CN109851346A - 一种高频锰锌软磁铁氧体材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频锰锌软磁铁氧体材料及其制备方法和应用。该高频材料包括主成分和副成分，其中主成分包括Fe₂O_3、MnO、ZnO、NiO，所述副成分组分为：Ca₂CO₃、V₂O₅、Nb₂O₅、K₂CO₃、Co₂O₃和SnO₂。本发明的高频锰锌软磁铁氧体材料通过在主配方中引入氧化亚镍，成为四元配方体系，即在锰锌铁氧体系中融入镍锌铁氧体系，从而可以较好地控制产品晶粒大小和产品的电阻率，从而降低产品高频损耗，使产品具有较高的饱和磁通密度和较高的居里温度，尤其适用于500KHz~1MHz的高频环境。本发明的制备方法通过控制预烧温度、烧结温度和粉料粒径，从而有利于提高饱和磁通密度和降低功能损耗。

Description

一种高频锰锌软磁铁氧体材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及电子材料技术领域，更具体地，涉及一种高频锰锌软磁铁氧体材料及其制备方法和应用。

背景技术

电子材料是现代电子工业和科学技术发展的物质基础，主要是一类应用于电子技术和微电子技术中的材料，包括介电材料、半导体材料、压电与铁电材料、导电金属及其合金材料、磁性材料、光电子材料以及其他相关材料，作为电子材料之一的铁氧体磁芯材料，广泛应用于通信设备和汽车电子等领域。软磁材料在工业中的应用始于十九世纪末，应用范围极其广泛。软磁材料不仅应用于家电领域、信息化领域、汽车领域和 其他配套领域，更是电子元器件生产的主要原材料。而随着电子行业的发展与应用领域的扩展，对磁性材料的要求也越来越高，且对材料特性的分类要求更加细化和专业化，而目前用于变压器U型件的磁芯材料的的稳定性和功耗水平都亟待提高。且当前通信设备和汽车等户外设施在工作过程中都需要经历高温和低温的环境，要保证这些设备能够正常使用，就必须要求使用的磁芯材料从低温-20℃到100℃都具有很高的磁导率。现行技术中的很多铁氧体磁芯材料虽具有较高的起始磁导率，但磁导率的宽温特性很一般，较难在各种环境温度下仍能保持高的磁导率；有些产品虽能实现较好的磁导率宽温特性，但制备成本过高，制备工艺繁琐，不易操作。现有技术 CN105084882A中有公开了相关镍铁氧体系用于改善软磁铁氧体材料的磁导率和功能损耗等指标，但并未涉及针对高频材料的功耗水平的改善，且改善效果有限。

因此，本发明提供一种新型的磁芯材料，其饱和磁铁密度和功耗都得到了较大改善，且适用于500KHZ~1MHZ的高频环境，对于改善磁芯的适用性能具有非常重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有磁芯材料的磁导率和功耗性能上的缺陷和不足，提供一种高频锰锌软磁铁氧体材料，通过特定的锰锌铁氧体系和镍锌铁氧体系融合，从而达到很好的磁芯材料综合性能的提升。

本发明的另一目的在于提供一种高频锰锌软磁铁氧体材料的制备方法。

本发明的又一目的在于提供一种高频锰锌软磁铁氧体材料在通讯基站、服务器中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种高频锰锌软磁铁氧体材料，包括主成分和副成分，其中主成分包括如下摩尔百分比的组分：Fe₂O₃ 52～54 %，MnO 42~44 %、ZnO 3～5%、NiO 0.5~1.5 %，所述副成分组分的质量百分比为：Ca₂CO₃ 0.08~0.2%，V₂O₅ 0.01~0.06 %，Nb₂O₅ 0.01~0.05%，K₂CO₃ 0.02~0.3 %，Co₂O₃ 0.1~0.3%，SnO₂ 0.01~0.06%，其副成分的质量百分比是相对于主成分总质量的百分比。

本发明的高频锰锌软磁铁氧体材料在主配方中引入氧化亚镍，成为四元配方体系，即在锰锌铁氧体系中融于镍锌铁氧体系，对产品晶粒大小的控制以及产品电阻率的控制具有较好的作用，从而降低产品高频损耗。

本发明的高频材料主要用于500KHz到1MHz范围，在500KHz、50mT情况下，在80℃下功耗水平低于40mW/cm³，在1MHz、50mT的情况下，在80℃下功耗水平低于160mW/cm³，相比于日本TDK材料PC50，具有更优异的功耗水平，以及较高的饱和磁通密度和较高的居里温度。

