专利名称：宽温超低损耗MnZn软磁铁氧体材料及制备方法
技术领域：
本发明属于电子材料技术领域。
技术背景MnZn铁氧体材料目前是产量最大、应用最广泛的软磁铁氧体材 料。而且随着电子信息产业的迅速发展，MnZn铁氧体被广泛应用于 各种电子元器件中，如功率变压器、扼流线圈、脉冲宽带变压器、磁 偏转装置和传感器等。 一般地，依据应用场合不同，MnZn铁氧体大 体可分为主要用于信号传输和转换的高导铁氧体和主要用于功率传 输与转换的功率铁氧体两大类。MnZn功率铁氧体主要用于各种开关电源变压器和功率型电感器 件中，因此要求MnZn功率铁氧体材料具有(l)高饱和磁感应强度 (Bs)和高磁导率((a)以提高功率转换效率并避免饱和；(2)尽量 低的功率损耗(Pl)，并希望呈负温度系数，以避免变压器在高频下 发热；(3)为了在高温下保持所需要的BJ直，材料的居里温度Tc应当比较高。随着高频开关电源的工作频率发展到0.5 2MHz，相应MnZn功 率铁氧体也已批量生产。目前，世界上具有代表性的产品是日本TDK 公司的电源用PC系列材料(PC44、 PC45、 PC46)。但这些材料都有 明显的缺点，就是一旦偏移损耗最低点，则损耗会急剧上升。为此， TDK于2003年上半年又推出了PC95材料，它综合了 PC45、 PC46、PC47这些材料的优点，在25。C 12(TC温度范围内具有超低损耗。目前，国内尚未见同类报道。发明内容本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有宽温低损耗特性的 MnZn软磁铁氧体材料，同时还提供此MnZn软磁铁氧体材料的制备方法。本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，宽温超低损耗 MnZn软磁铁氧体材料，其特征在于，其主成分按摩尔百分比，以氧 化物计算65~75mol%Fe203， 13 20mol%ZnO， 0.0001 0.5mol%TiO2, 余量为Mn304;掺杂剂按重量百分比，以氧化物计算0.01~0.1wt%CaO、 0.01 0.09wt%Nb2O5， 0.(H 0.1wt%V2O5， 0.001 0.1wt%ZrO2 ，以及 0.05~lwt%Co2O3。进一步的，主成分按摩尔百分比，以氧化物计算68.3moP/。Fe203， 17.3mol%ZnO， 14.2mol%Mn304和0.2mol%TiO2;掺杂剂按重量百分 比，以氧化物计算0.05wt%CaO， 0.05wt%Nb2O5， 0.01wt%V2O5， 0.04wt%ZrO2和0,5wt%Co2O3。本发明还提供一种宽温超低损耗MnZn软磁铁氧体材料制备方 法，包括以下步骤l)65 75mol%Fe203， 13 20mol%ZnO， 0.00(H~0.5mol%TiO2，余 量为Mn304;球磨混合均匀；2)将步骤1)所得粉料800 110(TC下预烧；保温时间为1~4小时；3) 将步骤2)所得粉料按质量比加入以下添加剂0.01 0.1wt%CaO ，0.01 0.09wt%Nb2O5 ，0.01~0.1wt%V2O5 ， 0.001 0.1wt%ZrO2， 0.05~lwt%Co2O3，并再次球磨，使球磨后的粉料粒径达到亚微米级；4) 将步骤3)所得的二次球磨料烘干后造粒，成型，制成生坯样品；5) 将步骤4)所得的生坯样品进行烧结。进一步的，所述步骤4)为将步骤3)所得的粉料按质量比加 入7 15wt。/。的有机粘合剂，混匀，造粒后，在压机上将粒状粉料压制 成坯件；所述步骤5)为将步骤4)成型所得的坯件置于气氛烧结 炉内烧结，在1250 140(TC保温2 8个小时，其中保温段氧分压为 1 8%;降温过程在平衡气氛烧结。本发明的宽温超低损耗MnZn铁氧体材料晶粒均匀致密，平均晶 粒尺寸约为12 18pm,如图2。
图1宽温超低损耗MnZn功率铁氧体材料的制备方法工艺流程图。图2为制备的宽温超低损耗MnZn功率铁氧体材料的SEM照片。
具体实施方式
