专利名称：：一种低温烧结高性能软磁铁氧体材料及制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种低温烧结高性能MnZn低功耗功率铁氧体材料及制造方法。
背景技术：
：随着世界电子市场的飞速发展，铁氧体材料由于具有特殊的电磁性能，例如电阻率高，高频特性优良等，由铁氧体磁芯制成的各种电子元器件，包括高频磁芯电子器件，如偏转线圈、回扫变压器、普通变压器、旋转变压器、抗电磁干扰变压器、电感器以及扼流圈等，这些元器件通常作为系统或设备的工作与控制核心，被广泛应用在电脑、手机、通信、办公自动化、远程监控、视听设备、家用电器、电磁兼容、绿色照明以及电子信息技术(IT)中。软磁铁氧体已成为现代电子信息产业、各种通讯产业、消费类电子产业、汽车电子(如电子导航、视听及各种控制系统、汽车充电器以及各种DC-DC转换器等)、航空航天电子以及军事应用领域一种不可替代的基础功能材料。其中，由于软磁铁氧体材料在高频下具有特殊的电磁性能，可以用作微波吸收材料，从而使雷达搜索不到目标，例如隐形战斗机及轰炸机就大量使用这种软磁铁氧体材料。此外，一种新型雷达，相阵控雷达也大量使用高频软磁铁氧体。随着现代电子技术飞跃发展，特别是近年来移动通信、光纤通信、电磁兼容、电脑、平板显示器(LCD、PDP)，数字电视、汽车电子、新型节能照明灯具、抗电磁干扰应用等领域快速发展，给软磁铁氧体的应用开辟了更大市场的同时，对软磁铁氧体也提出了更高的要求。需要说明的是，在所有这些领域中用量最大的是MnZn铁氧体材料及磁芯，约占所有软磁铁氧体用量的75%左右。而MnZn铁氧体材料及磁芯中，尤以MnZn功率铁氧体材料及磁芯为主，约占85%左右。MnZn功率铁氧体磁芯应用市场十分广阔。据国外专家对全球软磁铁氧体生产总量的统计和预测1995年全球总产量为21万吨，2000年达到30万吨，至2005年已增加到45万吨，估计到2010年将达到80万吨，其中MnZn功率铁氧体占总量的6070%。统计数据表明，各软磁铁氧体应用领域对其需求量以每年1020%的幅度增长。我国软磁铁氧体的产量也已从1995年的3万吨增加到2008年的35万吨以上，已占世界总量的50%以上。但是，由于MnZn铁氧体需要在高温下烧结，通常烧结温度在1330140(TC，保温时间在48小时，烧结周期长达2636小时，同时还需要在N2气保护下烧结，这就需要消耗大量的电能和N2气。因此，MnZn铁氧体属于高能耗的产业。本发明通过向MnZn铁氧体中添加适量的偏硼酸锌，从而使烧结温度大幅度下降，能够在115(TC左右烧结，保温时间只需3小时左右，获得了性能优良的低功耗功率铁氧体。与传统铁氧体制造方法相比，烧结温度降低20(TC左右，新发明的方法大大节省了能源，从而大幅度降低了生产制造成本。
发明内容本发明目的是提供一种低温烧结高性能低功耗MnZn功率铁氧体材料制造方法。MnZn铁氧体材料可达到如下指标常温下起始磁导率U,"2500、饱和磁感应强度Bs》530mT、在lOOKHz，200mT,IO(TC条件下功耗小于300mW/cm3的性能优良的低功耗锰锌功率铁氧体材料。低温烧结高性能低功耗MnZn功率铁氧体材料，该铁氧体的主成分包括氧化铁、氧化锌和氧化锰及辅助成分，其特征在于所述主成分以各自标准物计的含量为Fe203:49.5mol%56.5mol%，ZnO:6.5mol%16mol%，MnO:29.5mol%41mol%;所述辅助成分除通常所需的氧化钙、二氧化硅外，还包括偏硼酸锌，其添加总量为主成分总量的0.010.25wt%。所添加有关辅助成分的添加范围为氧化钙0.0080.18wt%、二氧化硅0.0050.025wt%、偏硼酸锌0.0050.045wt%。该材料在1150土5(TC左右烧结而成，与传统MnZn铁氧体烧结温度相比，降低200'C左右，采用这种方法大大节省能源，从而大幅度降低了生产制造成本。