优选地，所述高频锰锌软磁铁氧体材料的密度为4.75~4.82g/cm³。例如可以为4.75 g/cm³，4.78 g/cm³或4.82 g/cm³。

优选地，所述高频锰锌软磁铁氧体材料的晶粒大小为3~6μm。例如可以为3μm，3.5μm，4μm，5μm或6μm。

优选地，所述高频锰锌软磁铁氧体材料的电阻率为10~15 ρ(Ω.m)。

作为本发明的一种实现方案，上述高频锰锌软磁铁氧体材料可以通过如下方法制备得到：

S1：对主成分按摩尔百分比含量进行配比，混合破碎，循环混合后加入聚乙烯醇溶液，烘干后预烧结；

S2：将S1中预烧结的主成分与副成分组合二次破碎，制得粒度为0.75～0.85μm的磨细粉料；

S3：将磨细粉料进行喷雾造粒，制得50~200μm的喷雾粉料；然后将喷雾粉料压制成型，制得密度为2.95~3.05g/cm³的生坯；

S4：将S3所述生坯在惰性气体保护下，在1150~1180℃下烧结定型，冷却后制得所述高频锰锌软磁铁氧体材料。

与常规锰锌功率铁氧体相比，本发明的制备方法的预烧温度为930~950℃，略高（常规为860~880），一方面有利于饱和磁铁密度的提高，另一方面有利于粉碎粒径的一致性控制；

粉料制作上，本发明的料将的平均粒径控制比常规的小，0.8um左（透气法测试），常规产品在1.1um左右，便于控制产品最终晶粒不能太大，从而控制产品的高频涡流损耗。

在产品烧结上，控制产品烧结温度在1150~1180℃，使产品最终密度控制在4.75g/cm3左右，随着温度的逐渐增加，先是500KHz功耗几乎不变，但是1MHz下功耗增加，但是随着温度的再次升高，500KHz下产品功耗也将进一步增加。

优选地，S1中所述预烧结升温速度为2~2.5℃/min。

优选地，S3中所述烧结定型升温速度为1~2℃/min。

优选地，S1中所述破碎时间为40~50min，循环混合时间为10~20min。

优选地，S1中所述预烧结温度为920~950℃，保温2~3h。

优选地，S3中所述二次破碎时间为120~150min。

优选地，S3中采用成型油压机，压制H12.5-7.5-5.0样环。

一种高频锰锌软磁铁氧体材料在制备通讯基站、服务器中的应用也在本发明的保护范围内。本发明的高频磁芯材料尤其适用于500KHZ~1MHZ的高频环境，可广泛应用于制备通讯基站、服务器等。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种高频锰锌软磁铁氧体材料，通过在主配方中引入氧化亚镍，成为四元配方体系，即在锰锌铁氧体系中融入镍锌铁氧体系，从而可以较好地控制产品晶粒大小和产品的电阻率，从而降低产品高频损耗，使产品具有较高的饱和磁通密度和较高的居里温度，尤其适用于500KHz~1MHz的高频环境。本发明的制备方法通过控制预烧温度、烧结温度和粉料粒径，从而有利于提高饱和磁通密度和降低功能损耗。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。

实施例1

一种高频磁芯材料，其原料包括主成分和副成分，其中主成分包括如下摩尔百分比的组分：Fe₂O₃ 52%，MnO 43 %、ZnO 4%、NiO 1.0%，副成分组分的质量百分比为：Ca₂CO₃ 0.08%，V₂O₅ 0.01 %，Nb₂O₅ 0.01%，K₂CO₃ 0.02 %，Co₂O₃ 0.1%，SnO₂ 0.01%，其副成分的质量百分比是相对于主成分总质量的百分比。

实施例2

一种高频磁芯材料，其原料包括主成分和副成分，其中主成分包括如下摩尔百分比的组分：Fe₂O₃ 54%，MnO 42.5 %、ZnO 3 %、NiO 0.5%，副成分组分的质量百分比为：Ca₂CO₃ 0.2%，V₂O₅ 0.06 %，Nb₂O₅ 0.05%，K₂CO₃ 0.3%，Co₂O₃ 0.3%，SnO₂ 0.06%，其副成分的质量百分比是相对于主成分总质量的百分比。

实施例3

一种高频磁芯材料，其原料包括主成分和副成分，其中主成分包括如下摩尔百分比的组分：Fe₂O₃ 52%，MnO 44 %、ZnO 3 %、NiO 1.0%，副成分组分的质量百分比为：Ca₂CO₃ 0.08%，V₂O₅ 0.01 %，Nb₂O₅ 0.01%，K₂CO₃ 0.02 %，Co₂O₃ 0.1%，SnO₂ 0.01%，其副成分的质量百分比是相对于主成分总质量的百分比。

实施例4

一种高频磁芯材料，其原料包括主成分和副成分，其中主成分包括如下摩尔百分比的组分：Fe₂O₃ 52%，MnO 44 %、ZnO3.5 %、NiO 0.5%，副成分组分的质量百分比为：Ca₂CO₃ 0.2%，V₂O₅ 0.06 %，Nb₂O₅ 0.05%，K₂CO₃ 0.1%，Co₂O₃ 0.3%，SnO₂ 0.06%，其副成分的质量百分比是相对于主成分总质量的百分比。

实施例5

一种高频磁芯材料，其原料包括主成分和副成分，其中主成分包括如下摩尔百分比的组分：Fe₂O₃ 53%，MnO 43 %、ZnO4 %、NiO1.0%，副成分组分的质量百分比为：Ca₂CO₃ 0.2%，V₂O₅ 0.06 %，Nb₂O₅ 0.05%，K₂CO₃ 0.1%，Co₂O₃ 0.3%，SnO₂ 0.06%，其副成分的质量百分比是相对于主成分总质量的百分比。

