高强度低损耗高q值汽车加热用磁条的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，该汽车加热用磁条在100KHz200mT且温度为100℃时的损耗为420～465kw/m3，密度为5.0～5.5g/cm3，Q值为100～150；所述磁条包括主体体系和掺杂体系，所述掺杂体系占所述主体体系重量百分数的0.3～0.5%；所述主体体系包括Fe2O3、MnO和ZnO；所述掺杂体系包括CaCO3、Li2CO3、纳米SiO2、CuO、Nb2O5、Co2O3和NiO。本发明通过主体体系原料配比的合理配置、掺杂体系的优化和烧结工艺的设计，提高了产品的密度、机械强度和Q值，所制备的磁条具有粒径尺寸均匀、一致性好，气孔率低，密度高，无微观异相晶粒和宏观异相等优点，在中低频使用时的损耗小，Q值高，能够满足日益提高的汽车加热系统的性能要求。
【专利说明】高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条
【技术领域】
[0001]本发明涉及Mn-Zn系铁氧体【技术领域】，特别是涉及一种高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条。
【背景技术】
[0002]磁性材料作为在国民经济各个领域不可缺少的功能材料，其产量和使用量已成为衡量一个国家经济和信息技术发展程度的标志之一，特别是功率铁氧体，在国民经济各个领域不断发挥着越来越大的作用。
[0003]目前，随着汽车行业及电磁感应技术的快速发展，利用交变磁场进行感应加热在汽车加热系统中的应用越来越广泛，同时也对应用于这种汽车加热系统中的磁体或磁条的要求更为严格。上述磁体或磁条通常为功率铁氧体，衡量其性能优劣的指标包括初始磁导率、功率消耗、饱和磁通密度、机械强度及在感应系统中的Q值。在汽车加热系统中，通常要求功率铁氧体具备高的机械强度，以适应汽车运行的颠簸及露天气候环境的变化；具备较高的Q值和较低的功率损 耗。
[0004]近年来，常用的汽车加热用磁条的初始磁导率为1480~1520 ;磁转变温度，即居里温度为275~285°C，在IOOKHz 200mT及100°C时的功率损耗为520~550kw/m3，其损耗仍然较大，不能满足对汽车加热系统日益提高的性能要求。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题是提供一种高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，能够显著提高磁条的强度，降低其损耗和Q值，满足汽车加热的性能需求。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，该汽车加热用磁条在IOOKHz 200mT且温度为100°C时的损耗为420~465kw/m3,密度为5. O~5. 5g/cm3,Q值为100~150 ;所述磁条包括主体体系和掺杂体系，所述掺杂体系占所述主体体系重量百分数的O. 3~O. 5% ;所述主体体系包括Fe203、MnO和ZnO ;所述掺杂体系包括CaC03、Li2CO3、纳米Si02、CuO、Nb2O5, Co2O3和NiO ;所述主体体系的摩尔百分含量为Fe2O3 58~60%、MnO 34~36%、ZnO 5~6% ;所述掺杂体系相对于所述第一组分的总重量的添加量为CaCO3 1000~2000ppm、Li2CO3 50~200ppm、纳米SiO250 ~500ppm、Cu0 800 ~1500ppm、Nb205 500 ~1000ppm、Co203 100 ~1000ppm、Ni0 3000 ~5000ppm。
[0007]在本发明一个较佳实施例中，所述汽车加热用磁条在IOOKHz 200mT且温度为100°C时的损耗为450kw/m3，密度为5. 2g/cm3，Q值为120。
[0008]在本发明一个较佳实施例中，所述主体体系的摩尔百分含量为Fe2O3 59%、MnO35%、ZnO 5. 8% ;所述掺杂体系相对于所述第一组分的总重量的添加量为CaCO3 1300ppm、Li2CO3 120ppm、纳米 SiO2 300ppm、CuO lOOOppm、Nb2O5 800ppm、Co2O3 600ppm、NiO 4000ppm。
[0009]在本发明一个较佳实施例中，所述纳米SiO2的粒径为30~50nm。[0010]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条的制备方法，包括以下步骤：
(1)称料：按配方准确称取主体体系和掺杂体系中的各原料备用；
(2)制备主体体系：将已称量的主体体系中的三种原料置于转速为50~55转/min的混合机中搅拌混合20~25min，然后将混合物料转入温度为900°C的电热式回转窑中预烧55~60min，最后置于震动频率为30~40次/分，振幅为3~4mm的震动球磨机中粉碎10~15min，得到平均物料直径为O. 55~O. 65 μ m的主体体系混合物；
(3)制备混合体系：将步骤（2)中得到的主体体系混合物和步骤（I)中称量好的掺杂体系中的各原料放入磨砂机中，然后依次加入占物料总重量I~I. 5倍的水、0.01~0.05倍的分散剂和8~10%的浓度为15~18%聚乙醇水溶液，启动磨砂机，以30~40转/min的转速磨砂90~120min，得到粒径为O. 50~O. 60 μ m的主体体系和掺杂体系的混合料浆；
