JPH08288117A - 低損失酸化物磁性材料及びその製造方法 - Google Patents

低損失酸化物磁性材料及びその製造方法

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JPH08288117A
JPH08288117A JP7110124A JP11012495A JPH08288117A JP H08288117 A JPH08288117 A JP H08288117A JP 7110124 A JP7110124 A JP 7110124A JP 11012495 A JP11012495 A JP 11012495A JP H08288117 A JPH08288117 A JP H08288117A
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JP
Japan
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mol
oxide
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cao
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JP7110124A
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Yoshitaka Yasuda
吉孝 安田
Tsutomu Otsuka
努 大塚
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Tokin Corp
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Tokin Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/34Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
    • H01F1/342Oxides
    • H01F1/344Ferrites, e.g. having a cubic spinel structure (X2+O)(Y23+O3), e.g. magnetite Fe3O4

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  • Power Engineering (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 P25を高濃度で含有する酸化鉄原料を使用
し、100kHz付近の周波数においても発熱量を抑え
た低損失酸化物磁性材料及びその製造方法を提供するこ
と。 【構成】 P25が0.01〜0.1wt%含まれている
Fe23原料を使用し、主成分を52〜54mol%の
Fe23、33〜37mol%のMnO及び残部ZnO
で構成し、副成分として、0.004〜0.03wt%の
SiO2、0.03〜0.08wt%のCaO及び0.08
wt%以下(0を含まず)のK2Oを含有させ、電力損
失を100kHz,2000G,100℃で600kw
/m3以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低損失酸化物磁性材料
及びその製造方法に関し、特に、スイッチング電源等に
搭載されるMn−Znフェライト及びその製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、スイッチング電源等に使用さ
れる磁性材料としては、Mn−Znフェライトが用いら
れており、その駆動周波数は、200kHz程度以下が
最も一般的である。この領域では、高性能と共に、安価
な材料が求められている。
【0003】一般に、この周波数帯域での電力損失は、
渦電流損失及びヒステリシス損失が主体となっており、
この両者を如何に低減するかが、極めて重要な課題とな
っている。
【0004】渦電流損失を低減するためには、焼結体の
スピネル相又は粒界相の電気抵抗を向上させることが、
不可欠である。
【0005】スピネル相自身の電気抵抗を向上させる方
法として、焼結条件の酸素分圧を高めることによるFe
2+の減少、又はTi4+,Sn4+を含有せしめ、Fe3+
置換させることによるFe2+とFe3+間の電子のホッピ
ング現象の発生抑制法がある。
【0006】しかし、酸素分圧を高めることは、Fe2+
の極端な減少によるμiの著しい劣化、Hcの増大とい
う磁気特性の劣化を招く。又、Ti4+,Sn4+等の添加
は、パワーロスの温度特性においてパワーロス値が最小
となる温度(以下、ミニマムポイントと称す)が、低温
側へ著しく移動してしまうため、好ましくない。更に、
両者のいずれの方法でも、スピネル相自身の電気抵抗を
向上させても、思ったほど、焼結体の電気抵抗は大きく
ならないという最大の欠点がある。
【0007】一方、粒界相の電気抵抗を向上させる方法
としては、SiO2,CaOを添加することにより、高
抵抗な粒界相を形成せしめる方法が一般的に知られてい
る。
【0008】この方法は、フェライト焼結体の抵抗を向
上させる方法としては、最も効果的であり、最もよく使
用されている方法である。この方法により、結晶粒成長
が制御でき、均一な結晶粒組織が得られ、ヒステリシス
損失の低減を図ることができる。
【0009】ところで、一般に、Mn−Znフェライト
にP25が含有している場合、結晶粒径が不均一になり
易いため、ヒステリシス損失が増大するばかりか、渦電
流損失も著しく劣化する。又、前記のように、粒界相の
電気抵抗の向上のため、SiO2,CaOを添加した場
合、より不均一になり易く、ヒステリシス損失、渦電流
損失も著しく劣化する。
【0010】P25は、主に、酸化鉄原料中に多量に含
有する場合が多く、価格も含有しないものに対し安価で
あるが、このような酸化鉄原料を使用する場合、前記の
ような理由から、結晶粒径を均一にし、充分に粒界相の
電気抵抗の向上を図ることができないため、パワーロス
の増大を招き、各種OA機器等の低損失を要求されるコ
イル、トランス材料に対しては、使用不可能であった。
【0011】以上のように、P25を酸化鉄原料中に含
有する場合には、均一な結晶粒径を有する優れた磁気特
性を示すMn−Znフェライトは得られなかった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、P25を高