实施例6

一种实施例1的高频磁芯材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：对主成分按摩尔百分比含量进行配比，混合破碎，循环混合后加入聚乙烯醇溶液，烘干后预烧结，预烧结温度为930℃，升温速度为2 ℃/min；

S2：将S1中预烧结的主成分与副成分组合二次破碎，制得粒度为0.8μm的磨细粉料；

S3：将磨细粉料进行喷雾造粒，制得100μm的喷雾粉料；然后将喷雾粉料压制成型，制得密度为2.95g/cm³的生坯；

S4：将S3所述生坯在惰性气体保护下，在1160℃下烧结定型，冷却后制得所述高频锰锌软磁铁氧体材料，高频磁材料的密度为4.78g/cm³，高频锰锌软磁铁氧体材料的晶粒大小为4 μm，电阻率为10ρ(Ω.m)。

实施例7

一种实施例1的高频磁芯材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：对主成分按摩尔百分比含量进行配比，混合破碎，循环混合后加入聚乙烯醇溶液，烘干后预烧结，预烧结温度为950℃，升温速度为2 ℃/min；

S2：将S1中预烧结的主成分与副成分组合二次破碎，制得粒度为0.75μm的磨细粉料；

S3：将磨细粉料进行喷雾造粒，制得150μm的喷雾粉料；然后将喷雾粉料压制成型，制得密度为2.95g/cm³的生坯；

S4：将S3所述生坯在惰性气体保护下，在1180℃下烧结定型，冷却后制得所述高频锰锌软磁铁氧体材料，高频磁材料的密度为4.82g/cm³，高频锰锌软磁铁氧体材料的晶粒大小为5 μm，电阻率为15ρ(Ω.m)。

实施例8

一种实施例1的高频磁芯材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：对主成分按摩尔百分比含量进行配比，混合破碎，循环混合后加入聚乙烯醇溶液，烘干后预烧结，预烧结温度为950℃，升温速度为2 ℃/min；

S2：将S1中预烧结的主成分与副成分组合二次破碎，制得粒度为0.8μm的磨细粉料；

S3：将磨细粉料进行喷雾造粒，制得50μm的喷雾粉料；然后将喷雾粉料压制成型，制得密度为2.95g/cm³的生坯；

S4：将S3所述生坯在惰性气体保护下，在1160℃下烧结定型，冷却后制得所述高频锰锌软磁铁氧体材料，高频磁材料的密度为4.75g/cm³，高频锰锌软磁铁氧体材料的晶粒大小为3.5μm，电阻率为15ρ(Ω.m)。

结果检测

对实施例1的高频磁芯材料的性能进行检测，检测结果如表1所示。其中Bs为饱和磁通密度，Pv为功率损耗。

功耗数据检测方法为：使用岩崎SY8218仪器测试

检测结果见表1

表1

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高频锰锌软磁铁氧体材料，其特征在于，包括主成分和副成分，其中主成分包括如下摩尔百分比的组分：Fe₂O₃ 52～54mol%，MnO 42~44mol %、ZnO 3～5mol %、NiO 0.5～1.5mol%，所述副成分组分的质量百分比为：Ca₂CO₃ 0.08~0.2wt%，V₂O₅ 0.01~0.06wt %，Nb₂O₅ 0.01~0.05wt %，K₂CO₃ 0.02~0.3wt %，Co₂O₃ 0.1~0.3 wt%，SnO₂ 0.01~0.06 wt%，其副成分的质量百分比是相对于主成分总质量的百分比。

2.如权利要求1所述高频锰锌软磁铁氧体材料，其特征在于，所述高频锰锌软磁铁氧体材料的密度为4.75~4.82g/cm³。

3.如权利要求1所述高频锰锌软磁铁氧体材料，其特征在于，所述高频锰锌软磁铁氧体材料的晶粒大小为3~6 μm 。

4.如权利要求1所述高频锰锌软磁铁氧体材料，其特征在于，所述高频锰锌软磁铁氧体材料的电阻率为10~15 ρ(Ω.m)。

5.一种权利要求1~4任意一项所述高频锰锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：对主成分按摩尔百分比含量进行配比，混合破碎，循环混合后加入聚乙烯醇溶液，烘干后预烧结；

S2：将S1中预烧结的主成分与副成分组合二次破碎，制得粒度为0.75～0.85μm的磨细粉料；

S3：将磨细粉料进行喷雾造粒，制得50~200μm的喷雾粉料；然后将喷雾粉料压制成型，制得密度为2.95~3.05g/cm³的生坯；

S4：将S3所述生坯在惰性气体保护下，在1150~1180℃下烧结定型，冷却后制得所述高频锰锌软磁铁氧体材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S1中所述破碎时间为40 ~50min，循环混合时间为10~20min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S1中所述预烧结温度为920~950℃，保温2~3h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S3中所述二次破碎时间为120~150min。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，S3中采用成型油压机，压制H12.5-7.5-5.0样环。

10.一种权利要求1~4任意一项所述高频锰锌软磁铁氧体材料在制备通讯基站、服务器中的应用。