CN1677579B

CN1677579B - 宽频锰锌系高磁导率软磁铁氧体材料

Info

Publication number: CN1677579B
Application number: CN 200410026686
Authority: CN
Inventors: 葛培盛; 王京平; 周芸; 张宾; 曾伟鑫; 刘会冲; 周丽云; 罗丹; 庞贤光
Original assignee: GUANGDONG MAGSOURCE ELECTRONIC CO Ltd; Guangdong Fenghua Advanced Tech Holding Co Ltd
Current assignee: Guangdong Zhaoqing Weishuo Electronics Co ltd; Guangdong Fenghua Advanced Tech Holding Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: CN1677579A

Abstract

本发明公开了一种宽频的Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体材料及其制备方法。该软磁铁氧体材料包含50-55mol％的Fe₂O₃、20-30mol％的MnO和20-30mol％的ZnO，其初始磁导率μi≥10000，而且其截止频率fr≥400KHz。本发明的高磁导率软磁铁氧体材料价格便宜，可应用于制作滤波器、电感、数字变压器、扼流圈、互感器等。

Description

宽频锰锌系高磁导率软磁铁氧体材料

技术领域

本发明涉及一种Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体材料，更具体地讲，本发明涉及一种初始磁导率μi≥10000而且截止频率fr≥400KHz的高磁导率Mn-Zn系软磁铁氧体材料。

背景技术

在现代科技中，软磁铁氧体在生产及生活各个方面已得到广泛的应用。但随着SMT技术发展，电路及整机都向轻量化、小型化和平面化的方向发展。为了减少磁芯的尺寸，要求Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体的初始磁导率愈来愈高；同时，为了适合更高频率的工作环境及更大的功率，要求Mn-Zn高磁导率软磁铁氧体的初始磁导率的频率要宽，截止频率要高。截止频率是指随着测试频率的增加，初始磁导率下降至一半时的频率点。现有的Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体存在如下问题：

1、截止频率高(fr≥400KHz)的Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体，其初始磁导率(μi)只在5000-7000左右；

2、初始磁导率高(μi≥10000)的Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体，其截止频率(fr)只在100-200KHz左右。

日本特许公开JP 2001-233667公开了一种电源用Mn-Zn系软磁铁氧体材料，该材料的基本成分10.0～15.0mol％的ZnO和52.0～54.0mol％的Fe₂O₃，余量为MnO，并添加了0.0050～0.0200m％的Bi₂O₃、0.0050～0.0500m％的SiO₂和0.0200～0.2000m％的CaO，而且还选则添加了0.0050～0.1000m％的Ta₂O₅、0.0100～0.1500m％的ZrO₂、0.0050～0.0500m％的Nb₂O₅和0.0050～0.0500m％的HfO₂中的一种或几种化合物。这种电源用Mn-Zn系软磁铁氧体材料，在保持较低损失的同时，提高了Mn-Zn系软磁铁氧体材料的强度。

日本特许公开平05-021223公开了一种Mn-Zn系软磁铁氧体材料的制造方法。该方法是将基本成分为Fe₂O₃ 50～65mol％、MnO 23～40mol％和ZnO 5～27mol％的材料与从CaO 0.01～0.2wt％、SiO₂0.01～0.05wt％、V₂O₅ 0.01～2wt％、Al₂O₃ 0.01～2wt％、CoO 0.01～2wt％、CuO 0.01～0.2wt％、MgO 0.01～0.2wt％、Nb₂O₅ 0.01～0.2wt％、ZrO₂ 0.01～0.2wt％中选出的一种或几种化合物制成成型物，并将该成型物掩埋在相同组成的粉体或多孔粒子内进行烧结，制得Mn-Zn系软磁铁氧体材料。这种方法制得的铁氧体材料的μ_i值在1700-2300左右。

但是，对如何同时提高初始磁导率高和截止频率的问题，一直未能得到解决。因此，有必要研制出一种不仅初始磁导率高，截止频率也高的Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体材料，以满足SMT技术发展的需要。