濃度で含有する酸化鉄原料を使用し、数十kHz〜10
0kHz付近までの周波数領域においても、発熱量を抑
えた低損失酸化物磁性材料及びその製造方法を提供する
ことにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記の問題を解決するた
め、種々の検討を行った結果、本発明者は、P25を含
有する安価な酸化鉄原料を用いて、Mn−Znフェライ
トを製造する際、K2Oを0.08wt%以下(0を含ま
ず)、SiO2を0.004〜0.03wt%、CaOを
0.03〜0.08wt%それぞれ含有させることによ
り、優れた磁気特性を有する酸化物磁性材料が得られる
ことを見い出したものである。
【0014】即ち、本発明は、主成分として52〜54
mol%の酸化第二鉄(Fe23)、33〜37mol
%の酸化マンガン(MnO)及び残部の酸化亜鉛(Zn
O)よりなり、0.004〜0.03wt%の二酸化珪素
(SiO2)、0.03〜0.08wt%の酸化カルシウ
ム(CaO)、0.007〜0.07wt%の五酸化リン
(P25)及び0.08wt%以下(0を含まず)の酸
化カリウム(K2O)を含有し、電力損失が100kH
z,2000G,100℃で600kw/m3以下であ
ることを特徴とする低損失酸化物磁性材料である。
【0015】又、本発明は、0.01〜0.1wt%のP
25を含有する酸化鉄原料を使用し、焼結体の最終組成
が52〜54mol%のFe23、33〜37mol%
のMnO、残部のZnO、0.004〜0.03wt%の
SiO2、0.03〜0.08wt%のCaO、0.08w
t%以下(0を含まず)のK2Oとなるよう、所定の原
料を配合し、混合し、予焼し、造粒した後、成形し、焼
結して、電力損失が100kHz,2000G,100
℃で600kw/m3以下である焼結体を得ることを特
徴とする低損失酸化物磁性材料の製造方法である。
【0016】ここで、本発明おいて、Fe23が52〜
54mol%、MnOが33〜37mol%とした理由
は、Fe23が52mol%未満、もしくはMnOが3
7mol%を越えると、電力損失が増大し、Fe23
54mol%を越えるか、もしくはMnOが33mol
%未満であると、電力損失のミニマムポイントが低いた
め、好ましくない。
【0017】又、K2Oの含有量を0.08wt%以下と
した理由は、P25を含有するMn−Znフェライトに
おいて、0.08wt%までは、結晶粒径が均一とな
り、磁気特性が向上するが、0.08wt%を越えた時
は磁気特性が劣化し、実用に耐えられないからである。
【0018】又、P25の含有量を0.05wt%以下
とした理由は、0.05wt%を越えた場合、K2Oを含
有させても、著しく結晶粒径が不均一となり、磁気特性
が劣化するからである。
【0019】又、SiO2の含有量を0.004wt%以
上、CaOの含有量を0.03wt%以上とした理由
は、それぞれ0.004wt%、0.03wt%未満であ
ると、充分な電気抵抗が得られず、渦電流損失が増大
し、磁気特性が劣化するためである。又、SiO2の含
有量を0.03wt%以下、CaOの含有量を0.08w
t%以下とした理由は、それぞれ0.03wt%、0.0
8wt%を越えると、著しく結晶粒径が不均一となり、
磁気特性を劣化させてしまうからである。
【0020】
【作用】P25を多量に含有する酸化鉄を用いた場合、
2Oを添加することで、粒成長を制御することが容易
となり、異常粒成長が抑制され、均一な組織が得られる
ため、ヒステリシス損失が低減する。又、粒成長の制御
が容易となることで、粒界層の形成が促進され、渦電流
損失が改善される。
【0021】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。
【0022】(実施例1)主成分として、P25が0.
036wt%含まれているFe23,Mn34,ZnO
の原料を、Fe23,MnO,ZnO換算で、それぞれ
51.5〜54.5mol%、32.5〜37.5mol
%、9〜16mol%となるように秤量し、更に、副成
分として、K2Oを0.03wt%、SiO2を0.016
wt%、CaOを0.04wt%となるよう、各々添加
し、これらを混合、仮焼、解砕、造粒し、成形プレスし
た後、酸素分圧5.0vol%以下で、温度1200〜
1400℃において焼成し、焼結体を得た。
【0023】表1に、得られた焼結体の周波数100k
Hz、磁束密度2000G、温度100℃の条件での電
力損失を示した。
【0024】
【0025】表1より、Fe23が52〜54mol
%、MnOが33〜37mol%、及びZnOが9〜1
6mol%の範囲で、低い電力損失が得られることがわ
かる。
【0026】(実施例2)主成分として、P25が各々
0.004,0.01,0.014,0.029,0.04
3,0.057,0.071,0.086,0.1,0.1
14wt%含まれているFe23,Mn34,ZnOの
原料を、Fe23,MnO,ZnO換算で、それぞれ5
2.5mol%、35.0mol%、12.5mol%と
なるように秤量し、更に、副成分として、K2Oを0.0
3wt%、SiO2を0.016wt%、CaOを0.0
4wt%となるよう各々添加し、前記実施例1と同様の
方法で焼結体を得た。
【0027】図1に、得られた焼結体について、P25
をパラメータとした場合の周波数100kHz、磁束密
度2000G、温度100℃の条件での電力損失を示し
た。
【0028】図1より、P25含有量が0.07wt%
を越えた場合において、電力損失が著しく増大すること
がわかる。
【0029】(実施例3)P25が0.036wt%含
まれているFe23原料を使用して、実施例2と同様の
主成分に対して、副成分として、SiO2を0.016w
t%、CaOを0.04wt%、K2Oを0,0.01,
0.03,0.05,0.06,0.08,0.09wt%
となるように、各々添加し、前記実施例1と同様の方法
で焼結体を得た。
【0030】図2に、得られた焼結体について、K2
含有量をパラメータとした場合の周波数100kHz、
磁束密度2000G、温度100℃の条件での電力損失
を示した。
【0031】図2より、K2O含有量が0.08wt%を
越えた場合において、電力損失が著しく増大することが
わかる。
【0032】(実施例4)P25が0.036wt%含
まれているFe23原料を使用して、実施例2と同様の
主成分に対して、副成分として、K2Oを0.03wt
%、CaOを0.04wt%、SiO2を0.002,0.
