CN1865188A - 一种低损耗、高饱和磁感应强度的Mn－Zn铁氧体磁性材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种Mn－Zn铁氧体磁性材料，其主要含量为氧化铁：52.5～55.5mol％，氧化锌：9.5～11.5mol％，其余为氧化锰，加入添加剂CaO：400～800ppm(优选的是500～700ppm)、Nb2O5：100～400ppm(优选的是100～300ppm)和ZrO2：100～800ppm(优选的是100～600ppm)的组合，在控制氧分压的气氛烧结炉中烧结。可以制备一种低损耗、高饱和磁感应强度的锰锌铁氧体磁芯。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性材料，尤其涉及一种低损耗、高饱和磁感应强度的Mn-Zn铁氧体材料。
背景技术
早在上世纪70年代日本东北金属公司(TOKIN)就采用共同沉淀法发明了优铁氧体2001F和超优铁氧体1000S材料，其低损耗(高μQ)、高稳定(低减落、低温度系数)优良特性受到了通信产业用户的青睐，在业内引起了轰动。随后德国西门子公司也推出了相似的N48材料。近年来功率铁氧体材料的飞速发展启发了各大厂商的开发思路，一种兼具高μQ和高Bs材料特性的新材料便应运而生。2003年Epcos公司推出的N45及Philips公司推出的3B46材料都具有低损耗、高稳定性特点，广泛用于通信电子等弱电行业和汽车电子、电力控制电路等强电领域。这种新型Mn-Zn铁氧体具有双重特性，既用于弱电又用于强电，既能宽带网络设备、通信设备中制造高保真滤波器、阻抗变换器、均衡器，又能在电力电子电路很宽功率范围内作频率转换、电流变换器件。其材料性能兼具高μ、高Bs、低损耗、高稳定性等特点。从损耗特性和温度稳定性方面来看，比损耗已大大优于N48材料，接近优铁氧体2001F水平，而饱和磁感应强度Bs则达到TDK公司新推出的DN50水平，并且比磁滞损耗系数极小，因而非线性失真较小，THD指标良好
发明内容
本发明提供一种低损耗、高饱和磁感应强度的Mn-Zn铁氧体材料。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种低损耗、高饱和磁感应强度的Mn-Zn铁氧体磁性材料，其主相为尖晶石结构，主要成分及含量以氧化物计算为：
Fe2O3为52.5～55.5mol％(优选的是53～55mol％)；
ZnO为9.5～11.5mol％(优选的是9.5～11mol％)；
MnO为余量；
辅助成分及含量以氧化物计算为：CaO：400～800ppm(优选的是500～700ppm)、Nb2O5：100～400ppm(优选的是100～300ppm)和ZrO2：100～800ppm(优选的是100～600ppm)的组合。
本领域的普通人员可能还会想到添加辅料；常用的辅料有CaO、SiO2、NiO、V2O5、Ta2O5、Nb2O5、ZrO2、TiO2等，辅料的添加虽然能够比较有效的降低损耗功率，但随着添加量的增多，铁氧体烧结体的晶粒内的某种异相析出，导致在烧结体中的畴壁移动被抑制反而导致损耗的增大，使得Mn-Zn铁氧体的损耗将会增加。所以本发明通过长期的实验研究：其主要成分及含量以氧化物计算为：Fe2O3为52.5～55.5mol％；ZnO为9.5～11.5mol％；MnO为余量；辅助成分及含量以氧化物计算为：CaO：400～800ppm、Nb2O5：100～400ppm，和ZrO2：100～800ppm的组合。特别优选为主要成分及含量以氧化物计算为：Fe2O3为53～55mol％；ZnO为9.5～11mol％；MnO为余量。辅助成分及含量以氧化物计算为：CaO：500～700ppm、Nb2O5：100～300ppm和ZrO2：100～600ppm的组合。
作为优选，所述的辅助成分及含量以氧化物计算为CaO：500～700ppm；添加CaO通过使此材料晶粒间晶界偏析，可使Mn-Zn铁氧体达到低损耗的目的；
作为优选，所述的辅助成分及含量以氧化物计算为Nb2O5：100～300ppm；添加Nb2O5通过使此材料晶粒间晶界高电阻化，从而减小损耗；
作为优选，所述的辅助成分及含量以氧化物计算为ZrO2：100～600ppm；添加ZrO2通过使此材料晶粒内部高电阻化，降低损耗；从化学价考虑，铁氧体内加入四价离子会引起亚铁离子的增加，这样会使μ-T曲线中的二峰位置向低温移动；添加ZrO2的变化可控制μi～T曲线的二峰的位移和曲线的平缓度，从而有效控制各温度段比温度系数aF的大小。
在上述作为优选情况下，制造的Mn-Zn铁氧体磁性材料的磁导率为3800土25％，常温(25℃)下Bs为550±20mT，高温(100℃)下Bs为435±15mT。
在上述作为优选情况下，制造的Mn-Zn铁氧体磁性材料在10kHz的tgδ/μi在(0.7～1.2)×10-6，在100kHz的tgδ/μi在(1.7～2.3)×10-6，所述Mn-Zn铁氧体磁性材料的居里温度为大于255℃
在上述作为优选情况下，制造的Mn-Zn铁氧体磁性材料的比磁滞损耗系数ηB＜0.3，在温度为5～25℃，比温度系数为+1.0～+4.0，在温度为25～55℃，比温度系数为-1.0～-3.0。
