专利名称：一种高温低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法
技术领域：
本发明属于MnZn功率铁氧体材料领域，具体涉及ー种在高温条件下实现低损耗特性的高温低损耗MnZn功率铁氧体及其制备方法。
背景技术：
MnZn功率铁氧体是电子元器件的重要组成部分，目前主流的开关电源变压器都エ作在100°C左右，现有的MnZn功率铁氧体功耗谷点都在100°C，材料120°C时的损耗比较 大。没有兼顾90°C _120°C的损耗，容易造成烧机。虽然日本TDK公司公布了 PC95材料，把250C -100°C的损耗压得比较低，但该材料的应用主要还是降低待机损耗的，不适合长期在100°C或更高温度下工作。本发明所涉及的是适合在90°C _120°C温度范围内工作，不考虑材料的待机损耗，这样有别于目前TDK公司的PC95，也有别于功耗谷点在100°C的MnZn铁氧体。现有的专利文献基本上都涉及到CaC03、SiO2等物质的联合添加，没有特别要求添加Co2O3,或者要求Co2O3和SnO2或Co2O3和TiO2联合添加。如申请号为CN201110095369. I 和 CN201110095320. 6 的专利，就是 CaCO3 和 SiO2的联合添加，且要求加入V2O5等添加物，这样的添加会造成晶粒长得过大，降低晶界的电阻率，不利于损耗的降低。与本发明不加SiO2的要求在技术思路上不同。又如申请号为CN201110095323.X的专利，为了达到宽温的效果，采用了 CoO和TiO2联合添加，且CoO的添加量在O. 2wt%以上。本发明采用控制降温段的氧气含量和加入
O.09 O. 12wt%的Co2O3方法，来实现相对宽温低损耗的目的，同时也降低了生产成本。与本发明的技术思路上不相同。又如申请号为CN201110008633. 3的专利，除了 CaCO3和SiO2的联合添加外，还要求加入Y2O3,这不仅与本发明的思路不一致，而且还易造成异常晶粒的长大，对电磁性能产生不利影响。而本发明除了不加SiO2的要求外，要求添加一定量的Co2O3，不需要Co2O3和SnO2或Co2O3和TiO2联合添加，但要求控制烧结降温段1250°C的氧气含量。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺点和不足，本发明的目的首先是提供ー种高温低损耗MnZn功率铁氧体，其工作温度在90°C 120°C之间，在该温度段，该材料的整体损耗(360kW/m3，第二个目的是提供所述功率铁氧体的制备方法。为实现本发明的目的，发明人提供下述技术方案
ー种高温低损耗MnZn功率铁氧体，由主成分和辅助成分组成，其中，主成分及含量以氧化物计算为=Fe2O3为53 53. 5mol%,Zn0为8 9mol%、Mn0余量；按主成分原料总重量计的辅助成分以氧化物计算为CaC03、ZrO2, Nb2O5和Co203。本发明要求控制Fe203、ZnO和MnO这三种主成份。这样是为了将功耗谷点控制在高温，特别是Fe2O3的含量，如果超出了本发明的范围，会使高温功耗比较高，而且也会使降温段氧含量的控制失去意义。研究发现，对于Fe2O3, ZnO和MnO这三种主成份的严格控制，可以有效降低90°C 120°C的功耗，在这一温度段的功耗在340kW/m3 360kW/m3，达到高温低功耗的目的。本发明中主要是通过CaCO3 ,ZrO2和Nb2O5在晶界的偏析提高晶界的电阻率，同时控制晶粒的大小。Co2O3的加入，主要是为了补偿铁氧体中负的磁晶各向异性Kl的影响。作为优选方案，根据本发明所述的ー种高温低损耗MnZn功率铁氧体，其中，所述的辅助成分及含量以氧化物计算为CaCO3O. 03 O. 08wt%、ZrO2O. 01 O. 02wt%、Nb2O5O. 02 O. 03wt% 和 Co2O3O. 09 O. 12wt% 。研究发现，控制辅助成分含量为CaCO3O. 03 O. 08wt%、ZrO2O. 01 O. 02wt%、Nb2O5O. 02 O. 03wt%和Co2O3O. 09 O. 12wt%的材料，可以有效降低高温功耗，并使功耗随温度的变化比较平坦。作为优选方案，根据本发明所述的ー种高温低损耗MnZn功率铁氧体，其中，所述的高温低损耗MnZn功率铁氧体在90°C 120°C温度范围内，在100kHz、200mT的条件下的损耗Pcv为
