高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体，该软磁体的初始磁导率为2000～2200，在500KHZ、50mT时，80～100℃功耗为60～70kw/m3；25～100℃时饱和磁通密度为800～1600；所述软磁体包括第一组分和第二组分，第一组分包括Fe2O3、MnO和ZnO，第二组分包括CaCO3、Nb2O5、V2O5、MoO3和Co2O3。通过上述方式，本发明的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体，具有高频率、低损耗和优异的直流叠加特性，满足了开关电源变压器在长时间大电流下的高频低损耗的性能要求，应用前景广阔。
【专利说明】高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体
【技术领域】
[0001]本发明涉及于软磁性材料及其制备【技术领域】，特别是涉及一种高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体。
【背景技术】
[0002]软磁体是指用铁等材料做成的，易被磁化，被磁化后，磁性也容易消失的磁性材料，是开关电源变压器的主要成分之一，包括MnZn系和NiZn系两大类，其中，MnZn系软磁体具有高的导磁率和高的饱和磁感应，在中频和低频范围内具有较低损耗。
[0003]目前，随着家用电器、高性能电脑和IXD显示器等的开关电源变压器向小型化、轻薄化和多功能化方向的发展，软磁体在这些设备中得到了越来越广泛的应用，并且成为缩小开关电源变压器的体积、降低温升和提高变压器的输出功率不可缺少的组件。
[0004]开关电源变压器的工作时间较长，且大部分是在大电流或有直流偏磁场的条件下使用，因此，要求开关电源变压器一方面具有体积小、频率高、损耗低、耗电量少、寿命长和温升低等特点及高稳定性和高可靠性，另一方面还要具有在不同电流叠加状态下保持温度的特性，这就对开关电源变压器用磁性材料的性能提出了更高的要求，即具备高饱和磁通率和低剩磁的特性，以满足高频率超低损耗特性和高直流叠加特性的要求。
[0005]目前，常用的开关电源变压器用铁氧体材料在500KHZ、50mT，25~100°C温度区域内，磁通率由初始1800±25%下降到430，且功耗在80kw/m3左右，即仍普遍存在高功耗功率和直流叠加性能差的问题。
【发明内容】
[0006]本发明主要解决的技术问题是提供一种高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体，能够满足开关电源变压器的使用要求。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体，该软磁体的初始磁导率为2000~2200，在500KHZ、50mT时，80~100°C温度范围内，功耗为60~70kw/m3 ;饱和磁通密度在25~100°C时为800~1600 ;所述软磁体包括第一组分和第二组分，所述第一组分包括Fe203、MnO和ZnO，所述第二组分包括CaC03、Nb2O5, V2O5、MoO3和Co2O3 ;所述第一组分的摩尔百分含量为Fe2O3 51~52mol%、MnO 40~41mol%、ZnO 8~10mol% ;所述第二组分相对于所述第一组分的总重量的添加量为 CaCO3 600 ~lOOOppm、Nb2O5 300 ~500ppm、V2O5 500 ~lOOOppm、MoO3 100 ~500ppm、Co2O3 300 ~800ppm。
[0008]在本发明一个较佳实施例中，所述软磁体的初始磁导率为2000，在500KHZ、50mT时，80~100°C温度范围内，功耗为60kw/m3 ;饱和磁通密度在25°C时为1250，在80°C时为860，在 100。。为 800。
[0009]在本发明一个较佳 实施例中，所述第一组分的摩尔百分含量为Fe2O3 51.4%、MnO40.6%、ZnO 9.5% ;所述第二组分相对于所述第一组分的总重量的添加量为CaCO3 700ppm、Nb2O5 450ppm、V2O5 800ppm、MoO3 300ppm、Co2O3 500ppmo
[0010]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体的制备方法，包括以下步骤:
(1)称料:按配方准确称取第一组分和第二组分中的各原料备用；
(2)混料及研磨:将第一组分中的三种原料置于转速为50~60转/min的混合机中搅拌混合10~15min，然后将混合物料置于震动研磨机中研磨45~60min，得到平均粒径为
0.5~0.6 ii m的混合物料；
(3)制备混合浆料:向步骤(2)中得到的混合物料中依次加入配方量的第二组份、纯水和分散剂，然后在50~60转/min的转速下磨砂45~60min,得到平均粒径为0.45~
0.50 u m的混合液,最后加入浓度为15%的聚乙烯醇水溶液，以10转/min的转速搅拌20~30min,得到混合衆料；
(4)制备软磁体:将步骤(3)得到的混合浆料在70°C的真空干燥箱中干燥6~12h后压制成型，再在1335°C下烧结保温5~6h，最后在氦气气氛下冷却至室温，得到高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体。
