ≥12900 | ≥10500 | ≥8900 | ≥7400 |
实施例8 | ≥12200 | ≥12200 | ≥10300 | ≥9000 | ≥7800 |
实施例9 | ≥12400 | ≥12200 | ≥10500 | ≥9400 | ≥8400 |
对比例1 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 | ≥10000 | ≥9500 |
对比例2 | ≥10200 | ≥10400 | ≥10000 | ≥9500 | ≥8000 |
对比例3 | ≥10500 | ≥11000 | ≥11000 | ≥10200 | ≥9100 |
对比例4 | ≥9500 | ≥9900 | ≥9700 | ≥9400 | ≥8300 |
对比例5 | ≥10100 | ≥10800 | ≥10400 | ≥9800 | ≥8700 |
表2不同频率阻抗系数对比表
频率f(Hz) | 100k | 200k | 600k | 800k | 1M |
实施例1 | ≥9.9 | ≥19.3 | ≥34.4 | ≥33.6 | ≥32.1 |
实施例2 | ≥10.5 | ≥20.5 | ≥31.5 | ≥31.5 | ≥31.5 |
实施例3 | ≥10.3 | ≥19.9 | ≥33.9 | ≥33.4 | ≥31.8 |
实施例4 | ≥9.85 | ≥18.7 | ≥30 | ≥30.5 | ≥30.3 |
实施例5 | ≥10 | ≥19.5 | ≥31 | ≥30.5 | ≥30 |
实施例6 | ≥10.0 | ≥19.4 | ≥30.9 | ≥30.3 | ≥30 |
实施例7 | ≥10.4 | ≥19.6 | ≥30.4 | ≥31 | ≥30.5 |
实施例8 | ≥9.7 | ≥18.7 | ≥32.6 | ≥33 | ≥32.9 |
实施例9 | ≥9.8 | ≥18.6 | ≥31.5 | ≥32.2 | ≥31.3 |
对比例1 | ≥8.4 | ≥17.5 | ≥34.8 | ≥34.8 | ≥33 |
对比例2 | ≥8.2 | ≥16.8 | ≥26.0 | ≥26.2 | ≥26.5 |
对比例3 | ≥8.8 | ≥18 | ≥32 | ≥31.8 | ≥30 |
对比例4 | ≥8.0 | ≥16.8 | ≥34.0 | ≥33.2 | ≥31.5 |
对比例5 | ≥8.6 | ≥17.6 | ≥36.5 | ≥35.7 | ≥33.5 |
Claims (6)
1.一种抗EMI用锰锌铁氧体材料,其特征是,由主成份和辅助成份制备获得,所述主成份组成为:氧化铁为50.5-52.5mol%、氧化锌为18.5-20.5mol%、其余为氧化锰;所述辅助成份组成为:碳酸钙50-300ppm、氧化铋100-400ppm、氧化钼100-500ppm、五氧化二铌为0-200ppm、氧化钛为50-500ppm;
所述抗EMI用锰锌铁氧体材料的制备方法,具体操作步骤如下:
(1)混料:按照主成份相应的百分含量称量,并通过球磨进行混匀,料浆进行喷雾干燥获得粉料;
(2)预烧:粉料于箱式电阻炉中预烧;
(3)称取辅料:按辅助成份占预烧料总重量的百分比称量辅料;
(4)二次球磨:对添加了辅料的预烧料进行二次球磨;
(5)造粒:二次球磨后的料浆进行喷雾造粒;
(6)成型:对喷雾造粒后的粉料进行压制成型;
(7)烧结:烧结设备为能严格控制气氛的钟罩炉进行烧结处理;具体的烧结工艺如下:以2~4℃/min的升温速率加热至1100℃,且此段氧分压浓度控制在0.05%;然后以l~3℃/min的升温速率加热至1330℃~1370℃,保温8h,控制氧分压浓度在2l%;再保温3~6h,氧分压浓度控制在2.5~4.0%;保温结束后,降温至1100℃处再保温0.5h,氧分压浓度控制在2.0~3.5%,此后依据浓度平衡计算,在降温过程中逐步降低氧浓度。
2.根据权利要求1所述的一种抗EMI用锰锌铁氧体材料的制备方法,其特征是,在步骤(1)中,球磨时间为30min。
3.根据权利要求1所述的一种抗EMI用锰锌铁氧体材料的制备方法,其特征是,在步骤(2)中,预烧温度为700℃~1000℃,保温时间为2h。
4.根据权利要求1所述的一种抗EMI用锰锌铁氧体材料的制备方法,其特征是,在步骤(4)中,二次球磨时间为70~85min。
5.根据权利要求1所述的一种抗EMI用锰锌铁氧体材料的制备方法,其特征是,在步骤(6)中,成型压力为8~10MPa。
6.根据权利要求1所述的一种抗EMI用锰锌铁氧体材料的制备方法,其特征是,所制备的锰锌铁氧体材料磁导率在10kHz时,达到12000;并在200kHz时大于等于10000;阻抗系数在600k~1MHz之间时,保持在30Ω/mm以上。
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