铁氧体的损耗主要包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三部分。 当频率低于500kHz时，磁滞损耗和涡流损耗在总损耗中占主导地位，剩余损耗可忽略不计。而在宽温范围内，磁滞损耗在低温下占主导地 位，而高温下则是涡流损耗占主导地位。因此，尽可能的降低低温下 的磁滞损耗和高温下的涡流损耗是宽温超低损耗铁氧体材料制备的 关键。磁滞损耗主要与材料的起始磁导率有关，起始磁导率越大，磁滞损耗越低。对于MnZn铁氧体，提高起始磁导率最有效的方法是减 小磁晶各向异性常数。F^+和C(^+具有正的磁晶各向异性常数，因此 适量的F^+和C^+可以起到磁晶各向异性常数正负补偿的作用，使磁 晶各向异性常数在某一温度为零，起始磁导率最大，从而改善起始磁 导率的温度特性。从而实现磁滞损耗在80 10(TC间最低。涡流损耗 主要与材料的电阻率p有关。降低涡流损耗主要是采用添加剂在晶界 形成高阻层以提高晶界电阻率以及晶粒内的电阻率。目前国内外普遍 采用的方法是用CaO和Si02做添加剂，引起富集于晶界，能够形成 高电阻率晶界层，可起到降低涡流损耗的目的。但是，Si02可以与 Fe203反应生成Fe2(Si03)3，其熔点为1150°C，较铁氧体烧结温度 1250 150(TC低，容易在烧结时出现异常晶粒长大现象。本发明的要 点在于，主配方的改进，亚微米(<l|^m)高活性粉体的制备，添加 剂及添加量优化组合的确定，用钢球球磨实现亚微米粉体的制备，最 终在1300 140(TC温度下制备了宽温超低损耗MnZn铁氧体材料。为 了避免上述实验现象发生，本发明选用了CaO、 Nb205、 V205、 Zr02 以及0)203作为最优添加剂组合，且考虑到材料涡流损耗随温度的升 高而增加的特点，采用加大0)203掺入量，使起始磁导率最大值即磁 滞损耗最低点大约在80 10(TC间，实现损耗的宽温特性。本发明的宽温超低损耗MnZn软磁铁氧体材料主成分按摩尔百分比，以氧化物计算65 75mol%Fe203， 13 20mol%ZnO， 0.000l 0.5mol%TiO2，余量 为Mn304;掺杂剂按重量百分比，以氧化物计算0.01 0.1wt%CaO、 0.01 0.09wt%Nb2O5 ， 0.01 0.1wt%V2O5， 0.0(H 0.1wt%ZrO2 ，以及 0.05 lwt%Co2O3。作为一个实施例，主成分按摩尔百分比，以氧化物计算68.3mol%Fe203， 17.3mol%ZnO， 14.2mol%Mn304禾Q 0.2mol%TiO2; 掺杂剂按重量百分比，以氧化物计算0.05wt%CaO， 0.05wt%Nb2O5， 0.01wt%V2O5， 0.04wt。/oZr02和0.5wt%Co2O3。参见图l。本发明的制备方法包括以下步骤1) 65~75mol%Fe203， 13~20mol%ZnO， 0.000 l 0.5mol%TiO2, 余量为Mri304;球磨混合均匀；2) 将步骤1)所得粉料800 110(TC下预烧；保温时间为1~4小时；3) 将步骤2)所得粉料按质量比加入以下添加剂 0,01 0.1wt%CaO 、0.01 0.09wt%Nb2O5 、0.01 0.1wt%V2O5 、 0.001 0.1wt%ZrO2禾n 0.05 lwt%Co2O3，并再次球磨，使球磨后的粉 料粒径达到亚微米级(<lpm);4) 将步骤3)所得的二次球磨料烘干后造粒，成型，制成生坯样品；5)将步骤4)所得的生坯样品按一定的烧结温度曲线和气氛曲 线进行烧结。进一步的所述步骤4为将步骤3所得的粉料按质量比加入 7 15wt。/。的有机粘合剂，混匀，造粒后，在压机上将粒状粉料压制成坯件。所述步骤5为将步骤4成型所得的坯件置于气氛烧结炉内烧结，在1250 140(TC保温2 8个小时，其中保温段氧分压为1~8%; 降温过程在平衡气氛烧结。更具体的实施例如下1) 采用68.3mol%Fe203 ， 17.3mol%ZnO， 14.2mol°/。Mn304和 0.2mol%TiO2;将以上粉料在球磨机内球磨1小时，使粉料混合均匀， 球磨介质为钢球；2) 预烧将步骤l)所得的粉料89(TC下预烧2小时；3) 掺杂将步骤2)所得的粉料按重量比加入以下添加剂0.05wt%CaO 、 0.05wt%Nb2O5 、 0,01wt0/oV205 、 0.04wt0/。ZrO2 、 0.5wt%Co2O3，将粉料在行星式球磨机中球磨4小时，球磨介质为钢 球；4) 成型将步骤3)所得的粉料按重量比加入8wt。/。有机粘合剂， 混匀，造粒后，在压机上将粒状粉料压制成坯件；5) 气氛烧结将步骤4成型所得的坯件在气氛烧结炉内，在1380 "C保温6个小时，其中保温段氧分压为4%。