CN112441827A - 一种铁氧体磁环材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铁氧体材料技术领域，具体是公开了一种铁氧体磁环材料，包括主成分和辅助成分，其中：所述主成分按照重量比包括以下原料：Fe2O250‑70份、Mn3O420‑30份、ZnO 10‑18份和FeSiAl 15‑27份；所述辅助成分按照重量比包括以下原料：Bi2O32‑6份、MoO31‑4份、Co2O30.2‑0.8份、K2CO31.2‑3.6份、TiO21.5‑4.5份、P2O50.6‑1.6份和Zr2O50.1‑0.8份。本发明克服了现有技术的不足，通过在原料内添加FeSiAl合金材料，与锰锌铁氧体共混烧结形成复合体，有效的提高了磁导率；另外采用不同粒径大小的FeSiAl粉末，使得小颗粒可以填充在大颗粒之间的缝隙，改善了压制性能进而改善磁粉芯密度，以实现最大效益的性能提高，而没有对成本造成任何提高。

Description

一种铁氧体磁环材料
技术领域
本发明涉及铁氧体材料技术领域，具体属于一种铁氧体磁环材料。
背景技术
随着传统能源的日益减少和人们对环保需求的提高，人类寄希望于可再生能源，太阳能成为人们重视的焦点。21世纪以来，欧美等先进国家已把太阳能光伏发电并入城市用电系统，太阳能电池与建筑系统的结合也逐渐形成产业化趋势。并网系统是太阳能发电技术和应用发展的主要方向，并网系统需要光伏逆变器。光伏逆变器是光伏发电系统的核心部件，其功能是将从光伏电池输入的不稳定的直流变换成适合用电器使用或符合并网要求的交流输出。高导锰锌铁氧体已经成为光伏逆变器中不可缺少的磁性元件。实际上，除了光伏逆变器之外，其它的逆变器也会部分用到高导锰锌铁氧体磁芯。
现有的铁氧体磁环材料大多采用Mn-Zn铁氧体磁性材料，既具有高磁导率又具有高阻抗特性，对锰锌铁氧体材料来说，获得高电感比较容易，但在宽温下保持高的电感稳定性比较难，因为锰锌铁氧体材料的电感随温度变动磁场特性变化大的特性，在大的温度范围内难以稳定的磁场特性的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供了一种铁氧体磁环材料，克服了现有技术的不足，可以制得磁导率高、电感波动小的铁氧体磁环材料。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种铁氧体磁环材料，包括主成分和辅助成分，其中：所述主成分按照重量比包括以下原料：Fe2O250-70份、Mn3O420-30份、ZnO 10-18份和FeSiAl 15-27份；所述辅助成分按照重量比包括以下原料：Bi2O32-6份、MoO31-4份、Co2O30.2-0.8份、K2CO31.2-3.6份、TiO21.5-4.5份、P2O50.6-1.6份和Zr2O50.1-0.8份。
进一步，包括主成分和辅助成分，其中：所述主成分按照重量比包括以下原料：Fe2O260份、Mn3O425份、ZnO 14份和FeSiAl 21份；所述辅助成分按照重量比包括以下原料：Bi2O34份、MoO32.5份、Co2O30.5份、K2CO32.4份、TiO23.0份、P2O51.1份和Zr2O50.45份。
进一步，所述FeSiAl选自粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末与粒径为200-300目的粉末中的两种或三种复配而成。
进一步，所述粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末与粒径为200-300目的质量比为1：1：1、1：2：0、1：2：1、1：2：2、2：1：0、2：1：1、2：1：2或2：2：1。
进一步，所述铁氧体磁环材料的制备方法包括以下步骤：
(1)制备主成分混合料：称取Fe2O2、Mn3O4和ZnO，将称取的该三种原料投入混合机中干混，并且控制干混时间和控制混合机的混合速度，得到主成分混合料；
(2)制备FeSiAl粉末：采用不同目数的筛网对粉末进行筛分，将筛分后的粉末置于保护气氛中进行退火预处理，再按照不同目数粉末的质量比进行混合，得到复合的FeSiAl粉末；
(3)制备混合料浆，先将由步骤(1)得到的主成分混合料投入电热式回转窑预烧，并且控制预烧温度和预烧时间，出窑后在振动球磨机中进行粉碎，并且控制粉碎后的料的平均粒径，得到粉碎料，再将粉碎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和分散剂，同时加入按照上述重量份称取的Bi2O3、MoO3、Co2O3、K2CO3、TiO2、P2O5份和Zr2O5，控制循环砂磨后的平均粒径，再加入步骤(2)得到的复合的FeSiAl粉末，搅拌均匀后，得到混合料浆；