低温烧结高性能MnZn功率铁氧体材料制造方法，其特征是按以下配方Fe203:53.1mol%,ZnO:11.2mol%，MnO:35.7mol%(原料形态为Mn304)称取原材料；投入预先加有去离子水的砂磨机中研磨，控制平均粒径0.5士0.1um，一次喷雾造粒后，在850士3(TC温度下用电热式回转窑进行预烧；随后预烧料投入砂磨机进行二次砂磨，砂磨过程中相对所述主成分含量，加入添加剂CaO:0.045wt%、Si02:0.008wt%、偏硼酸锌0.0050.045wt%;并另加入纯水30-55wt%，控制砂磨的平均粒径为1.0±0.2um;最后进行二次喷雾得到MnZn铁氧体颗粒料粉；取该颗粒料成型压制成坯放入真空炉、钟罩炉或N2气保护推板窑内，在氧分压小于3%的平衡气氛中，在1150士50'C温度下烧结2-5小时；当然烧结时间也可以更长，如长至5-10小时。所述铁氧体预烧料同辅助成分一道加入预先加有去离子水的砂磨机中进行砂磨，得到平均粒径为1.0土0.2ym的铁氧体料浆，随后加入10%的PVA溶液(浓度为10±3%)进行喷雾干燥造粒，得到铁氧体粉料；将铁氧体粉料经压机压制得到密度为3.0土0.2g/ci^的铁氧体毛坯，将毛坯在真空烧结炉或钟罩炉或气氛保护推板窑内，在氧分压为0.54%的平衡气氛中，尤其在1100118(TC温度下烧结23小时。本发明首先打破传统铁氧体材料掺杂的观念，以往大量的生产与实验实践经验告诉我们，要获得高性能的MnZn功率铁氧体材料，必须尽量减少原材料中氧化硼的含量，也从不将氧化硼作为改善铁氧体性能的添加剂，因为氧化硼的加入往往使铁氧体中出现不连续的晶粒生长，从而恶化电磁性能。本发明有益效果是通过大量实验，找到了一种能够有效降低MnZn功率铁氧体材料烧结温度并能够明显改善材料电磁性能的化合物，这种化合物就是偏硼酸锌。通过大量工艺实验，对偏硼酸锌的添加量及与其他添加物的搭配进行摸索。最后得出一种低温烧结高性能低功耗Mnn功率铁氧体材料及制造方法。具体实施例方式本发明通过下述实验，确定各辅助成分具体含量首先，在不添加其他辅助成分情况下，通过改变偏硼酸锌的掺杂量，研究其对MnZn功率铁氧体材料显微结构和电磁性能的影响。偏硼酸锌的加入量在01wt。/。之间，实验结果表明，当加入量为O.5wtM时，铁氧体的致密化效果最好，但由于在铁氧体中出现不连续晶粒生长，电磁性能较差。偏硼酸锌促进铁氧体致密化的机理是在铁氧体的烧结过程中，微量偏硼酸锌的加入会促成液相烧结，液相烧结有利于提高反应速率，促进固相反应的进行，提高材料的烧结密度，降低晶界和晶粒内的气孔率，提高材料的电阻率，最终使材料的饱和磁感应强度Bs提高，同时功耗有效降低。在本发明中确定的偏硼酸锌最佳加入量为0.0050.045wt。/。较好，其中尤以0.010.03wt。/。为最好。为了获得最佳电磁性能，研究了偏硼酸锌与其他化合物，如CaO、V205、Nb205、Bi203、CoO、Zr02、Si02中的一种或多种化合物作为组合添加物加入铁氧体中，对铁氧体电磁性能的影响，从中选择了最佳组合，并确定了这些添加物的加入量范围。这些添加物的含量分别是氧化钙0.0080.18wt%、二氧化硅0.0050.025wt%、偏硼酸锌0.0050.045wt%。实施例1按以下配方Fe203:53.1mol%,ZnO:11.2mol%，MnO:35.7mol%(原料形态为Mn304)称取原材料；投入预先加有去离子水的砂磨机中研磨，控制平均粒径0.5士0.1um，一次喷雾造粒后，在850士30'C温度下用电热式回转窑进行预烧。随后预烧料投入砂磨机进行二次砂磨，砂磨过程中相对所述主成分含量，加入纯水45%、分散剂0.008%和消泡剂0.005%，并加入添加剂CaO:0.045wt%、Si02:0.008wt%、偏硼酸锌0.025wt%。控制砂磨的平均粒径为1.0土0.2iim。最后进行二次喷雾得到MnZn铁氧体颗粒料粉。取该颗粒料成型压制625mmX(M5mmX7.5mm、密度大约为3.0±0.2g/cn^的圆环，将铁氧体毛坯放入钟罩炉内，在氧分压为1.5%的平衡气氛中，在1150'C温度下烧结3小时。采用日本岩通公司生产的SY8232B-H测试仪测量材料的功耗和Bs,采用美国Agilent公司4284LCR阻抗分析仪测量材料的磁导率，产品相关性能列于表l中。实施例2按以下配方Fe203:53.1mol%，ZnO:11.2mol%，MnO:35.7mol%(原料形态为Mn304)称取原材料；投入预先加有去离子水的砂磨机中研磨，控制平均粒径0.5士0.1um，一次喷雾造粒后，在850士3(TC温度下用电热式回转窑进行预烧。