专利名称：宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁氧体材料，特别涉及一种宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料。
背景技术：
随着电子工业的小型化、多功能化、集成化方向发展，所用电子元器件用软磁功率铁氧体材料也得到了更多的应用。同时，随着消费类电子产品的数字化、高性能化发展，对磁性材料产品提出了更高的要求，如高清数字电视、平板电视的电源电路、DC-DC开关电源及笔记本电脑转换器等，需要使用高饱和磁 通密度、宽温应用范围、高磁导率、低损耗功率铁氧体材料。近年来国际大公司被中国巨大的市场所吸引，争先进入中国，对于元器件配套本地化要求强烈，这也为我国软磁铁氧体行业带来了巨大的挑战和市场需求。目前日本TDK公司、荷兰飞磁公司、德国西门子、东京铁氧体等铁氧体知名公司已开始批量生产PC90、PC95等新一代高饱和磁通密度、宽温应用范围、高磁导率、低损耗功率铁氧体材料。为了电子电路的小型轻量集成化及高性能化发展，开发宽温、高磁导率、低功耗功率铁氧体材料是必然发展方向。为了顺应电子器件的小型化和微型化发展趋势，并将我国的产品档次提高到更高的水平，实现规模生产，扩大高端软磁功率铁氧体产品在国际市场的占有率，增加出口创汇，以适应市场对磁性产品的要求是非常必要的。专利申请号为CN1810710A、CN101786871A、CN101786871A的中国专利申请文件虽然公开了一些铁氧体材料,而这些铁氧体材料,在25 120°C温度范围内体积功耗值均不能达到小于350kW/m3，初始磁导率未达到彡3500的水平，材料的化学成分也不一样。
发明内容
本发明要达到的目的是提供一种宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料及采用该材料制得的磁芯，该磁芯具有较高的其实磁导率，且在25 120°C温度范围内体积功耗值Pv低于350kW/m3，功耗曲线平缓，叠加特性优异。本发明的技术方案是宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料包括主成分和副成分，主成分包括氧化铁、氧化锰、氧化锌，所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量是=Fe2O3 53 55mol%，MnO 32 35mol%，ZnO : 11 13mol% ;副成分包括铋氧化物、钒氧化物、钛氧化物、钴氧化物、钙氧化物、铅氧化物，相对所述主成分总量，所述铋氧化物、钒氧化物、钛氧化物、钴氧化物、钙氧化物、铅氧化物以其标准物Bi203、V205、Ti02、Co2O3计的总重量百分比含量为0. 091wt% 0. 82wt%,所述副成分 Bi2O3 为 0. 003wt% 0. 10wt%、V2O5 为 0. 003wt% 0. 12wt%、TiO2 为0. 005wt% 0. 20wt%> Co2O3 为 0. 08wt% 0. 40wt%。铁氧体材料副成分还包括钙氧化物或钙氧化物和铅氧化物，相对所述主成分总量，该副成分以其标准物CaO和PbO计的总重量百分比含量为0. 003wt% 0. 15wt%，其CaO为 0 0. 05wt%> PbO 为 0 0. 05wt%o采用上述材料的制备的铁氧体磁芯，该磁芯用以下步骤制得
I)混料按权利要求I所述主成分的配比取三种粉料，在转速200 220rpm下球磨3_4小时；2)预烧将步骤I)球磨后的主成分粉料在900 950°C下预烧，预烧时间为2-4小时；3) 二次球磨掺杂取权利要求I或2所述副成分的配比的粉料与步骤2)预烧后的主成分粉料进行球磨，球磨时间15 18小时，转速200 220rpm，得到掺杂粉料； 4)掺胶造粒向步骤3)所得的掺杂粉料内加入浓度为6 8g/ml的聚乙烯醇，添加量为铁氧体料重的15 18wt%，使粉料与聚乙烯醇混合均匀并成为具有一定结合力的颗粒状态。