(4)制备造粒浆，将由步骤(3)得到的混合料浆引入料浆搅拌池中，加入消泡剂和聚乙烯醇水溶液进行搅匀，并且控制聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度和加入量，得到造粒料浆；
(5)喷雾造粒并制坯，对由步骤(4)得到的造粒料浆进行喷雾造粒，得到颗粒料并且将颗粒料通过模具压制成磁环坯体，并且控制磁环坯体的成型密度；
(6)烧结，将由步骤(5)得到的磁环坯体送入窑炉烧结，在烧结过程中，温度自室温至750℃区间的升温速率为65℃/h，温度自750℃至1100℃区间的升温速率为150℃/h，而后以140℃/h的升温速率升温至1380-1450℃，并且控制含氧量进行烧结，在该1380-1450℃时进行保温，保温结束后，将各进气点氧分压提高10-20％对窑炉进行冷却，出窑，得到铁氧体磁环材料。
进一步，所述步骤(3)中纯水的添加量为主成分混合料总质量的两倍，所述分散剂的添加量为主成分混合料总质量的0.1倍。
进一步，所述步骤(4)中控制聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度和加入量是将质量百分比浓度控制为10-14％，将加入量控制为混合料浆重量的6-9％。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
本发明所述一种铁氧体磁环材料，通过在原料内添加FeSiAl合金材料，与锰锌铁氧体共混烧结形成复合体，有效的提高了磁导率，达到宽温高电感和高叠加的电性能；另外采用不同粒径大小的FeSiAl粉末，使得小颗粒可以填充在大颗粒之间的缝隙，改善了压制性能进而改善磁粉芯密度，以实现最大效益的性能提高，而没有对成本造成任何提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不仅限于这些实例，在为脱离本发明宗旨的前提下，所为任何改进均落在本发明的保护范围之内。
实施例1
本实施例提供了一种铁氧体磁环材料，其特征在于：包括主成分和辅助成分，其中：所述主成分按照重量比包括以下原料：Fe2O250份、Mn3O420份、ZnO 10份和FeSiAl 15份；所述辅助成分按照重量比包括以下原料：Bi2O32份、MoO31份、Co2O30.2份、K2CO31.2份、TiO21.5份、P2O50.6份和Zr2O50.1份；其中，FeSiAl选自粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末与粒径为200-300目的粉末按照1：1：1的质量比复配而成。
本实施例还提供了一种铁氧体磁环材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备主成分混合料：称取Fe2O2、Mn3O4和ZnO，将称取的该三种原料投入混合机中干混，并且控制干混时间和控制混合机的混合速度，得到主成分混合料；
(2)制备FeSiAl粉末：采用不同目数的筛网对粉末进行筛分，将筛分后的粉末置于保护气氛中进行退火预处理，再按照不同目数粉末的质量比进行混合，得到复合的FeSiAl粉末；
(3)制备混合料浆，先将由步骤(1)得到的主成分混合料投入电热式回转窑预烧，并且控制预烧温度和预烧时间，出窑后在振动球磨机中进行粉碎，并且控制粉碎后的料的平均粒径，得到粉碎料，再将粉碎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和分散剂，纯水的添加量为主成分混合料总质量的两倍，所述分散剂的添加量为主成分混合料总质量的0.1倍；同时加入按照上述重量份称取的Bi2O3、MoO3、Co2O3、K2CO3、TiO2、P2O5份和Zr2O5，控制循环砂磨后的平均粒径，再加入步骤(2)得到的复合的FeSiAl粉末，搅拌均匀后，得到混合料浆；
(4)制备造粒浆，将由步骤(3)得到的混合料浆引入料浆搅拌池中，加入消泡剂和聚乙烯醇水溶液进行搅匀，并且将聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度控制为10-14％，将加入量控制为混合料浆重量的6-9％，得到造粒料浆；
(5)喷雾造粒并制坯，对由步骤(4)得到的造粒料浆进行喷雾造粒，得到颗粒料并且将颗粒料通过模具压制成磁环坯体，并且控制磁环坯体的成型密度；
(6)烧结，将由步骤(5)得到的磁环坯体送入窑炉烧结，在烧结过程中，温度自室温至750℃区间的升温速率为65℃/h，温度自750℃至1100℃区间的升温速率为150℃/h，而后以140℃/h的升温速率升温至1380-1450℃，并且控制含氧量进行烧结，在该1380-1450℃时进行保温，保温结束后，将各进气点氧分压提高10-20％对窑炉进行冷却，出窑，得到铁氧体磁环材料。
实施例2
本实施例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：所述主成分按照重量比包括以下原料：Fe2O260份、Mn3O425份、ZnO 14份和FeSiAl 21份；所述辅助成分按照重量比包括以下原料：Bi2O34份、MoO32.5份、Co2O30.5份、K2CO32.4份、TiO23.0份、P2O51.1份和Zr2O50.45份。
实施例3
本实施例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：所述主成分按照重量比包括以下原料：Fe2O270份、Mn3O430份、ZnO 18份和FeSiAl 27份；所述辅助成分按照重量比包括以下原料：Bi2O36份、MoO34份、Co2O30.8份、K2CO33.6份、TiO24.5份、P2O51.6份和Zr2O50.8份
实施例4
本实施例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：FeSiAl未添加粒径为200-300目的粉末，且粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末按照1：2的比例复配。
实施例5
本实施例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：FeSiAl选自粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末与粒径为200-300目的粉末按照1：2：1的质量比复配而成。
实施例6
本实施例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：FeSiAl选自粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末与粒径为200-300目的粉末按照1：2：2的质量比复配而成。
实施例7
本实施例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：FeSiAl未添加粒径为200-300目的粉末，且粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末按照2：1的比例复配。
实施例8
本实施例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：FeSiAl选自粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末与粒径为200-300目的粉末按照2：1：1的质量比复配而成。
实施例9
本实施例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：FeSiAl选自粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末与粒径为200-300目的粉末按照2：1：2的质量比复配而成。
实施例10
本实施例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：FeSiAl选自粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末与粒径为200-300目的粉末按照2：1：2的质量比复配而成。
对比例1
本对比例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：未添加FeSiAl组份。
对比例2
本对比例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：FeSiAl仅采用粒径≥120目的粉末。
对比例3
本对比例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：FeSiAl仅采用粒径为120-200目的粉末。
对比例4
本对比例的原料配比和制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：FeSiAl仅采用粒径为200-300目的粉末。
性能检测
采用上述实施例1-10和对比例1-4的方法制备出的产品绕26Ts后，在100KHZ，0.1V，常温，加电流8mA和不加电流条件下，使用H4284A电感电桥测试仪检测，具体数据见表1；