因此，本发明具有以下优点；
1.本发明解决了现有技术由于铁氧体中阴离子的存在而造成的磁性材料损耗大，饱和磁感应强度低的缺点，提供一种低损耗、高饱和磁感应强度的Mn-Zn铁氧体材料。
2.本发明所涉及的Mn-Zn铁氧体具有双重特性，既用于弱电又用于强电，既能在宽带网络设备、通信设备中制造高保真滤波器、阻抗变换器、均衡器，又能在电力电子电路很宽功率范围内作频率转换、电流变换器件。
为了生产本发明的铁氧体磁心，首先制备一定比例的主要成分Fe2O3、ZnO和MnO的混合物，然后在混合物中添加上述的辅助成分，经过振磨、预烧、砂磨，向其加入少量合适的粘结剂，用喷雾造粒机对其进行造粒，压制成各种形状的磁心器件，在一定氧含量的气氛中，在预定的温度下烧结。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1～6
以下所述的含量配比称取各种主要成分Fe2O3、ZnO和MnO，振磨，在950℃预烧，根据一定量的主要成分的混合物加入预定的辅助成分CaO、Nb2O5、ZrO2，在循环式砂磨机进行砂磨，向其加入1.0mol％的粘结剂，用喷雾造粒机进行造粒，压制成环形形状的磁心(外径25mm，内径15mm，厚度8mm)，把磁心放入烧结炉，用N2气保护烧结，烧结温度为1320～1400℃：烧结时间为3～5h，然后在平衡气氛中冷却。
将制备好的磁心用MATS-2000测试材料的饱和磁感应强度Bs，其饱和磁感应强度Bs的测试结果如下表所示：
表一：实施例1～实施例6的磁性能的比较
实施例7～10
按表二所述的含量配比称取各种主要成分Fe2O3、ZnO和MnO，振磨，在950℃预烧，根据一定量的主要成分的混合物加入表二所述的辅助成分CaO、Nb2O5、ZrO2，在循环式砂磨机进行砂磨，烘干，向其加入1.0mol％的粘结剂，用喷雾造粒机进行造粒，压制成环形形状的磁心(外径25mm，内径15mm，厚度8mm)，把磁心放入烧结炉，用N2气保护烧结，烧结温度为1320～1400℃：烧结时间为3～5h，然后在平衡气氛中冷却。
将制备好的磁心用HP4291A测试材料的磁导率、品质因素、温度特性、居里点，MATS-2000测试材料的饱和磁感应强度Bs，其磁导率、品质因素、温度特性、比磁滞损耗系数、饱和磁感应强度Bs、居里点的测试结果如下表三所示：
表二：实施例7～实施例10的主要成分和辅助成分的配比
表三：实施例7～实施例10的性能
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以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，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种低损耗、高饱和磁感应强度的Mn-Zn铁氧体磁性材料，其主相为尖晶石结构，主要成分及含量以氧化物计算为：
Fe2O3为52.5～55.5mol％(优选的是53～55mol％)；
ZnO为9.5～11.5mol％(优选的是9.5～11mol％)；
MnO为余量；
辅助成分及含量以氧化物计算为：CaO：400～800ppm(优选的是500～700ppm)、Nb2O5：100～400ppm(优选的是100～300ppm)和ZrO2：100～800ppm(优选的是100～600ppm)的两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的一种低损耗、高饱和磁感应强度的Mn-Zn铁氧体磁性材料，其中主要成分及含量以氧化物计算为：
Fe2O3为53～55mol％；
ZnO为9.5～11mol％；
MnO为余量；
3.根据权利要求1所述的一种低损耗、高饱和磁感应强度的Mn-Zn铁氧体磁性材料，其中辅助成分及含量以氧化物计算为：CaO：500～700ppm、Nb2O5：100～300ppm和ZrO2：100～600ppm的两种以上的组合。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种低损耗、高饱和磁感应强度的Mn-Zn铁氧体磁性材料，其特征在于所述的Mn-Zn铁氧体磁性材料的磁导率为3800土25％，常温(25℃)下Bs为550±20mT，高温(100℃)下Bs为435±15mT。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种低损耗、高饱和磁感应强度的Mn-Zn铁氧体磁性材料，其特征在于所述Mn-Zn铁氧体磁性材料在10kHz的tgδ/μi在(0.7～1.2)×10-6，在100kHz的tgδ/μi在(1.7～2.2)×10-6，所述Mn-Zn铁氧体磁性材料的居里温度为大于255℃。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种低损耗、高饱和磁感应强度的Mn-Zn铁氧体磁性材料，其特征在于所述Mn-Zn铁氧体磁性材料的比磁滞损耗系数ηB＜0.3，在温度为5～25℃，比温度系数为+1.0～+4.0，在温度为25～55℃，比温度系数为-1.0～-3.0。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |