专利名称：一种宽温低损耗MnZn铁氧体材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种MnZn铁氧体材料及其制造方法，并且尤其涉及一种宽温低损耗 MnZn铁氧体材料及其制造方法。
背景技术：
随着电子设置轻薄化发展，锰锌软磁铁氧体磁性材料在这些设备中，得到越来越广泛的应用。其中具有高磁导率，高Bs，宽温低损耗的锰锌铁氧体磁性材料，越来越成为电源变压器、自动化，通信领域不可缺少的组成部分。一般情况下，开关电源变压器使用的磁性材料都是根据工作环境温度(100°C )来开发设计和生产的，但是，很多设备待机温度为常温，这种材料在常温(25°C )待机情况下，功耗损失是很大的，一般高达600kW/m3以上，在常温待机状态时的电能消耗很严重。另外，在汽车电子等行业，随着工作环境的变化，磁性材料器件周围的温度也随着变化，其自身的功耗损失也随着变化。在通讯领域，随着南北地域差异，四季气候变化，也会引起磁性材料器件自身功耗损失变化。这时，就需要具有宽温度范围内，损耗低且变化小的材料，来保证设备能够在任何情况下都能正常工作。由于磁性部件大部分是在有大电流或直流偏场的情况下工作，还希望材料具有高的Bs。日本TDK公司在2003年开发出宽温低损耗材料PC95，在IOOkHz，200mT条件下， 250C - 120°C温度范围内功耗都小于350kW/m3，日本FDK公司，德国EPCOS公司、Ferrocube 等公司也先后开发出类似的宽温低损耗材料，但都没有性能达到25°C — 140°C温度范围内功耗都小于350kW/m3，在25°C，100°C，1200A/m条件下，Bs分别达到530mT，410mT以上的同类报到。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种宽温低损耗MnZn铁氧体材料。本发明的MnZn铁氧体材料包括主成分和辅助成分，其中所述主成分是51mol% — 54mol%的氧化铁、33mol% — 41mol%的氧化锰和8mol% — 13mol%的氧化锌，其中氧化锰的含量以Mn计；以及所述辅助成分选自CaC03、Si02、Nb205、V205、Co0、Ni0、Ni203、Ti02中的至少四种，基于所述主成分的总重量，CaCO3 0. 02 — 0. 06wt%、SiO2 0. 002 — 0. 01wt%、Nb2O5 0. 02 — 0. 06wt%、V205 0. 01 — 0. 05wt%、Co0 0. 20 — 0. 50wt%、Ni0 0. 05 — 0. 30wt%>Ni2O3 0. 05 — 0. 25wt%、TiO2 :0· 06 — 0. 20wt%。本发明还提供了一种MnZn铁氧体材料的制造方法，该方法包括步骤
1)将Fe203、Mn3O4和ZnO按所述比例湿磨混和均勻并烘干；
2)将步骤1)所得粉料800- 920°C下预烧1 一 3小时；
3)向步骤2)所得粉料按所述比例添加至少四种所述辅助成分，再加入以占所述主要成分总重量计的60wt% - 120wt%的去离子水、0. 5wt% - 3wt%的分散剂、0. 5wt% 一 3wt%的消泡剂一起进行球磨，使球磨后的粉料粒径达1. 0 士 0. 2 μ m ；4)基于所述步骤3)所得的粉料总重量，向所述步骤3)所得的粉料中添加7wt%—12wt% 的有机粘合剂，混合均勻造粒得颗粒料；
5)采用50MPa- 200MPa的压力，将颗粒料压制成生坯样品；
6)将步骤5)所得的生坯样品在1300°C— 1350°C的烧结温度下烧结，并在所述烧结温度下保温3 - 5小时，然后冷却至180°C出炉，其中保温段氧分压为1% - 15%，降温过程采用平衡氧分压。本发明中使用的有机粘合剂为聚乙烯醇。本发明中使用的分散剂和消泡剂可以是本领域中常用的分散剂和消泡剂，如消泡剂可以选用正辛酸、硬脂酸等，分散剂可以选用聚丙酸、葡糖酸、柠檬酸等。 本发明方法中的平衡氧分压根据公式Ig(P(O2))HWT计算，其中a取值5 — 10，b取值10000 15000，Γ为绝对温度。本发明的宽温低损耗MnZn铁氧体，晶粒均勻致密，平均晶粒尺寸约10 μ m — 15 μ m,经测试其磁性能，指标如下