Figure BDA0002801172680000081
Figure BDA0002801172680000091
Figure BDA0002801172680000101
Figure BDA0002801172680000111
根据表1统计的结果可知，本发明提供的一种铁氧体磁环材料添加不同粒径复配的FeSiAl粉末，有效的提高了磁导率，达到宽温高电感和高叠加的电性能。
以上内容仅仅是对本发明构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种铁氧体磁环材料，其特征在于：包括主成分和辅助成分，其中：所述主成分按照重量比包括以下原料：Fe2O2 50-70份、Mn3O4 20-30份、ZnO 10-18份和FeSiAl 15-27份；所述辅助成分按照重量比包括以下原料：Bi2O3 2-6份、MoO3 1-4份、Co2O3 0.2-0.8份、K2CO31.2-3.6份、TiO2 1.5-4.5份、P2O5 0.6-1.6份和Zr2O5 0.1-0.8份。
2.根据权利要求1所述的一种铁氧体磁环材料，其特征在于：包括主成分和辅助成分，其中：所述主成分按照重量比包括以下原料：Fe2O2 60份、Mn3O4 25份、ZnO 14份和FeSiAl21份；所述辅助成分按照重量比包括以下原料：Bi2O3 4份、MoO3 2.5份、Co2O3 0.5份、K2CO32.4份、TiO2 3.0份、P2O5 1.1份和Zr2O5 0.45份。
3.根据权利要求1所述的一种铁氧体磁环材料，其特征在于：所述FeSiAl选自粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末与粒径为200-300目的粉末中的两种或三种复配而成。
4.根据权利要求3所述的一种铁氧体磁环材料，其特征在于：所述粒径≥120目的粉末、粒径为120-200目的粉末与粒径为200-300目的质量比为1：1：1、1：2：0、1：2：1、1：2：2、2：1：0、2：1：1、2：1：2或2：2：1。
5.根据权利要求3或4所述的一种铁氧体磁环材料，其特征在于：所述铁氧体磁环材料的制备方法包括以下步骤：
(1)制备主成分混合料：称取Fe2O2、Mn3O4和ZnO，将称取的该三种原料投入混合机中干混，并且控制干混时间和控制混合机的混合速度，得到主成分混合料；
(2)制备FeSiAl粉末：采用不同目数的筛网对粉末进行筛分，将筛分后的粉末置于保护气氛中进行退火预处理，再按照不同目数粉末的质量比进行混合，得到复合的FeSiAl粉末；
(3)制备混合料浆，先将由步骤(1)得到的主成分混合料投入电热式回转窑预烧，并且控制预烧温度和预烧时间，出窑后在振动球磨机中进行粉碎，并且控制粉碎后的料的平均粒径，得到粉碎料，再将粉碎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和分散剂，同时加入按照上述重量份称取的Bi2O3、MoO3、Co2O3、K2CO3、TiO2、P2O5份和Zr2O5，控制循环砂磨后的平均粒径，再加入步骤(2)得到的复合的FeSiAl粉末，搅拌均匀后，得到混合料浆；
(4)制备造粒浆，将由步骤(3)得到的混合料浆引入料浆搅拌池中，加入消泡剂和聚乙烯醇水溶液进行搅匀，并且控制聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度和加入量，得到造粒料浆；
(5)喷雾造粒并制坯，对由步骤(4)得到的造粒料浆进行喷雾造粒，得到颗粒料并且将颗粒料通过模具压制成磁环坯体，并且控制磁环坯体的成型密度；
(6)烧结，将由步骤(5)得到的磁环坯体送入窑炉烧结，在烧结过程中，温度自室温至750℃区间的升温速率为65℃/h，温度自750℃至1100℃区间的升温速率为150℃/h，而后以140℃/h的升温速率升温至1380-1450℃，并且控制含氧量进行烧结，在该1380-1450℃时进行保温，保温结束后，将各进气点氧分压提高10-20％对窑炉进行冷却，出窑，得到铁氧体磁环材料。
6.根据权利要求5所述的一种铁氧体磁环材料，其特征在于：所述步骤(3)中纯水的添加量为主成分混合料总质量的两倍，所述分散剂的添加量为主成分混合料总质量的0.1倍。
7.根据权利要求5所述的一种铁氧体磁环材料，其特征在于：所述步骤(4)中控制聚乙烯醇水溶液的质量百分比浓度和加入量是将质量百分比浓度控制为10-14％，将加入量控制为混合料浆重量的6-9％。
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