发明内容

一方面，本发明提供了一种初始磁导率高、同时截止频率也高的Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体材料。

在本发明中，Mn-Zn系的高磁导率软磁铁氧体材料主要成分为50-55mol％的Fe₂O₃、20-30mol％的MnO和20-30mol％的ZnO，该软磁铁氧体材料的初始磁导率μi≥10000，而且其截止频率fr≥400KHz。其中，MnO优选以Mn₃O₄的形式加入。

本发明的软磁铁氧体材料还可以进一步包含两种或两种以上选自于如下一组物质的添加剂：TiO₂、SnO₂、BaTiO₃、ZrO₂、MgO、CaO、CoO、Nb₂O₅、V₂O₅、Li₂O、Bi₂O₃、CuO和Mo₂O₃；以主要成分Fe₂O₃、MnO和ZnO的重量计，上述添加剂的重量百分含量为0.01-2.5wt％，优选为0.01-0.5wt％。

上述的添加剂可以由0.01-1.0wt％的CoO和0.01-2.0wt％的一种或一种以上的上述其它添加剂组分构成；更优选地，上述的添加剂包括0.01-0.2wt％的CoO和0.01-0.4wt％的一种或一种以上的上述其它添加剂组分。

上述的CaO和Li₂O分别是以CaCO₃和Li₂CO₃的形式填加的。

另一方面，本发明还提供了一种制造上述Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体材料的方法，该方法依次包括如下工序：湿法混料、干燥、预烧、研磨、喷雾造粒、粉体压制、烧结和磨加工，其中，上述的烧结工序是在氮气保护、1280-1330℃的低温下进行的。

优选地，在上述制备过程中，所需的添加剂是分两次加入的：先将部分添加剂与主要成分Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO进行湿法混料，并混合2-10小时，经干燥、预烧后，再将其余的添加剂加入到上述预烧后的材料中，即进行所谓的二次投料。一般来说，第一次添加的添加剂可以选自于TiO₂、SnO₂、CaCO₃、MgO、CuO、Li₂CO₃等，第二次添加的添加剂可以选自于BaTiO₃、ZrO₂、MgO、CaO、CoO、Nb₂O₅、V₂O₅、Li₂CO₃、Bi₂O₃和Mo₂O₃等。第一次投入添加剂时和第二次投入添加剂时，具体选择哪种添加剂进行投入，并非特别严格，但第一次投入添加剂的量一般控制在添加剂总投入量的1/8-7/8之间。

上述的预烧温度一般控制在900±50℃的范围内。

二次投料后，一般需要进行5-15小时左右的研磨。

上述烧结温度的保温时间一般控制在3-13小时左右。烧结后降温过程分段进行：在温度下降至1200℃时，控制产品的环境气氛中氧含量为0-5％；在温度低于800℃时，则控制气氛中氧含量小于100ppm。

常规的Mn-Zn高磁导率软磁铁氧体材料的烧结温度一般为1400℃左右，相对较高，而本发明的制备工艺烧结温度相对较低，只有1280-1330℃，工艺简单，易于批量生产，而且所得到的高磁导率Mn-Zn系软磁铁氧体材料初始磁导率高、同时截止频率也高，可以应用于制作滤波器、电感、数字变压器、扼流圈、互感器等。

附图说明

图1是不同截止频率fr(kHz)时的初始磁导率μi值。

具体实施方式

实施例1

配方：重量比摩尔比

Fe₂O₃： 69.85％ 53mol％

Mn₃O₄： 15.39％ 24mol％(以MnO的摩尔数计)

ZnO： 14.76％ 23mol％

TiO₂： 0.015％(一次添加剂)

SnO₂： 0.015％(一次添加剂)

Li₂CO₃： 0.025％

CoO： 0.05％

工艺步骤：先将添加剂TiO₂、SnO₂与主要成分Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO湿法混料，进行第一次球磨，时间约3小时，在880℃±10℃下预烧；再在上述预烧后的材料中加入添加剂Li₂CO₃和CoO，进行第二次球磨，时间约6小时；经喷雾造粒后压制T25×15×7.5的圆环，在1300℃的温度下烧结，保温5小时。