[0011]在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(2)中震动研磨机的震动频率为60次/min,震动幅度为4mm。
[0012]在本发明一个较佳实施例中，所述步骤(3)中纯水的加入量为混合物料重量的
1.5倍，聚乙烯醇水溶液的加入量为混合物料重量的0.1倍。
`[0013]本发明的有益效果是:本发明的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体，具有高频率、低损耗和优异的直流叠加特性，满足了开关电源变压器在长时间大电流下的高频低损耗的性能要求，具体优点如下:
(1)初始磁导率高，为2000~2200，直流叠加性能好，磁通率在25°C时为1200~1300，80°C时为 850 ~900，100°C时为 800 ；
(2)损耗低，80~100°C范围内的功率损耗为60~70kw/m3；
(3)所制备的软磁体的微观结构均匀，一致性好，无异常晶粒；
(4)所制备的软磁体的气孔率低，密度高，无异相存在。
【具体实施方式】
[0014]下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0015]本发明实施例包括:
实施例1
(1)称料:准确称取51mol% 的 Fe2O3>40 mol% 的 MnO (原材料为 Mn3O4),8mol% 的 ZnO、600ppm 的 CaC03、300ppm 的 Nb2O5>500ppm 的 V205、IOOppm 的 MoO3 和 300ppm 的 Co2O3 备用；
(2)混料及研磨:将称取的Fe203、Mn0和ZnO三种原料置于转速为50转/min的混合机中搅拌混合15min，然后将混合物料置于震动频率为60次/min，震动幅度为4_的震动研磨机中研磨45min,得到平均粒径为0.5 y m的混合物料；
(3)制备混合浆料:向上述研磨后的混合物料中依次加入称量好的CaC03、Nb2O5,V2O5,MoO3和Co203、混合物料重量的1.5倍的纯水和分散剂，然后在50转/min的转速下磨砂60min,得到平均粒径为0.45 ii m的混合液，最后加入占混合物料重量0.1倍的浓度为15%的聚乙烯醇水溶液，以10转/min的转速搅拌20~30min,得到混合衆料；
(4)制备软磁体:将上述混合浆料在70°C的真空干燥箱中干燥6~12h后压制成型，再在1335°C下烧结保温5h，最后在氦气气氛下冷却至室温，得到密度为3.8g/cm3的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体。
[0016]上述方法制备的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体，具有较高的磁导率，其起始磁导率为2000，在500KHZ、50mT时，80~100°C温度范围内，功耗为60kw/m3 ;在饱和磁通密度在25°C时为1250，在80°C时为860，在100°C为800。
[0017]实施例2
(1)称料:准确称取52mol% 的 Fe2O3>4Imo 1% 的 MnO (原材料为 Mn304)、10mol% 的 ZnO、1000ppm 的 CaC03、500ppm 的 Nb205、1000ppm 的 V205、500ppm 的 MoO3 和 800ppm 的 Co2O3 备用；
(2)混料及研磨:将称取的Fe203、Mn0和ZnO三种原料置于转速为60转/min的混合机中搅拌混合IOmin,然后将混合物料置于震动频率为60次/min,震动幅度为4_的震动研磨机中研磨60min,得到平均粒径为0.6 y m的混合物料；
(3)制备混合浆料:向上述研磨后的混合物料中依次加入称量好的CaC03、Nb2O5,V2O5,MoO3和Co203、混合物料重量的1.5倍的纯水和分散剂，然后在60转/min的转速下磨砂45min,得到平均粒径为0.50 y m的混合液，最后加入占混合物料重量0.1倍的浓度为15%的聚乙烯醇水溶液， 以10转/min的转速搅拌20~30min,得到混合衆料；
(4)制备软磁体:将上述混合浆料在70°C的真空干燥箱中干燥6~12h后压制成型，再在1335°C下烧结保温6h，最后在氦气气氛下冷却至室温，得到密度为3.9g/cm3的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体。
[0018]上述方法制备的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体，具有较高的磁导率，其起始磁导率为2000，在500KHZ、50mT时，80~100°C温度范围内，功耗为70kw/m3 ;在饱和磁通密度在25°C时为1300，在80°C时为900，在100°C为800。
[0019]实施例3
(1)称料:准确称取51.4mol% 的 Fe2O3、40.6mol% 的 MnO (原材料为 Mn3O4)、9.5mol% 的Zn0、700ppm 的 CaCO3、450ppm 的 Nb2O5、800ppm 的 V205、300ppm 的 MoO3 和 500ppm 的 Co2O3 备用；