1.本发明的宽温低损耗MnZn铁氧体具有高于3000的起始磁导率；
2.本发明的高Bs低损耗MnZn铁氧体制成0R25X8— 15mm标准样环，在20Ts，200mT， IOOkHz条件下测试损耗特性，在25°C - 140°C损耗低于350kW/m3，在100°C损耗低于300kW/ m3；
3.本发明的宽温低损耗MnZn铁氧体制成0R25X8— 15mm标准样环，在1194A/m条件下，25°C、100°C 的 Bs 分别高于 530mT、410mT。本发明通过添加四种或四种以上的辅助成分CaC03、SiO2, Nb2O5, V2O5, CoO, NiO、 m203、Ti02，并对添加量进行优化组合，利用低价离子冲淡高价离子对二峰的影响，实现 MnZn铁氧体材料在常温和高温都有高Bs的前提下，25°C — 140°C损耗低于350kW/m3，在 100°C损耗低于300kW/m3。从而有效地解决了宽温范围难以实现低损耗的问题。本发明对具有助熔剂作用的添加剂及其添加量进行优化组合，有效地降低了烧结温度，使烧结的最高保温温度降低至1350°C以下。在相对低的烧结温度下，晶粒生长均勻、 致密，平均晶粒尺寸约IOym — 15μπι，大小合适，避免了晶粒的异常长大，从而制造出一种宽温低损耗的MnZn铁氧体，尤其在25°C — 140°C范围内，表现出低损耗特性的MnZn铁氧体。另外，本发明中利用低价离子冲淡高价离子技术，稳定了材料的二峰温度，实现 MnZn铁氧体材料在常温和高温都有高Bs的前提下，在25°C — 140°C范围内降低了 MnZn铁氧体材料功耗，从而节约能耗，更加实用。在下面的描述中提出了本发明的一个或多个实施方案的细节。从说明书以及从权利要求来看，本发明的其他特征、目的和优势将是明显的。
具体实施例方式以下各实施例中的各物质均可从市场上购得。实施例1:
用砂磨机将主成分为53. 2mol%的Fe2O3、以Mn计36. Omo 1%的Mn3O4和10. 8mol%的 ZnO湿磨混合均勻置于干燥箱中烘干。用箱式电阻炉，将所得粉料在880°C下预烧2小时。 然后将预烧后的粉料放入球磨机中，基于所述主成分的总重量，向所得粉料中添加辅助成分:0. 03wt% 的 CaCO3,0. 006wt% 的 SiO2,0. 03wt% 的 Nb205、0. 38wt% 的 Co0、0. 04wt% 的 V2O5, 0. 15wt%的Ni0、0. 02wt%的Ni2O3 ；0. 15wt%的TiO2 ；再加入以占所述主成分总重量计的 66wt%的去离子水、lwt%的分散剂、lwt%的消泡剂一起进行球磨。将此粉料球磨至平均粒度为1. 0士0. 2mm左右；基于球磨后的粉料的总重量，向该粉料中添加8wt%的聚乙烯醇溶液， 混合均勻造粒，采用50 - 200MPa的压力将颗粒料压制成生坯样品；最后在用计算机程序控制的钟罩炉内，在1320°C的温度下烧结，并在烧结温度下保温4. 5小时，在平衡气氛下冷却至180°C出炉，保温氧分压5. 8%，降温过程采用平衡氧分压。将前述制造的材料制成0R25 X 8 — 15mm的标准样环，在20Ts，200mT，IOOkHz的条件下检测起始磁导率和功耗，在1194A/m条件下测试Bs。检测结果列在下面的表2中，即 起始磁导率3332 ；在 25°C、100°C、14(TC损耗分别为 331. 5kff/m\303. 6kW/m3、343. 6kW/m3。 25°C，100°C 的 Bs 分别为 538mT、415mT。 实施例2— 5:
实施例2 - 5的各组分参见下面的表1，实施步骤同上述实施例1。将实施例2 — 5所制备的材料的磁性能检测结果列在下面的表2中，。比较实施例1 一 2
