TW202400542A - MnZn系鐵氧體 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可以在25℃~120℃的廣泛溫度範圍內降低磁芯損耗的MnZn系鐵氧體。本發明所述的MnZn系鐵氧體以氧化物換算含有50mol%~53mol%的Fe
2O
3、8mol%~10mol%的ZnO、以及37mol%~42mol%的MnO作為主要成分，並且以氧化物換算含有100ppm~300ppm的CaO、120ppm以下的SiO
2、100ppm~500ppm的Nb
2O
5、0ppm~200ppm的ZrO
2、2000ppm~4000ppm的Co
3O
4、以及0ppm~1500ppm的SnO
2作為副成分。
Description
本發明涉及一種用作開關電源等變壓器材料的MnZn系鐵氧體，尤其涉及磁芯損耗的溫度依賴性小的MnZn系鐵氧體。
MnZn系鐵氧體具有磁芯損耗小、飽和磁通密度較大的特徵，因此廣泛用作開關電源等變壓器材料。通常，MnZn系鐵氧體以Fe
2O
3、ZnO和Mn為主要成分，通過在該主要成分中添加CaO、SiO
2和Nb
2O
5等各種副成分而構成。這種MnZn系鐵氧體需要具有高飽和磁通密度，並且考慮到電源等的工作環境還需要在廣泛溫度範圍內具有低磁芯損耗，因此，提出了各種磁芯損耗的溫度依賴性低的MnZn系鐵氧體。
作為現有的MnZn系鐵氧體，例如在專利文獻1中公開了一種MnZn系鐵氧體，含有以Fe
2O
3換算為53.2~54.5mol%的氧化鐵、以ZnO換算為7.5~11.5mol%的氧化鋅、餘量的氧化錳(MnO)作為主要成分。具體而言，對於該主要成分，含有以Co
3O
4換算為2000~4500ppm的氧化鈷、以SiO
2換算為60~140ppm的氧化矽、以CaO換算為300~700ppm的氧化鈣、以及以Nb
2O
5換算為100~350ppm的氧化鈮。由此，可以獲得在廣泛溫度範圍內降低磁芯損耗的MnZn系鐵氧體。
此外，在專利文獻2中公開了一種MnZn系鐵氧體，含有Fe
2O
3、ZnO、MnO作為主要成分，並且相對於以該氧化物換算的該主要成分的總量100質量份，含有以SiO
2換算大於0.001質量份且小於等於0.015質量份的Si、以CaCO
3換算大於0.1質量份且小於等於0.35質量份的Ca、以Co
3O
4換算小於等於0.4質量份(不包括0)的Co、以Ta
2O
5換算小於等於0.1質量份(包括0)的Ta、以ZrO
2換算小於等於0.1質量份(包括0)的Zr、以Nb
2O
5換算小於等於0.05質量份(包括0)的Nb作為副成分。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻：日本特開2002-231520號公報
專利文獻：國際公開第2017/164350號
-發明所要解決的問題-
專利文獻1和專利文獻2所述的MnZn系鐵氧體通過將MnZn系鐵氧體的各成分的含量設定在規定範圍內，能夠相對地降低磁芯損耗。但是，為了使變壓器小型化及高效率化，需要在廣泛溫度範圍內進一步降低磁芯損耗，為此，需要將有助於降低磁芯損耗的MnZn系鐵氧體的各成分的含量設定在更合適的範圍內。
本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於提供一種能夠在25℃~120℃的廣泛溫度範圍內降低磁芯損耗的MnZn系鐵氧體。
-用於解決問題的方案-
為了實現上述目的，在本發明中，將MnZn系鐵氧體的各成分的含量設定在如下所示的規定範圍內。
具體而言，本發明所述的MnZn系鐵氧體特徵在於，該MnZn系鐵氧體以氧化物換算含有50mol%~53mol%的Fe
2O
3、8mol%~10mol%的ZnO、以及37mol%~42mol%的MnO作為主要成分，並且以氧化物換算含有100ppm~300ppm的CaO、120ppm以下的SiO
2、100ppm~500ppm的Nb
2O
5、0ppm~200ppm的ZrO
2、2000ppm~4000ppm的Co
3O
4、以及0ppm~1500ppm的SnO
2作為副成分。
根據本發明所述的MnZn系鐵氧體，通過將MnZn系鐵氧體的各成分的含量設定在上述規定範圍內，可以降低磁芯損耗。特別是，在本發明所述的MnZn系鐵氧體中，以氧化物換算含有50mol%~53mol%的Fe
2O