对干燥后的颗粒进行人工粉碎，振动筛分后得到粒径< 80 的细小颗粒；5)压制成型将步骤4)所述的细小颗粒压制成坯件，压模压力300 400MPa，保压5 IOs ;6)烧结成型烧结步骤5)所述的坯件，烧结温度为1300 1400°C，升降温速度40 60°C /h,保温时间3 5h，保温阶段氧分压控制在5 8%，烧结后坯料随炉冷却。步骤5)所述的压制成型时，添加硬脂酸锌润滑剂I I. 5wt%。。所述磁芯在25°C，f彡IOkHz，B〈0. 5mT时，具有彡3500起始磁导率；且在IOOKHz，200mT，25°C 120°C温度区域内的功耗值均在350kW/m3以下。铁氧体在f彡IOkHz,B〈0. 25mT 时，居里温度彡 220°C ;密度 >4. 9X 103kg/m3。采用本发明所述的技术方案，副成分中的Bi2O3可以提高该系功率铁氧体的起始磁导率U i和饱和磁通密度Bs，V2O5能够降低功率损耗，TiO2在降低功率损耗Pv的同时可以提高初始磁导率UyCo2O3能够改善该锰锌功率铁氧体的温度特性。上述副成分，是所述主成分功率铁氧体材料达到25 120°C温度范围内体积功耗值Pv均低于350kW/m3，功耗曲线平缓特性指标的必要因素。本发明所述铁氧体磁芯具有如下特征在25°C，f彡10kHz, B〈0. 5mT时，具有彡3500起始磁导率；且在100KHz，200mT，25°C 120°C温度区域内的功耗值在350kW/m3以下。经过实验证明，本发明的宽温超低损耗锰锌功率铁氧体粉料具有良好的成型性能，严格按照上述工艺烧结所得磁芯，性能稳定可靠。本发明MnO的原料形态为Mn3O4, Mn3O4采用GQ6型号；铁红要求Fe2O3纯度彡99%，高纯ZnO的纯度> 99. 7%。所有副成分的纯度要求> 99. 0%，硬脂酸锌为粉末状，纯度要求^ 99. 0%，上述材料均采用市售产品。
图I为采用宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料制备磁芯的工艺流程图；图2为磁芯烧结工艺曲线图。
具体实施例方式实施例I称取53. 8mol%Fe203、35mol% 的 MnO 和 11. 2mol% 的 ZnO，其中 Fe2O3 (铁红由山东宏祥化工有限公司生产，纯度彡99%)；Mn0的原料形态为Mn3O4,Mn3O4 (上海球龙化工有限公司购买);高纯ZnO(由江苏兴化升达锌品厂生产，纯度彡99. 7%)。将上述原料称取混合并于球磨机中湿磨，球磨的转速200 220rpm，时间3 4小时。将湿磨好的粉料于电阻炉中预烧，预烧工艺930°C X3h，得到预烧好的主成分。相对所述主成分含量，其中所添加的副成分各物质的重量百分比含量分别为三氧化二铋Bi2O3 = 0. 10wt%、五氧化二钒V2O5=O. 05wt%、二氧化钛TiO2=O. 05wt%、三氧化二钴Co2O3=O. 20wt%、氧化I丐CaO=O. 05wt%,称取的副成分材料为纯度99. 9%的Bi2O3粉，纯度99. 0%的V2O5粉，纯度99. 0%的TiO2粉，纯度99. 5%的Co2O3粉，纯度99. 0%的CaO粉(其中三氧化二铋由淄博伟杰稀土有限公司生产、氧化钙由新 乡永强钙业有限公司生产、三氧化二钴由吴江绿艳化工厂提供、二氧化钛由锦州朋大钛白粉制造有限公司生产、五氧化二钒由河南中都化工有限公司生产)。将称取的副成分同预烧粉料加入高能球磨罐中进行机械湿磨，转速200 220rpm,球磨时间15 18小时(二次球磨)，将二次球磨的粉料用电动压机将处理好的粉料压制成预定模具形状的坯件，压模压力300 400MPa，保压5 10s，压制过程中可添加硬脂酸锌润滑剂I I. 5wt%。；压制成