90°C功耗彡 360kff/m3,
100°C功耗彡 360kff/m3,
120°C功耗彡 360kW/m3。具备此性能的功率铁氧体材料可以在90°C 120°C之间工作，能广泛应用于开关电源变压器、LCD照明等电子元器件领域。日本TDK公司研制开发了 PC95材料，该材料在25°C 100°C的整体功耗都比较平稳。但100°C以后，材料的功耗就比较大，该材料最大的特点是降低待机功耗，但在高温，特别是80°C以后，材料的功耗就会随温度的升高而变大，在100°C以后容易出现烧机的的现象，不利于在高温环境下使用。本发明注重考虑80°C以后材料的功耗，利于在90°C 120°C的高温环境下使用。此外日本TDK研发的PC95材料，采用Co2O3和SnO2或Co2O3和TiO2联合添加的方法来达到整体功耗的平稳走势，需要加入比较多的Co2O3才有效。这样就导致生产成本比较高，目前TDK公司难以大批量的推广该材料。本发明不需要Co2O3和SnO2或Co2O3和TiO2联合添加，也不需要加入太多的Co2O3，在生产成本上，本发明有显著的优势。当然仅仅优化MnZn功率铁氧体的配方,对性能的改善是不够的，还需要在优化配方的基础上，采用合适的制备方法。本发明还提供上述的ー种高温低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，依次包括下述步骤
(O配料、混料按比例称取主成分原料并破碎处理；
(2)预烧将破碎后的粉料进行预烧；
(3)二次砂磨在预烧料中加入按比例称取的辅助成分原料，进行二次砂磨；
(4)造粒成型在上述_■次砂磨料中加入PVA和消泡剂后嗔雾造粒,然后成型；
(5)烧结将成型体进行烧结，烧结降温段的氧气含量在O.8% I. 2%，得到所要的功率铁氧体。
作为优选方案，根据本发明所述的ー种高温低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，其中，所述的步骤(2)中预烧温度为900°C，时间为2小时；步骤(3)中砂磨时料球水的比例为1:6:1. 2，砂磨时间为2小时，达到砂磨料的粒度为I. 15 m;步骤(5冲烧结温度控制在1320°C，烧结时间为5小时，烧结降温段1250°C的氧气含量在O. 8% I. 2%之间。本发明中主要是通过CaCO3 ,ZrO2和Nb2O5在晶界的偏析提高晶界的电阻率，同时控制晶粒的大小。Co2O3的加入，主要是为了补偿铁氧体中负的磁晶各向异性Kl的影响。虽然如此，但Co2O3的加入也会使K2变大，为了消除K2对材料功耗的影响，通过对降温段氧气含量的控制，使材料中生成较多的Fe3O4,而不是通过Co2O3和SnO2或Co2O3和TiO2联合添加来达到消除K2对材料功耗的影响。本发明通过加入Co2O3和控制降温段氧气含量的控制，使材料中生成较多的Fe3O4，既补偿了 K1，又削弱了 K2的影响，使90°C 120°C的功耗比较平稳。本发明的烧结エ艺上，要求控制1250°C的氧气含量,这样可以与加入的Co2O3形成ー种互补，优化功耗随温度的变化曲线。对降温段的氧气含量加以控制，可以起到Co2O3和SnO2或Co2O3和TiO2联合添加的效果。本发明不需要Co2O3和SnO2或Co2O3和TiO2联合添加，也 不需要加入太多的Co2O3，通过控制降温段的氧气含量来达到联合添加的效果。在生产成本上，本发明有显著的优势。本发明中，如无特别说明，出现的专业术语或名词，其含义是本领域通常所指的含义。与现有技术相比，本发明的优点是