3、8mol%~10mol%的ZnO、以及37mol%~42mol%的MnO作為主要成分，因此能夠獲得高飽和磁通密度，並且獲得降低磁芯損耗的效果。進而，在本發明所述的MnZn系鐵氧體中，含有所述範圍的CaO、SiO
2、Nb
2O
5、ZrO
2、Co
3O
4和SnO
2作為副成分，因此可以在廣泛溫度範圍內降低磁芯損耗。在該副成分的含量範圍內，如果CaO和SiO
2超過上述範圍，則燒成時容易引起結晶的異常晶粒生長，因此磁芯損耗有可能增大，如果CaO不滿足上述範圍，則無法充分形成電阻高的晶界，因此磁芯損耗有可能增大。如果Co
3O
4和Nb
2O
5不滿足上述範圍，則降低磁芯損耗的效果有可能減小，如果Co
3O
4和Nb
2O
5超過所述範圍，則磁芯損耗有可能增大。另外，如果ZrO
2和SnO
2超過上述範圍，則磁芯損耗有可能增大。結合這些特性，根據本發明所述的MnZn系鐵氧體，可以在25℃~120℃的廣泛溫度範圍內降低磁芯損耗。
另外，在本發明所述的MnZn系鐵氧體中，較佳地，以氧化物換算含有150ppm~250ppm的CaO、50ppm~150ppm的ZrO
2、2000ppm~3000ppm的Co
3O
4、以及500ppm~1000ppm的SnO
2作為該副成分。
通過如上所述將MnZn系鐵氧體的副成分的含量設定在更合適的範圍內，可以在廣泛溫度範圍內有效地降低磁芯損耗。
-發明的效果-
根據本發明所述的MnZn系鐵氧體，可以在25℃~120℃的廣泛溫度範圍內降低磁芯損耗。
以下，對本發明的實施方式進行說明。以下較佳實施方式的說明本質上僅為示例，並不意圖限制本發明、本發明的適用方法、或者本發明的用途。
首先，對本發明的一實施方式涉及的MnZn系鐵氧體進行說明。
本實施方式涉及的MnZn系鐵氧體以氧化物換算含有50mol%~53mol%的Fe
2O
3、8mol%~10mol%的ZnO、以及37mol%~42mol%的MnO作為主要成分。如果Fe
2O
3、ZnO和MnO超出上述含量範圍，則磁芯損耗有可能增大。
進而，本實施方式涉及的MnZn系鐵氧體以氧化物換算含有100ppm~300ppm的CaO、120ppm以下的SiO
2、100ppm~500ppm的Nb
2O
5、0ppm~200ppm的ZrO
2、2000ppm~4000ppm的Co
3O
4、以及0ppm~1500ppm的SnO
2作為副成分。
在上述副成分的含量範圍內，如果CaO小於100ppm，則磁芯損耗有可能增大，如果CaO超過300ppm，則燒成時容易引起結晶的異常晶粒生長，導致磁芯損耗有可能增大。CaO的含量較佳為185ppm~280ppm，CaO的含量更佳為220ppm~280ppm。
在上述副成分的含量範圍內，如果SiO
2超過120ppm，則燒成時容易引起結晶的異常晶粒生長，導致磁芯損耗有可能增大。 SiO
2的含量更佳為117ppm以下。
在上述副成分的含量範圍內，如果Nb
2O
5小於100ppm，則降低磁芯損耗的效果有可能減小，如果Nb
2O
5超過500ppm，則燒成時容易引起結晶的異常晶粒生長，磁芯損耗有可能增大。Nb
2O
5的含量較佳為300ppm~400ppm。
在上述副成分的含量範圍內，如果Co
3O
4小於2000ppm，則磁芯損耗的溫度依賴性增大，降低磁芯損耗的效果有可能減小，如果Co
3O
4超過4000ppm，則磁芯損耗有可能增大。 Co
3O
4的含量較佳為2650ppm~3100ppm。
在上述副成分的含量範圍內，如果SnO
2和ZrO
2超出上述含量範圍，則磁芯損耗有可能增大。SnO
2的含量較佳為0ppm~1000ppm，ZrO
2的含量較佳為0ppm~110ppm。
進而，在本實施方式中，較佳地，以氧化物換算含有150ppm~250ppm的CaO、50ppm~150ppm的ZrO
2、2000ppm~3000ppm的Co
3O
4、以及500ppm~1000ppm的SnO
2作為上述副成分。由此，可以獲得能夠在25℃~120℃的廣泛溫度範圍內更有效地降低磁芯損耗的MnZn系鐵氧體。CaO的含量更佳為185ppm~215ppm，ZrO
2的含量更佳為90ppm~110ppm，Co
3O
4的含量更佳為2650ppm~2750ppm，SnO
2的含量更佳為900ppm~1000ppm。
另外，在本實施方式中，較佳地，作為上述副成分，Nb
2O
5與CaO之比(Nb
2O
5/CaO)為1.0~2.5。通過將Nb
2O
5與CaO之比設定在上述範圍內，可以減少磁芯損耗的溫度依賴性。
另外，在本實施方式中，較佳地，實質上不含TiO
2、V
2O
5、MoO
3、Bi
2O
3作為副成分。
接著，對本發明的一實施方式涉及的MnZn系鐵氧體的較佳製備方法進行說明。
首先，將各主要成分的原料(Fe
2O
3、ZnO、MnO)的粉末濕法混合之後，在800℃~900℃範圍內的規定溫度下進行預燒成、粉碎。然後，添加規定量的副成分的原料(CaO、SiO
2、Nb
2O
5、ZrO
2、Co
3O
4、SnO
2)，得到混合粉末。
如上所得到的主要成分和副成分組成的混合粉末為了成形為所需形狀，首先造粒成顆粒。為此，於混合粉末中適當添加少量的黏合劑，例如聚乙烯醇，並且將其噴霧乾燥。
所得到的顆粒成形為所需形狀，成形體用於燒成步驟。燒成步驟分為升溫步驟、維持步驟和冷卻步驟進行。特別地，在維持步驟中，維持溫度為1200℃~1300℃，維持2小時~5小時。此時，氣氛氧濃度調整為1%~5%之間，在冷卻步驟中採用平衡氧分壓(equilibrium oxygen partial pressure)進行調節。如上所述，可以製備成形為所需形狀的MnZn系鐵氧體。
實施例
以下，對應用本發明的實施例及其比較例進行說明。本實施例是本發明的示例，並不旨在限定本發明的範圍。
(樣品的製作)
首先，採用以下方法，製作實施例1、2以及比較例1~4的MnZn系鐵氧體的樣品。具體而言，對於各實施例和比較例的樣品，稱量主要成分的原材料(Fe
2O
3、MnO、ZnO)，以達到表1所示組成，然後進行濕法混合。濕法混合所得的漿料乾燥之後，在800℃~900℃下進行預燒成，然後粉碎。然後，於所得的預燒成粉中適量添加並混合作為副成分的CaO、Nb
2O
5、Co
3O
4、ZrO
2、SnO
2、TaO
2等以達到表1所示的組成，加入黏合劑進行微粉碎之後，噴霧乾燥。所得的顆粒成形為規定形狀之後，進行燒成。
上述燒成步驟分為升溫步驟、維持步驟和冷卻步驟進行。升溫步驟在大氣中升溫至600℃~800℃，在還原氣氛中從其後的溫度升溫至維持溫度。此時，升溫速度為150℃/h~250℃/h。維持步驟的溫度為1200℃~1300℃，維持2小時~5小時。此時，氣氛氧濃度調整為1%~5%之間。在冷卻步驟中，以60℃/h~100℃/h的冷卻速度進行冷卻，氣氛氧濃度採用平衡氧分壓進行調節。通過以上燒成步驟，得到外徑25mm、內徑17mm、高11mm的樣品。
接著，對所得的各樣品進行磁芯損耗、飽和磁通密度和透磁率的評價。評價方法如下所述。
(磁芯損耗的溫度依賴性)
磁芯損耗採用如下方式進行評價：使用IWATSU ELECTRIC CO., LTD.公司SY-8217型分析儀，在所得的各實施例和比較例的樣品上將一次、二次側繞組分別纏繞3次，在頻率100kHz、最大磁通密度200mT的條件下、25℃~140℃的溫度範圍內進行評價。
(飽和磁通密度)
飽和磁通密度採用如下方式進行評價：使用IWATSU ELECTRIC CO., LTD.公司SY-8217型分析儀，在所得的各實施例和比較例的樣品上將一次、二次側繞組分別纏繞18次，在1kHz1194A/m、25℃、100℃的溫度條件下進行評價。
(透磁率)
透磁率採用如下方式進行評價：使用Keysight Technologies公司E4990A型分析儀，在所得的各實施例和比較例的樣品上將繞組纏繞10次，在1kHz、1V、常溫條件下進行評價。
各樣品的磁芯損耗、飽和磁通密度和透磁率的評價結果示於表2中。
表1
| 主要成分 | 副成分 | ||||||||||||||
| Fe 2O 3(mol%) | MnO (mol%) | ZnO (mol%) | NiO (mol%) | CaO (ppm) | SiO 2(ppm) | Nb 2O 5(ppm) | Nd 2O 5/CaO | ZrO 2(ppm) | Co 3O 4(ppm) | TiO 2(ppm) | SnO 2(ppm) | V 2O 5(ppm) | MoO 3(ppm) | Bi 2O 3(ppm) | |
| 實施例1 | 52.32 | 38.26 | 9.42 | 0 | 250 | ＜117 | 360 | 1.44 | 0 | 3050 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 實施例2 | 52.03 | 37.98 | 9.99 | 0 | 195 | ＜110 | 350 | 1.79 | 100 | 2700 | 0 | 950 | 0 | 0 | 0 |