◎25X ^15X7. 5mm环形磁芯和所需的壶形磁芯,成型密度3. 10±0. 15g/cm3,于真空高温烧结炉中烧结，采用氮气保护在平衡气氛下烧结冷却，烧结工艺曲线如图2所示。将上述工艺过程制备的磁芯，用GHY-6型功耗仪、JK2772型电感仪、JS1772A型直流磁化电源、CN61M型直流特性测试仪等仪器测得磁芯的相关性能数据如表I所示。实施例2称取53. 5mol% 的 Fe2O3'34. 5mol% 的 MnO 和 12mol% 的 ZnO，其中 Fe2O3 (铁红由山东宏祥化工有限公司生产)，纯度彡99% ；MnO的原料形态为Mn3O4,Mn3O4 (上海球龙化工有限公司购买)；高纯ZnO (由江苏兴化升达锌品厂生产)，纯度> 99. 7%。将上述原料称取混合并于球磨机中湿磨，球磨的转速200 220rpm,时间3 4小时。将湿磨好的粉料于电阻炉中预烧，预烧工艺920°C X 3. 5h，得到预烧好的主成分。相对所述主成分含量，其中所添加的副成分各物质的重量百分比含量分别为=Bi2O3=O. 05wt%、V2O5=O. 05wt%, TiO2=O. 05wt%、Co2O3=O. 18wt%、Ca0=0. 05wt%、Pb0=0. 04wt%，称取的副成分材料为纯度 99. 9% 的 AR 型 Bi2O3粉，纯度99. 0%的V2O5粉，纯度99. 0%的TiO2粉，纯度99. 5%的Co2O3粉，纯度99. 0%的CaO粉，纯度99. 0%的PbO粉(其中三氧化二铋由淄博伟杰稀土有限公司生产、氧化钙由新乡永强钙业有限公司生产、三氧化二钴由吴江绿艳化工厂提供、二氧化钛由锦州朋大钛白粉制造有限公司生产、五氧化二钒由河南中都化工有限公司生产、一氧化铅由湖北欣达利生化有限公司生产)。将称取的副成分同预烧粉料加入高能球磨罐中进行机械湿磨，转速200 220rpm，球磨时间15 18小时(二次球磨)，将二次球磨的粉料用电动压机将处理好的粉料压制成预定模具形状的坯件，压模压力300 400MPa，保压5 10s，压制过程中可添加硬脂酸锌润滑剂I I. 5wt%。;压制成￠25 X ￠15 X 7. 5mm环形磁芯和所需的壶形磁芯，成型密度3. 05±0. 15g/cm3，于真空高温烧结炉中烧结，采用氮气保护在平衡气氛下烧结冷却，烧结工艺曲线如图2所示。将上述工艺过程制备的磁芯，用GHY-6型功耗仪、JK2772型电感仪、JS1772A型直流磁化电源、CN61M型直流特性测试仪等仪器测得磁芯的相关性能数据如表I所示。实施例3称取57. Omo 1% 的 Fe2O3'32. Omo 1% 的 MnO 和 11. Omo 1% 的 ZnO，其中 Fe2O3 (铁红由山东宏祥化工有限公司生产)纯度彡99% ；MnO的原料形态为Mn3O4, Mn3O4 (上海球龙化工有限公司购买);高纯ZnO (由江苏兴化升达锌品厂生产)纯度>99.7%。将上述原料称取混合并于球磨机中湿磨，球磨的转速200 220rpm,时间3 4小时。将湿磨好的粉料于电阻炉中预烧，预烧工艺920°C X3.5h，得到预烧好的主成分。相对所述主成分含量，其中所添加的副成分各物质的重量百分比含量分别为=Bi2O3=O. 006wt%、V2O5=O. 10wt%、TiO2=O. 01wt%、Co2O3=O. 15wt%、CaO=O. 01wt%、PbO=O. 01wt%，称取的副成分材料为纯度 99. 9% 的 Bi2O3 粉，纯度99. 0%的V2O5粉，纯度99. 0%的TiO2粉，纯度99. 5%的Co2O3粉，纯度99. 0%的CaO粉，纯度99. 0%的PbO粉(其中三氧化二铋由淄博伟杰稀土有限公司生产、氧化钙由新乡永强 钙业有限公司生产、三氧化二钴由吴江绿艳化工厂提供、二氧化钛由锦州朋大钛白粉制造有限公司生产、五氧化二钒由河南中都化工有限公司生产、一氧化铅由湖北欣达利生化有限公司生产)。将称取的副成分同预烧粉料加入高能球磨罐中进行机械湿磨，转速200 220rpm，球磨时间15 18小时(二次球磨)，将二次球磨的粉料用电动压机将处理好的粉料压制成预定模具形状的坯件，压模压力300 400MPa，保压5 10s，压制过程中可添加硬脂酸锌润滑剂I I. 5wt%。;压制成￠25 X ￠15 X 7. 5mm环形磁芯和所需的壶形磁芯，成型密度3. 05±0. 15g/cm3，于真空高温烧结炉中烧结，采用氮气保护在平衡气氛下烧结冷却，烧结工艺曲线如图2所示。实施例4称取53. Omo 1% 的 Fe2O3^34. 5mol% 的 MnO 和 12. 