本发明注重考虑80°C以后材料的功耗，利于在90°C 120°C的高温环境下使用。本发明与传统的Co2O3和SnO2或Co2O3和TiO2联合添加来达到功耗随温度的变换曲线在走势上比较平稳不同，本发明注重降温段氧气含量的控制来达到相同的效果。本发明与TDK公司的PC95和飞利浦的3C96材料在Co2O3的加入上也不同，上述两类材料主要是依赖配方上加入大量的Co2O3来达到降低整体功耗的目的，本发明只需加入少量的Co2O3,配合烧结エ艺就能达到功耗走势平稳的目的。本发明是配方和烧结エ艺的优化组合。通过以上配方和方法制备出的材料在工作温度90°C 120°C之间，在该温度段，在100kHz、200mT的条件下，该材料的整体损耗Pcv为< 360 kW/m3，本发明的功率铁氧体具有闻温范围低损耗等特点。本发明的材料为MnZn功率铁氧体材料，该材料应用的温度范围较高，可以工作在90°C 120°C之间，可广泛应用于开关电源变压器、IXD照明等电子元器件领域，适合长期在100°C或更高温度下工作。
具体实施例方式下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量単位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。实施例I按下述主成分含量称取主成分原料=Fe2O3含量为53mol%、ZnO含量为8mol%、MnO含量为39mol%，三者混合破碎；对破碎后的粉料进行预烧，预烧温度900°C，时间为2小时；在预烧料中加入辅助成分(按主成分总重量计的辅助成分含量为CaC03:0 . 05wt%、ZrO2:0. 02wt%、Nb2O50. 02wt%和Co2O3 :0. 09wt%)，进行二次砂磨，在二次砂磨时料球水的比例为1:6:1. 2，砂磨时间为2小时，达到砂磨料的粒度为I. 15 m。放入搅拌池中，加入以砂磨料计的8wt%的PVA和lwt%的正辛醇消泡剂，充分搅拌均匀后，进行喷雾造粒，然后在5MPa压カ下下压制成密度为3. lg/cm3左右的标环，最后在钟罩炉中烧结。烧结温度控制在1320°C，烧结时间为5小时，烧结降温段1250°C的氧气含量在O. 8% I. 2%之间，得到所要的功率铁氧体。得到的标环特性检测结果见表I。比较例I
按下述主成分含量称取主成分原料=Fe2O3含量为55mol%、ZnO含量为8mol%、MnO含 量为37mol%，三者混合破碎；对破碎后的粉料进行预烧，预烧温度为900°C，保温时间为2小吋。在预烧料中加入辅助成分(按主成分总重量计的辅助成分含量为=CaCO3:0. 05wt%、ZrO2:0. 02wt%> Nb2O5:0. 02wt%和Co2O3 :0. 09wt%),进行二次砂磨，二次砂磨时料球水的比例为1:6:1. 2，砂磨时间为2小时，达到砂磨料的粒度为I. 15 m。放入搅拌池中，加入以砂磨料计的8wt%的PVA和lwt%的正辛醇消泡剂，充分搅拌均匀后，进行喷雾造粒，然后在5MPa压カ下压制成密度为3. lg/cm3左右的标环，最后在钟罩炉中烧结。烧结温度控制在1320°C，烧结时间为5小时，烧结降温段1250°C的氧气含量在O. 8% I. 2%之间，得到所要的功率铁氧体。得到的标环特性检测结果见表I。
表I 标环特性
_ 不同温度(V)下的损耗Pcv (kW/m3) 100kHz, 200mT
__90__100__120 _
—实施例 I__350 __ 340 __ 360 _
—比较例 I__400 __ 420__ 450 _从实施例I和比较例I的结果看，由于比较例I中Fe2O3的含量超出了本发明的范围，谷点偏低，导致高温功耗偏高。实施例2
按下述主成分含量称取主成分原料=Fe2O3含量为53. 3mol%、ZnO含量为8mol%、MnO含量为38. 7mol%，三者混合破碎；对破碎后的粉料进行预烧，预烧温度为900°C，时间为2小时；在预烧料中加入辅助成分原料(按主成分总重量计的辅助成分含量为CaC03:0. 05wt%、ZrO2:0. 02wt%> Nb2O5:0. 02wt%和Co2O3 :0. 09wt%),进行二次砂磨，二次砂磨时料球水的比例为1:6:1. 2，砂磨时间为2小时，达到砂磨料的粒度为I. 15 m。放入搅拌池中，加入以砂磨料计8wt%的PVA和lwt%的正辛醇消泡剂，充分搅拌均匀后，进行喷雾造粒，然后在5MPa压力下压制成密度为3. lg/cm3左右的标环，最后在钟罩炉中烧结。烧结温度控制在1320°C，烧结时间为5小时，烧结降温段1250°C的氧气含量在O. 8% I. 2%之间，得到所要的功率铁氧体。得到的标环特性检测结果见表2。比较例2