| 比較例1 | 51.82 | 37.17 | 11 | 0 | 400 | ＜110 | 270 | 0.68 | 0 | 0 | 0 | 0 | 400 | 0 | 0 |
| 比較例2 | 52.22 | 39.76 | 8.02 | 0 | 125 | 0 | 330 | 2.64 | 230 | 800 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 比較例3 | 51.44 | 37.45 | 11.1 | 0 | 250 | ＜115 | 380 | 1.52 | 0 | 0 | 5000 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 比較例4 | 54.68 | 35.86 | 7.35 | 2.1 | 240 | 0 | 200 | 0.83 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 360 | 260 |
表2
| 磁心損耗 | 透磁率 | 飽和磁通密度 | |||||||
| (mW/cc, 100kHz-200mT) | (mT, 1kHz-1194A/m) | ||||||||
| 25℃ | 80℃ | 100℃ | 110℃ | 120℃ | 140℃ | 25℃ | 100℃ | ||
| 實施例1 | 306 | 308 | 344 | 374 | 404 | 471 | 3137 | 517 | 416 |
| 實施例2 | 325 | 261 | 305 | 329 | 348 | 410 | 3396 | 531 | 416 |
| 比較例1 | 619 | 440 | 492 | 535 | 591 | 750 | 2400 | 511 | 392 |
| 比較例2 | 655 | 429 | 446 | 465 | 485 | 530 | 2500 | 530 | 420 |
| 比較例3 | 848 | 680 | 721 | 775 | 835 | 973 | 1970 | 490 | 370 |
| 比較例4 | 775 | 417 | 395 | 434 | 506 | 700 | 1965 | 566 | 475 |
如表2所示，與不滿足本發明的組成範圍的比較例的MnZn系鐵氧體相比，滿足本發明的組成範圍的實施例的MnZn系鐵氧體具有更高的透磁率，特別是在25℃~120℃的溫度範圍內具有高飽和磁通密度並且磁芯損耗更小。因此，通過使用各實施例的MnZn系鐵氧體，可以獲得能夠在25℃~120℃的溫度範圍內降低磁芯損耗的MnZn系鐵氧體。
由上可知，以氧化物換算含有50mol%~53mol%的Fe
2O
3、8mol%~10mol%的ZnO、以及37mol%~42mol%的MnO作為主要成分，以氧化物換算含有100ppm~300ppm的CaO、120ppm以下的SiO
2、100ppm~500ppm的Nb
2O
5、0ppm~200ppm的ZrO
2、2000ppm~4000ppm的Co
3O
4、以及0ppm~1500ppm的SnO
2作為副成分的本發明所述的MnZn系鐵氧體在25℃~120℃的廣泛溫度範圍能夠有效地降低磁芯損耗。
無。
無。
無。
無。
Claims (2)
- 一種MnZn系鐵氧體，其特徵在於，該MnZn系鐵氧體以氧化物換算含有50mol%~53mol%的Fe 2O 3、8mol%~10mol%的ZnO、以及37mol%~42mol%的MnO作為主要成分，該MnZn系鐵氧體以氧化物換算含有100ppm~300ppm的CaO、120ppm以下的SiO 2、100ppm~500ppm的Nb 2O 5、0ppm~200ppm的ZrO 2、2000ppm~4000ppm的Co 3O 4、以及0ppm~1500ppm的SnO 2作為副成分。
- 如請求項1所述之MnZn系鐵氧體，其特徵在於，該MnZn系鐵氧體以氧化物換算含有150ppm~250ppm的CaO、50ppm~150ppm的ZrO 2、2000ppm~3000ppm的Co 3O 4、以及500ppm~1000ppm的SnO 2作為該副成分。
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| JP2022047039 | 2022-03-23 |
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