004,0.01,0.015,0.02,0.03,0.
04wt%となるように各々添加し、前記実施例1と同
様の方法で焼結体を得た。
【0033】図3に、得られた焼結体についてSiO2
をパラメータとした場合の周波数100kHz、磁束密
度2000G、温度100℃の条件での電力損失を示し
た。
【0034】図3より、SiO2含有量が0.004〜
0.03wt%において、低い電力損失であることがわ
かる。
【0035】(実施例5)P25が0.036wt%含
まれているFe23原料を使用して、実施例2と同様の
主成分に対して、副成分として、K2Oを0.03wt
%、SiO2を0.016wt%、CaOを0.02,0.
03,0.04,0.05,0.06,0.08,0.09
wt%となるように各々添加し、前記実施例1と同様の
方法で焼結体を得た。
【0036】図4に、得られた焼結体について、CaO
含有量をパラメータとした場合の周波数100kHz、
磁束密度2000G、温度100℃の条件での電力損失
を示した。
【0037】図4より、CaO含有量が0.03〜0.0
8wt%において、低い電力損失であることがわかる。
【0038】なお、以上の実施例において、添加物とし
てK2Oを用いたが、K2CO3,KCl等を用いて添加
しても、同様な効果が得られる。
【0039】
【発明の効果】以上の説明でも明らかなように、本発明
によれば、P25を高濃度で含有する酸化鉄原料を使用
して、K2O、SiO2、CaOをそれぞれ含有させるこ
とより、周波数が100kHz付近の周波数領域におい
ても、優れた磁気特性を有する酸化物磁性材料及びその
製造方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例2により作製した焼結体におけるP25
含有量に対する電力損失の関係を示す図。
【図2】実施例3により作製した焼結体におけるK2
含有量に対する電力損失の関係を示す図。
【図3】実施例4により作製した焼結体におけるSiO
2含有量に対する電力損失の関係を示す図。
【図4】実施例5により作製した焼結体におけるCaO
含有量に対する電力損失の関係を示す図。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分として52〜54mol%の酸化
    第二鉄(Fe23)、33〜37mol%の酸化マンガ
    ン(MnO)及び残部の酸化亜鉛(ZnO)よりなり、
    0.004〜0.03wt%の二酸化珪素(SiO2)、
    0.03〜0.08wt%の酸化カルシウム(CaO)、
    0.007〜0.07wt%の五酸化リン(P25)及び
    0.08wt%以下(0を含まず)の酸化カリウム(K2
    O)を含有し、電力損失が100kHz,2000G,
    100℃で600kw/m3以下であることを特徴とす
    る低損失酸化物磁性材料。
  2. 【請求項2】 0.01〜0.1wt%のP25を含有す
    る酸化鉄原料を使用し、焼結体の最終組成が52〜54
    mol%のFe23、33〜37mol%のMnO、残
    部のZnO、0.004〜0.03wt%のSiO2、0.
    03〜0.08wt%のCaO、0.08wt%以下(0
    を含まず)のK2Oとなるよう、所定の原料を配合し、
    混合し、予焼し、造粒した後、成形し、焼結して、電力
    損失が100kHz,2000G,100℃で600k
    w/m3以下である焼結体を得ることを特徴とする低損
    失酸化物磁性材料の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1306542C (zh) * 2003-12-03 2007-03-21 横店集团东磁股份有限公司 方型偏转磁芯的制备方法及其材料
CN112125658A (zh) * 2020-09-30 2020-12-25 山东春光磁电科技有限公司 电磁炉加热板用磁泥粉及其制备方法

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