经过以上工艺制备出的宽温超低损耗MnZn功率铁氧体材料，其 性能指标如下起始磁导率lii: 3300±25%;损耗在25'C和120。C时损耗为350kW/m3,在8(TC时损耗为 280 kW/m3 ，在100°C时损耗为290 kW/m3;饱和磁感应强度Bs:在25。C时为530mT， 60。C时为480mT， 100 。C时为410mT， 120。C时为380mT;居里温度Te: $215°C;剩磁Br:在25。C时为85mT， 6(TC时为70mT， IO(TC时为60mT， 120。C时为55mT;矫顽力Hc:在25'C时为9.5mT， 60'C时为7.5mT， IO(TC时为 6.5mT， 120。C时为6mT;电阻率6.0Q'm(25。C);密度4.9x103kg/m3。
权利要求
1、宽温超低损耗MnZn软磁铁氧体材料，其特征在于，其主成分按摩尔百分比，以氧化物计算65～75mol％Fe2O3，13～20mol％ZnO，0.0001～0.5mol％TiO2，余量为Mn3O4；掺杂剂按重量百分比，以氧化物计算0.01～0.1wt％CaO、0.01～0.09wt％Nb2O5，0.01～0.1wt％V2O5，0.001～0.1wt％ZrO2，以及0.05～1wt％Co2O3。
2、 如权利要求1所述的宽温超低损耗MnZn软磁铁氧体材料， 其特征在于，主成分按摩尔百分比，以氧化物计算68.3m0l%Fe203， 17.3mol%ZnO， 14.2mol%Mn304和0.2mol%TiO2;掺杂剂按重量百分 比，以氧化物计算0.05wt%CaO， 0.05wt%Nb2O5， 0.01wt%V2O5， 0.04wt%ZrO2和0.5wt%Co2O3。
3、 宽温超低损耗MnZn软磁铁氧体材料制备方法，其特征在于， 包括以下步骤1) 、 65 75mol%Fe203， 13 20mol%ZnO， 0.0001 0.5mol%TiO2，余量为Mll304;球磨混合均匀；2) 、将步骤1)所得粉料800 110(TC下预烧；保温时间为1 4小时；3) 、将步骤2)所得粉料按质量比加入以下添加剂 0.01 0.1wt%CaO ，0.01 0.09wt%Nb2O5 ，0.01 0.1wt%V2O5 ， 0.001~0.1wt%ZrO2， 0.05 lwt%Co2O3，并再次球磨，使球磨后的粉料 粒径达到亚微米级；4) 、将步骤3)所得的二次球磨料烘干后造粒，成型，制成生坯样品；5) 、将步骤4)所得的生坯样品进行烧结。
4、如权利要求3所述的宽温超低损耗MnZn软磁铁氧体材料制 备方法，其特征在于，所述步骤4)为将步骤3)所得的粉料按质 量比加入7 15wt。/。的有机粘合剂，混匀，造粒后，在压机上将粒状粉 料压制成坯件；所述步骤5)为将步骤4)成型所得的坯件置于气 氛烧结炉内烧结，在1250 140(TC保温2 8个小时，其中保温段氧分 压为1 8%;降温过程在平衡气氛烧结。
全文摘要
宽温超低损耗MnZn软磁铁氧体材料及制备方法，本发明属于电子材料技术领域。其主成分按摩尔百分比，以氧化物计算65～75mol％Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，13～20mol％ZnO，0.0001～0.5mol％TiO<sub>2</sub>，余量为Mn<sub>3</sub>O<sub>4</sub>；掺杂剂按重量百分比，以氧化物计算0.01～0.1wt％CaO、0.01～0.09wt％Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>，0.01～0.1wt％V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>，0.001～0.1wt％ZrO<sub>2</sub>，以及0.05～1wt％Co<sub>2</sub>O<sub>3</sub>。本发明的宽温超低损耗MnZn铁氧体材料晶粒均匀致密，平均晶粒尺寸约为12～18μm。
文档编号H01F1/12GK101256866SQ20071005105
公开日2008年9月3日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年12月29日
发明者忠 余, 兰中文, 姬海宁, 科 孙, 李乐中, 蒋晓娜 申请人:电子科技大学