5mol% 的 ZnO,，其中 Fe2O3 (铁红由山东宏祥化工有限公司生产)纯度彡99% ；MnO的原料形态为Mn3O4, Mn3O4 (上海球龙化工有限公司购买);高纯ZnO (江苏兴化升达锌品厂生产)纯度>99.7%。将上述原料称取混合并于球磨机中湿磨，球磨的转速200 220rpm,时间3 4小时。将湿磨好的粉料于电阻炉中预烧，预烧工艺920°C X3.5h，得到预烧好的主成分。相对所述主成分含量，其中所添加的副成分各物质的重量百分比含量分别为Bi203=0. 003wt%、V2O5=O. 005wt%、TiO2=O. 008wt%、Co2O3=O. 32wt%、CaO=O. 005wt%、PbO=O. 005wt%,称取的副成分材料为纯度 99. 9% 的 Bi2O3粉，纯度99. 0%的V2O5粉，纯度99. 0%的TiO2粉，纯度99. 5%的Co2O3粉，纯度99. 0%的CaO粉，纯度为99. 0%的PbO粉(其中三氧化二铋由淄博伟杰稀土有限公司生产、氧化钙由新乡永强钙业有限公司生产、三氧化二钴由吴江绿艳化工厂提供、二氧化钛由锦州朋大钛白粉制造有限公司生产、五氧化二钒由河南中都化工有限公司生产、一氧化铅由湖北欣达利生化有限公司生产)。将称取的副成分同预烧粉料加入高能球磨罐中进行机械湿磨，转速200 220rpm，球磨时间15 18小时(二次球磨)，将二次球磨的粉料用电动压机将处理好的粉料压制成预定模具形状的坯件，压模压力300 400MPa，保压5 10s，压制过程中可添加硬脂酸锌润滑剂I I. 5wt%0 ;压制成0>25X OU5X7. 5mm环形磁芯和所需的壶形磁芯，成型密度3. 05±0. 15g/cm3，于真空高温烧结炉中烧结，采用氮气保护在平衡气氛下烧结冷却，烧结工艺曲线如图2所示。将上述工艺过程制备的磁芯，用GHY-6型功耗仪、JK2772型电感仪、JS1772A型直流磁化电源、CN61M型直流特性测试仪等仪器测得磁芯的相关性能数据如表I所示。
表I本发明制得环形磁芯材料性能
权利要求
1.一种宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料，其特征在于该材料成分包括主成分和副成分，主成分包括氧化铁、氧化锰、氧化锌，所述主成分以各自标准物计的摩尔百分比含量是Fe2O3 :53 55mol%, MnO :32 35mol%, ZnO :11 13mol% ;副成分包括铋氧化物、钒氧化物、钛氧化物、钴氧化物、钙氧化物、铅氧化物，相对所述主成分总量，所述铋氧化物、钒氧化物、钛氧化物、钴氧化物、钙氧化物、铅氧化物以其标准物Bi203、V2O5, TiO2, Co2O3计的总重量百分比含量为0. 091wt% 0. 82wt%,所述副成分Bi2O3为0. 003wt% 0. 10wt%、V2O5为0.003wt% 0. 12wt%> TiO2 为 0. 005wt% 0. 20wt%> Co2O3 为 0. 08wt% 0. 40wt%。
2.根据权利要求I所述的铁氧体材料，其特征在于铁氧体材料副成分还包括钙氧化物或钙氧化物和铅氧化物，相对所述主成分总量，该副成分以其标准物CaO和PbO计的总重量百分比含量为 0. 003wt% 0. 15wt%,其 CaO 为 0 0. 05wt%、PbO 为 0 0. 05wt%。
全文摘要
本发明涉及一种宽温超低损耗锰锌功率铁氧体材料，该铁氧体材料成分包括主成分和副成分，主成分包括氧化铁、氧化锰、氧化锌，副成分包括铋氧化物、钒氧化物、钛氧化物、钴氧化物、钙氧化物、铅氧化物。该铁氧体材料具有良好的成型性能，采用该材料制得的磁芯具有较高的其实磁导率，且在25～120℃温度范围内体积功耗值Pv低于350kW/m3，功耗曲线平缓，叠加特性优异。
文档编号C04B35/26GK102795849SQ20121033857
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者邹兴政, 李方, 王宏, 张十庆, 唐锐, 李济林, 刘海定 申请人:重庆材料研究院