锰锌功率铁氧体材料及其制备方法与流程

文档序号:25543995发布日期:2021-06-18 20:41

本发明属于磁性材料技术领域,具体涉及一种适用于5mhz的锰锌功率铁氧体材料及其制备方法。



背景技术:

锰锌铁氧体是一种重要的软磁材料,主要用于制造各种磁性元器件,如变压器磁芯、电感等。锰锌铁氧体比镍铁氧体具有更高的初始磁导率,比铁基非晶合金、钴基非晶合金,fe-si-al,fe-si-cr金属磁粉芯的损耗更低。随着电力电子技术的发展,磁性元器件小型化、集成化和轻薄化的应用趋势要求锰锌铁氧体材料能够适应更高的使用频率。国内外企业通过改善工艺和配方开发出了使用频率高达500-3mhz的锰锌功率铁氧体。例如,tdk的n49,fdk的7h10、7h20可应用于500-1mhz,ferroxcube应用于1-3mhz的3f4、3f46、3f5等。但是锰锌铁氧体在mhz频段研究较少,通过微观组织、化学组成、制备工艺的调整,其电磁性能仍有进一步提高的可能。

国内外专利方面,专利us20170352455a1和us20190096554a1中分别公布了适用于500-2mhz的锰锌铁氧体材料,专利cn10755984a和cn107129292a中分别公布了适用于3mhz的锰锌铁氧体材料。专利cn108911733a和cn108863338a中分别公布了适用于5mhz的锰锌铁氧体材料,但都使用了稀有金属铟、镓或有毒金属镉。



技术实现要素:

针对现有技术中的不足,本发明的首要目的是提供一种锰锌功率铁氧体材料。

本发明的第二个目的是提供上述锰锌功率铁氧体材料的制备方法。

为达到上述首要目的,本发明的解决方案是:

一种锰锌功率铁氧体材料,其包括主成分和副成分;

主成分包括如下组分:

氧化铁(fe2o3)73-74wt%,

氧化锌(zno)3-4wt%,

氧化锰(mno)余量;

副成分以主成分的总质量为100wt%计,包括如下含量的组分:

为达到上述第二个目的,本发明的解决方案是:

一种上述的锰锌功率铁氧体材料的制备方法,其包括如下步骤:

(1)、将主成分放入球磨机中进行球磨混合,一次球磨30-60min,得到混合粉料;

(2)、将混合粉料置于马沸炉中保温,并预烧,得到预烧粉料;

(3)、将预烧粉料粉碎后进行二次球磨,并放入研磨机中,同时加入副成分和纯水进行砂磨,粒径控制在1-2μm;

(4)、将步骤(3)的砂磨后的料浆烘干,并加入聚乙烯醇造粒,烘干后压制成型,得到成型的坯件;

(5)、将成型的坯件放入具备气氛调节的烧结炉中,在氮气和氧气的气氛下进行烧结即可。

作为本发明的一种优选实施例,步骤(1)中,主成分包括73-74wt%氧化铁、3-4wt%氧化锌和余量氧化锰。

作为本发明的一种优选实施例,步骤(2)中,马沸炉的温度为900-950℃,保温的时间为1-2h。

作为本发明的一种优选实施例,步骤(3)中,二次球磨的时间为60-120min。

作为本发明的一种优选实施例,步骤(3)中,砂磨的时间为30-60min。

作为本发明的一种优选实施例,步骤(3)中,副成分包括500-1000ppm碳酸钙、200-500ppm二氧化硅、2000-5000ppm四氧化三钴、200-600ppm氧化锆、100-200ppm五氧化二铌、200-1000ppm二氧化钛和1000-2000ppm钛酸铜钙。

作为本发明的一种优选实施例,步骤(4)中,聚乙烯醇的含量为10-15wt%,烘干的温度为150-300℃。

作为本发明的一种优选实施例,步骤(5)中,烧结的温度为1100-1120℃,烧结的过程中,升温速率为1-3℃/min,保温的时间为3-5h,保温阶段中氧含量为0.75-1.5%,进一步优选为1-1.25%。

由于采用上述方案,本发明的有益效果是:

第一、本发明通过cacu3ti4o12等微量添加剂降低锰锌功率铁氧体材料的高频损耗,在保持磁导率和饱和磁感应强度性能不恶化的同时大幅度降低锰锌铁氧体材料在1-5mhz的功率损耗,并且具有高的饱和磁感应强度。

第二、常规应用于khz频段的锰锌功率铁氧体的烧结温度在1300℃以上,本发明选择低温烧结,可以有效降低晶粒尺寸,从而提高截止频率,降低锰锌铁氧体在5mhz频段的剩余损耗,同时避免其他电磁性能的急剧下降。

具体实施方式

本发明提供了一种锰锌功率铁氧体材料及其制备方法。

<锰锌功率铁氧体材料>

本发明的锰锌功率铁氧体材料包括主成分和副成分,副成分为改善电磁性能的微量添加剂。

(主成分)

其中,主成分包括如下组分:

氧化铁(fe2o3)73-74wt%,

氧化锌(zno)3-4wt%,

氧化锰(mno)余量;

(副成分)

副成分以主成分的总质量为100wt%计,包括如下含量的组分:

本发明通过提高主成分氧化铁含量,以获得较高的饱和磁感应强度,同时降低氧化锌含量以降低起始磁导率,从而提高锰锌功率铁氧体材料的截止频率,进一步达到降低锰锌功率铁氧体材料mhz频段损耗的目的。