比较实施例1 一 2的各组分参见下面的表1，实施步骤同上述实施例1。将比较实施例 1所制备的材料的磁性能检测结果列在下面的表2中。表权利要求
1.一种宽温低损耗MnZn铁氧体材料，其特征在于所述MnZn铁氧体材料包括主成分和辅助成分，其中所述主成分是51 Mol% - 54Mol%的氧化铁、33 Mol% 一 41Mol%的氧化锰和8 - 13Mol%的氧化锌，其中氧化锰的含量以Mn计；以及所述辅助成分选自CaC03、SiO2, Nb2O5, V2O5, CoO、NiO、Ni203、TiO2中的至少四种，基于所述主成分的总重量，CaCO3 0. 02 — 0. 06wt%、SiO2 0. 002 — 0. 01wt%、Nb2O5 0. 02 — 0. 06wt%、V2O5 0. 01 — 0. 05wt%、CoO 0. 20 — 0. 50wt%、NiO 0. 05 — 0. 30wt%、Ni2O3 0. 05 — 0. 25wt%、TiO2 0. 06 — 0. 20wt%。
2.如权利要求1所述的MnZn铁氧体材料，其特征在于所述铁氧体材料具有高于3000 的起始磁导率。
3.如权利要求1所述的MnZn铁氧体材料，其特征在于所述铁氧体材料在20Ts， 200mT, IOOkHz的条件下，25°C 一 140°C的损耗低于350kW/m3，其中100°C的损耗低于300kW/3m ο
4.如权利要求1所述的MnZn铁氧体材料，其特征在于所述铁氧体材料在1194A/m条件下，25°C，100°C 的 Bs 分别高于 530mT、410mT。
5.一种如权利要求1所述的高Bs低损耗MnZn铁氧体材料的制造方法，其特征在于 包括以下步骤1)将Fe203、Mn3O4和ZnO按所述比例湿磨混和均勻并烘干；2)将步骤1)所得粉料800- 920°C下预烧1 一 3小时；3)向步骤2)所得粉料按所述比例添加至少四种所述辅助成分，再加入以占所述主要成分总重量计的60wt% - 120wt%的去离子水、0. 5wt% - 3wt%的分散剂、0. 5wt% 一 3wt%的消泡剂一起进行球磨，使球磨后的粉料粒径达1. 0 士 0. 2 μ m ；4)基于所述步骤3)所得的粉料总重量，向所述步骤3)所得的粉料中添加7wt%—12wt% 的有机粘合剂，混合均勻造粒得颗粒料；5)采用50MPa- 200MPa的压力，将颗粒料压制成生坯样品；6)将步骤5)所得的生坯样品在1300°C— 1360°C的烧结温度下烧结，并在所述烧结温度下保温3 - 5小时，然后冷却至180°C出炉，其中保温段氧分压为1% - 15%，降温过程采用平衡氧分压。
6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于所述步骤4)中的所述有机粘合剂为聚乙烯醇。
全文摘要
本发明提供了一种宽温低损耗MnZn铁氧体材料，该MnZn铁氧体材料包括主成分和辅助成分，其中所述主成分是51mol%－54mol%的氧化铁、33mol%－41mol%的氧化锰和8－13mol%的氧化锌，其中氧化锰的含量以Mn计；所述辅助成分选自CaCO3、SiO2、Nb2O5、V2O5、CoO、NiO、Ni2O3、TiO2中的至少四种，基于所述主成分的总重量，CaCO30.02－0.06wt%、SiO20.002－0.01wt%、Nb2O50.02－0.06wt%、V2O50.01－0.05wt%、CoO0.20－0.50wt%、NiO0.05－0.30wt%、Ni2O30.05－0.25wt%、TiO20.06－0.20wt%。
文档编号C04B35/26GK102219487SQ20111009532
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月16日 优先权日2011年4月16日
发明者汪南东, 谭福清, 豆小明, 黄爱萍 申请人:江门安磁电子有限公司