(2)混料及研磨:将称取的Fe203、Mn0和ZnO三种原料置于转速为60转/min的混合机中搅拌混合15min，然后将混合物料置于震动频率为60次/min，震动幅度为4_的震动研磨机中研磨45min,得到平均粒径为0.55 y m的混合物料；
(3)制备混合浆料:向上述研磨后的混合物料中依次加入称量好的CaC03、Nb2O5,V2O5,MoO3和Co203、混合物料重量的1.5倍的纯水和分散剂，然后在60转/min的转速下磨砂60min,得到平均粒径为0.48 ii m的混合液，最后加入占混合物料重量0.1倍的浓度为15%的聚乙烯醇水溶液，以10转/min的转速搅拌20~30min,得到混合衆料；
(4)制备软磁体:将上述混合浆料在70°C的真空干燥箱中干燥6~12h后压制成型，再在1335°C下烧结保温5h，最后在氦气气氛下冷却至室温，得到密度为3.5g/cm3的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体。[0020]上述方法制备的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体，具有较高的磁导率，其起始磁导率为2200，在500KHZ、50mT时，80~100°C温度范围内，功耗为65kw/m3 ;在饱和磁通密度在25°C时为1200，在80°C时为850，在100°C为800。
[0021]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利`保护范围内。
【权利要求】
1.一种高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体，其特征在于，该软磁体的初始磁导率为2000~2200，在500KHZ、50mT时，80~100°C温度范围内，功耗为60~70kw/m3 ;饱和磁通密度在25~100°C时为800~1600 ;所述软磁体包括第一组分和第二组分，所述第一组分包括Fe203、Mn0和ZnO，所述第二组分包括CaCO3、Nb205、V205 ,MoO3和Co2O3 ;所述第一组分的摩尔百分含量为Fe2O3 51~52mol%、MnO 40~41mol%、ZnO 8~10mol% ;所述第二组分相对于所述第一组分的总重量的添加量为CaCO3 600~1000ppm、Nb205 300~500ppm、V2O5 500 ~1000ppm^ MoO3 100 ~500ppm、Co2O3 300 ~800ppm。
2.根据权利要求1所述的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体，其特征在于，所述软磁体的初始磁导率为2000，在500KHZ、50mT时，80~100°C温度范围内，功耗为60kw/m3 ;饱和磁通密度在25°C时为1250，在80°C时为860，在100°C为800。
3.根据权利要求1所述的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体，其特征在于，所述第一组分的摩尔百分含量为Fe2O3 51.4%、MnO 40.6%、ZnO 9.5% ;所述第二组分相对于所述第一组分的总重量的添加量为 CaCO3 700ppm、Nb2O5 450ppm、V2O5 800ppm、MoO3 300ppm、Co2O3 500ppm。
4.一种如权利要求1所述的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)称料:按配方准确称取第一组分和第二组分中的各原料备用； (2)混料及研磨:将第一组分中的三种原料置于转速为50~60转/min的混合机中搅拌混合10~15mi n，然后将混合物料置于震动研磨机中研磨45~60min，得到平均粒径为0.5~0.6 ii m的混合物料； (3)制备混合浆料:向步骤(2)中得到的混合物料中依次加入配方量的第二组份、纯水和分散剂，然后在50~60转/min的转速下磨砂45~60min,得到平均粒径为0.45~0.50 u m的混合液,最后加入浓度为15%的聚乙烯醇水溶液，以10转/min的转速搅拌20~30min,得到混合衆料； (4)制备软磁体:将步骤(3)得到的混合浆料在70°C的真空干燥箱中干燥6~12h后压制成型，再在1335°C下烧结保温5~6h，最后在氦气气氛下冷却至室温，得到高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体。
5.根据权利要求4所述的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中震动研磨机的震动频率为60次/min,震动幅度为4mm。
6.根据权利要求4所述的高频低损耗开关电源变压器用高性能软磁体的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中纯水的加入量为混合物料重量的1.5倍，聚乙烯醇水溶液的加入量为混合物料重量的0.1倍。
【文档编号】C04B35/26GK103771849SQ201410004276
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】柯宇翔, 张晓明, 徐良保 申请人:苏州冠达磁业有限公司