随后预烧料投入砂磨机进行二次砂磨，砂磨过程中相对所述主成分含量，加入纯水45%、分散剂0.008%和消泡剂0.005%，并加入添加剂CaO:0.045wt%、Si02:0,008wt%、偏硼酸锌0.03wt%。控制砂磨的平均粒径为L0士0.2um。最后进行二次喷雾得到MnZn铁氧体颗粒料粉。取该颗粒料成型压制小25mmXct>15mmX7.5mm、密度大约为3.0±0.2g/ci^的圆环，将铁氧体毛坯放入钟罩炉内，在氧分压为1.5%的平衡气氛中，在1150'C温度下烧结3小时。采用日本岩通公司生产的SY8232B-H测试仪测量材料的功耗和Bs,采用美国Agilent公司4284LCR阻抗分析仪测量材料的磁导率，产品相关性能列于表1中。选用氧化钙的量在0.0080.18wt。/。、和二氧化硅的量在0.0050.025wt。/。的范围内对铁氧体产品性能影响甚小。由表1可见，本发明的铁氧体产品具有优良的电磁性能。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、一种低温烧结高性能MnZn功率铁氧体材料，该铁氧体的主成分包括Fe2O3、ZnO和MnO及辅助成分，其特征在于所述主成分以各自标准物计的含量为Fe2O349.5mol％～56.5mol％，ZnO6.5mol％～16mol％，MnO29.5mol％～41mol％；所述辅助成为氧化钙、二氧化硅和偏硼酸锌，其添加总量为主成分总量的0.01～0.25wt％。2、如权利要求l所述的低温烧结高性能MnZn功率铁氧体材料，其特征在于所添加有关辅助成分的添加范围为氧化钙0.0080.18wt%、二氧化硅0.0050.025wt%、偏硼酸锌0.0050.045wt%。3、如权利要求2所述的低温烧结高性能MnZn功率铁氧体材料，其特征是氧化钙0.0080.18wt%、二氧化硅0.0050.025wt%、偏硼酸锌0.0050.045wt%。4、如权利要求2所述的低温烧结高性能MnZn功率铁氧体材料，其特征是偏硼酸锌的添加量为0.010.03wt%5、低温烧结高性能MnZn功率铁氧体材料制造方法，其特征是按以下成分Fe203:53.1mol%，ZnO:11.2mol%，MnO:35.7mol。/。称取原材料；投入预先加有去离子水的砂磨机中研磨，控制平均粒径0.5土0.1ym，一次喷雾造粒后，在850土3(TC温度下用电热式回转窑进行预烧；随后预烧料投入砂磨机进行二次砂磨，砂磨过程中按上述成分含量，加入添加剂氧化钙0.0080.18wt%、二氧化硅0.0050.025wt%、偏硼酸锌0.0050.045wt%;并加入纯水，控制砂磨的平均粒径为1.0土0.2ixm;最后进行二次喷雾得到MnZn铁氧体颗粒料粉；取该颗粒料成型压制成坯放入真空炉、钟罩炉或N2气保护推板窑内，在氧分压小于3%的平衡气氛中，在1150土5(TC温度下烧结2-5小时。6、根据权利要求5所述的低温烧结高性能MnZn功率铁氧体材料制造方法，其特征是加入纯水30-55wt%进行二次砂磨。全文摘要一种低温烧结高性能MnZn功率铁氧体材料，主成分包括Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、ZnO和MnO及辅助成分，Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>49.5mol％～56.5mol％，ZnO6.5mol％～16mol％，MnO29.5mol％～41mol％；所述辅助成为氧化钙、二氧化硅和偏硼酸锌，其添加总量为主成分总量的0.01～0.25wt％。其制造方法是，按上述成分投入预先加有去离子水的砂磨机中研磨，控制平均粒径0.5±0.1μm，一次喷雾造粒后，在850±30℃温度下用电热式回转窑进行预烧；随后预烧料投入砂磨机进行二次砂磨，加入添加剂氧化钙、二氧化硅、偏硼酸锌；进行二次喷雾得到MnZn铁氧体颗粒料粉；取该颗粒料成型压制成坯在1150±50℃温度下烧结2-5小时。文档编号C04B35/26GK101593595SQ20091002937公开日2009年12月2日申请日期2009年4月10日优先权日2009年4月10日发明者陆明岳申请人:临沂中瑞电子有限公司