按下述主成分含量称取主成分原料=Fe2O3含量为53. 3mol%、ZnO含量为8mol%、MnO含量为38. 7mol%，三者混合破碎；对破碎后的粉料进行预烧，预烧温度为900°C，时间为2小时；在预烧料中加入按比例称取的辅助成分原料(按主成分总重量计的辅助成分含量为CaCO3:0. 05wt%, ZrO2:0. 02wt%和Nb205:0. 02wt%)，进行二次砂磨，二次砂磨时料球水的比例为1:6:1. 2，砂磨时间为2小时，达到砂磨料的粒度为I. 15 m。放入搅拌池中，加入以砂磨料计8wt%的PVA和lwt%的正辛醇消泡剂，充分搅拌均匀后，进行喷雾造粒，然后在5MPa压力下压制成密度为3. lg/cm3左右的标环，最后在钟罩炉中烧结。烧结温度控制在1320°C，烧结时间为5小时，烧结降温段1250°C的氧气含量在O. 8% I. 2%之间，得到所要的功率铁氧体。得到的标环特性检测结果见表2。
权利要求
1.ー种高温低损耗MnZn功率铁氧体，由主成分和辅助成分组成，其特征在于，主成分及含量以氧化物计算为Fe203为53 53. 5mol%,ZnO为8 9mol%、MnO余量；按主成分原料总重量计的辅助成分以氧化物计算为CaC03、ZrO2, Nb2O5和Co203。
2.如权利要求I所述的ー种高温低损耗MnZn功率铁氧体，其特征在于，所述的辅助成分及含量以氧化物计算为CaC03 O. 03 O. 08wt%、ZrO2O. 01 O. 02wt%、Nb2O5 O. 02 O. 03wt% 和 Co2O3 O. 09 O. 12wt%0
3.如权利要求I所述的ー种高温低损耗MnZn功率铁氧体，其特征在于，所述的高温低损耗MnZn功率铁氧体在90°C 120°C温度范围内，在100kHz、200mT的条件下的损耗Pcv为.90°C功耗≤360 kff/m3,.100°C功耗≤ 360 kff/m3, .120°C功耗≤ 360 kW/m3。
4.权利要求1-3之一所述的ー种高温低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，其特征在于，所述的制备方法依次包括下述步骤 (O配料、混料按比例称取主成分原料并做破碎处理； (2)预烧将破碎后的粉料进行预烧； (3)二次砂磨在预烧料中加入按比例称取的辅助成分原料，进行二次砂磨， (4)造粒成型在上述_■次砂磨料中加入PVA和消泡剂后嗔雾造粒,然后成型； (5)烧结将成型体进行烧结，烧结降温段的氧气含量在O.8% I. 2%之间，得到所要的功率铁氧体。
5.权利要求4所述的ー种高温低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法，其特征在干，所述的步骤(2)中预烧温度为900°C，时间为2小时；步骤(3)中砂磨时料球水的比例为1:6:1. 2，砂磨时间为2小时，达到砂磨料的粒度为I. 15 m;步骤(5)中烧结温度控制在1320°C，烧结时间为5小时，烧结降温段1250°C的氧气含量在O. 8% I. 2%之间。
全文摘要
本发明属于MnZn功率铁氧体材料领域，具体涉及一种高温低损耗MnZn功率铁氧体，由主成分和辅助成分组成，其中，主成分及含量以氧化物计算为Fe2O3为53～53.5mol％、ZnO为8～9mol％、MnO余量；按主成分原料总重量计的辅助成分以氧化物计算为CaCO3、ZrO2、Nb2O5和Co2O3。本发明还提供上述的一种高温低损耗MnZn功率铁氧体的制备方法。本发明的材料应用的温度范围较高，可以工作在90℃～120℃之间，可广泛应用于开关电源变压器、LCD照明等电子元器件领域，适合长期在100℃或更高温度下工作。
文档编号C04B35/26GK102690107SQ20121003338
公开日2012年9月26日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者吕东华, 徐艳, 颜冲 申请人:横店集团东磁股份有限公司