本发明独创性地添加了cacu3ti4o12(ccto),cacu3ti4o12是类钙钛矿相,烧结温度一般在1100℃左右,在锰锌铁氧体低温烧结(1110℃)时可以稳定存在。因此ccto在mnzn功率铁氧体材料中作为异相成分主要存在于晶界中,而cacu3ti4o12作为高电阻材料,可以起到增大晶界电阻的作用,从而降低mnzn功率铁氧体材料的涡流损耗。

同时,添加cacu3ti4o12也可以避免在降低损耗的同时磁导率急剧下降的问题。通过添加cacu3ti4o12,在3mhz、30mt、100℃和5mhz、20mt、100℃条件下测试的功率损耗分别降低了42%和32%,同时磁导率和饱和磁感应强度分别只降低了4%和1%。

<锰锌功率铁氧体材料的制备方法>

本发明的锰锌功率铁氧体材料的制备方法包括如下步骤:

(1)、将主成分放入球磨机中进行球磨混合,一次球磨30-60min,得到混合粉料;

(2)、将混合粉料置于马沸炉中保温,并预烧,得到预烧粉料;

(3)、将预烧粉料粉碎后进行二次球磨,并放入研磨机中,同时加入副成分和纯水进行砂磨,粒径控制在1-2μm;

(4)、将步骤(3)的砂磨后的料浆烘干,并加入聚乙烯醇造粒,烘干后压制成型,得到成型的坯件;

(5)、将成型的坯件放入具备气氛调节的烧结炉中,在氮气和氧气的气氛下进行烧结即可。

其中,在步骤(1)中,主成分包括73-74wt%氧化铁、3-4wt%氧化锌和余量氧化锰。

在步骤(2)中,马沸炉的温度为900-950℃,保温的时间为1-2h。

在步骤(3)中,二次球磨的时间为60-120min。

在步骤(3)中,砂磨的时间为30-60min。

在步骤(3)中,副成分包括500-1000ppm碳酸钙、200-500ppm二氧化硅、2000-5000ppm四氧化三钴、200-600ppm氧化锆、100-200ppm五氧化二铌、200-1000ppm二氧化钛和1000-2000ppm钛酸铜钙。

在步骤(4)中,聚乙烯醇的含量为10-15wt%,烘干的温度为150-300℃。

在步骤(5)中,烧结的温度为1100-1120℃,烧结的过程中,升温速率为1-3℃/min,保温的时间为3-5h,保温阶段中氧含量为0.75-1.5%,优选为1-1.25%。

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1:

本实施例的锰锌功率铁氧体材料的制备方法包括如下步骤:

(1)、将73.34wt%的fe2o3、3.30wt%的zno和余量mno放入球磨机中进行球磨混合,一次球磨30min,得到混合粉料;

(2)、将混合粉料置于马沸炉中在900℃,保温1h进行预烧,得到预烧粉料;

(3)、将预烧粉料粉碎后二次球磨60min,并放入研磨机中,同时加入副成分(如表1所示)和纯水进行砂磨,粒径控制为1μm;

(4)、将步骤(3)的砂磨后的料浆烘干,并加入15wt%聚乙烯醇(pva)造粒,250℃烘干后压制成型,得到成型的坯件;

(5)、将成型的坯件放入具备气氛调节的烧结炉中,在n2和o2的气氛下进行烧结。烧结的保温温度为1100℃,烧结的过程中,升温速率为2℃/min,保温的时间为4h,保温阶段中氧含量为1.25%,最终得到外径为14mm,内径为9mm,高度为5mm的锰锌功率铁氧体磁环。

对制备的锰锌铁氧体磁环进行起始磁导率、饱和磁感应强度和功率损耗测试,测试结果列于表2中。其中:

起始磁导率测试条件为:25℃、10khz。

饱和磁感应强度测试条件为:50hz,1194a/m,25℃和100℃。

功率损耗测试条件为:1mhz-50mt,3mhz-30mt,5mhz-20mt。

实施例2:

制备工艺、主成分同实施例1,改变的添加剂(副成分)含量列于表1,测试条件同实施例1,测试结果列于表2。

对比例1:

制备工艺、主成分同实施例1,改变的添加剂含量列于表1,测试条件同实施例1,测试结果列于表2。

对比例2:

制备工艺、主成分同实施例2,改变的添加剂含量列于表1,测试条件同实施例1,测试结果列于表2。

表1各样品编号及对应的具体主成分配比、添加剂用量

表2各样品编号及对应的测试结果

由表2中实施例1和实施例2的测试结果可知,通过添加适量的cacu3ti4o12可以大幅度降低锰锌铁氧体在1-5mhz的功率损耗,同时磁导率和饱和磁感应强度也不会恶化。cacu3ti4o12添加量为2000ppm时损耗最低,由对比例2的测试结果可知,cacu3ti4o12添加过量时,功率损耗又会增加。

因此本发明通过主成分和工艺控制,新型添加剂的选择、配合以及用量控制,保持磁导率和饱和磁感应强度性能不恶化的同时大幅度降低锰锌铁氧体材料在1-5mhz的功率损耗,并且材料还具有高的饱和磁感应强度,具有优异的技术改进效果,能够满足电子技术快速发展的要求。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中,而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理,不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

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