实施例2

配方：重量比摩尔比

Fe₂O₃： 67.7％ 51mol％

Mn₃O₄： 17.43％ 27mol％(以MnO的摩尔数计)

ZnO： 14.87％ 22mol％

CaCO₃： 0.03％(一次添加剂)

MgO： 0.015％(一次添加剂)

Bi₂O₃： 0.02％

CoO： 0.05％

工艺步骤：先将添加剂CaCO₃、MgO与主要成分Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO湿法混料，进行第一次球磨，时间约3小时，在920℃±10℃下预烧；再在上述预烧后的材料中加入添加剂Bi₂O₃和CoO，进行第二次球磨，时间约5.5小时；经喷雾造粒后压制T25×15×7.5的圆环，在1320℃的温度下烧结，保温5小时。

实施例3

配方：重量比摩尔比

Fe₂O₃： 70.24％ 54mol％

Mn₃O₄： 15.19％ 24mol％(以MnO的摩尔数计)

ZnO： 14.57％ 22mol％

CaCO₃： 0.03％(一次添加剂)

CuO： 0.02％(一次添加剂)

Nb₂O₅： 0.02％

CoO： 0.01％

Mo₂O₃： 0.04％

V₂O₅： 0.015％

工艺步骤：先将添加剂CaCO₃、CuO与主要成分Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO湿法混料，进行第一次球磨，时间约5小时，在890℃±10℃下预烧；再在上述预烧后的材料中加入添加剂Nb₂O₅Bi₂O₃、CoO、Mo₂O₃和V₂O₅，进行第二次球磨，时间约6小时；经喷雾造粒后压制T25×15×7.5的圆环，在1320℃的温度下烧结，保温5小时。

将实施例1-3制得的Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体材料进行测试，其综合性能如表1所示：

表1

铁氧体的性能评价方法如下：

制作成外径(OD)25±0.5mm、内径(ID)15±0.5mm、高度(H)7.5±0.3mm的圆环作为测试样品，用Φ0.1-Φ2的漆包线均匀绕线N＝10匝，在HP4284电桥上测出不同频率的电感量L(uH)。

用

μi = \frac{L * 10^{2}}{4.6 * H * 1 g (O D / ID) * N^{2}}

公式算出μi值，见图1。

Claims

1.一种Mn-Zn系高磁导率软磁铁氧体材料，所述的软磁铁氧体材料包含50-55mol％的Fe₂O₃、20-30mol％的MnO和20-30mol％的ZnO，其特征在于，所述的软磁铁氧体材料的初始磁导率μi≥10000，而且其截止频率fr≥400KHz；所述的MnO是以Mn₃O₄的形式加入的；所述的软磁铁氧体材料还包含添加剂，以Fe₂O₃、MnO和ZnO的重量计，所述添加剂的重量百分含量为0.01-2.5％；

其中，所述的添加剂包含一次添加剂和二次添加剂，所述的一次添加剂是指由TiO₂、SnO₂、MgO、CaO和CuO中两种或两种以上组成的混合物，所述的二次添加剂是指CoO与Nb₂O₅、V₂O₅、Li₂O、Bi₂O₃、CuO和Mo₂O₃中一种或一种以上组成的混合物。

2.如权利要求1所述的软磁铁氧体材料，其特征在于，以Fe₂O₃、MnO和ZnO的重量计，所述添加剂的重量百分含量为0.01-0.5wt％。

3.如权利要求1所述的软磁铁氧体材料，其特征在于，以Fe₂O₃、MnO和ZnO的重量计，所述的添加剂包括0.01-0.2wt％的CoO和0.01-0.4wt％的一种或一种以上的所述其它添加剂组分。

4.如权利要求1-3之一所述的软磁铁氧体材料，其特征在于，所述的CaO和Li₂O分别是以CaCO₃和Li₂CO₃的形式填加的。