(4)制备坯块及成型：将步骤（3)中得到的料浆喷雾造粒，并压制成所需形状坯块，然后连同模具转入窑炉烧结，烧结工艺为：从室温升至800°C，保温120min，再继续升温至IlOO0C，保温60min，最后升温至1350°C，在5~10%的氧气浓度下保温烧结3~4h，然后在惰性气氛下降至室温，得到高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条。
[0011]在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4 )中，所述坯块形状为圆柱体或多边形实心体。
[0012]在本发明一个较佳实施例中,所述步骤（4)中，所述惰性气氛为氮气、氦气或氩气。 [0013]本发明的有益效果是：本发明一种高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，通过主体体系原料配比的合理配置、掺杂体系的优化和烧结工艺的设计，提高了产品的密度、机械强度和Q值，所制备的磁条具有粒径尺寸均匀、一致性好，气孔率低，密度高，无微观异相晶粒和宏观异相等优点，在中低频使用时的损耗小，Q值高，能够满足日益提高的汽车加热系统的性能要求。
【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：
一种高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，该汽车加热用磁条在IOOKHz 200mT且温度为100°C时的损耗为420~465kw/m3，密度为5. O~5. 5g/cm3，Q值为100~150 ;所述磁条包括主体体系和掺杂体系,所述掺杂体系占所述主体体系重量百分数的O. 3~O. 5% ;所述主体体系包括Fe203、Mn0和ZnO ;所述掺杂体系包括CaC03、Li2C03、纳米Si02、Cu0、Nb205、Co203和NiO ;所述主体体系的摩尔百分含量为Fe2O3 58~60%、MnO 34~36%、ZnO 5~6% ;所述掺杂体系相对于所述第一组分的总重量的添加量为CaCO3 1000~2000ppm、Li2CO3 50~200ppm、纳米 SiO2 50 ~500ppm、CuO 800 ~1500ppm、Nb2O5 500 ~lOOOppm、Co2O3 100 ~lOOOppm、NiO 3000 ~5000ppm。
[0016]实施例I
(I)称料：准确称取主体体系中的Fe2O3 58mol%、Mn0(原材料为Mn304)36mol%、Zn0 6mol%和惨杂体系中的CaCO3 1000ppm、Li2C03 50ppm、纳米SiO2 500ppm、Cu0 800ppm>Nb2O5 500ppm、Co2O3 100ppm、Ni0 3000 备用；
(2)制备主体体系：将已称量的主体体系中的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25min,然后将混合物料转入温度为900°C的电热式回转窑中预烧55min,最后置于震动频率为30次/分,振幅为3~4mm的震动球磨机中粉碎IOmin,得到平均物料直径为O. 65 μ m的主体体系混合物；
(3)制备混合体系：将步骤（2)中得到的主体体系混合物和步骤（I)中称量好的掺杂体系中的CaC03、Li2CO3、纳米Si02、CuO、Nb2O5, Co2O3和NiO各原料放入磨砂机中，然后依次加入占物料总重量I. 5倍的水、0.01倍的分散剂和8%的浓度为18%的聚乙醇水溶液，启动磨砂机，以30转/min的转速磨砂120min,得到粒径为O. 60 μ m的主体体系和掺杂体系的混合料浆；
(4)制备坯块及成型：将步骤（3)中得到的料浆喷雾造粒，并压制成圆柱体或多边形实心体等所需形状坯块，然后连同模具转入窑炉烧结，烧结工艺为：从室温升至800°C，保温120min,再继续升温至1100°C，保温60min，最后升温至1350°C，在10%的氧气浓度下保温烧结3h，然后在惰性气氛下降至室温，得到高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条。
[0017]上述方法制备的高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，采用相对应获得的磁环进行性能测试，在IOOKHz 200mT且温度为100°C时的损耗为420kw/m3，密度为5. 2g/cm3，Q值为 100。
[0018]实施例2
(1)称料：准确称取主体体系中的Fe2O360mol%、MnO (原材料为Mn3O4) 34mol%、ZnO5mol% 和掺杂体系中的 CaCO3 2000ppm、Li2CO3 200ppm、纳米 SiO2 50ppm、CuO 1500ppm、Nb2O5lOOOppm、Co2O3 lOOOppm、NiO 5000ppm 备用；` (2)制备主体体系：将已称量的主体体系中的Fe203、Mn0和ZnO三种原料置于转速为55转/min的混合机中搅拌混合20min,然后将混合物料转入温度为900°C的电热式回转窑中预烧60min,最后置于震动频率为40次/分,振幅为3~4_的震动球磨机中粉碎15min,得到平均物料直径为0. 55 μ m的主体体系混合物；
(3)制备混合体系：将步骤（2)中得到的主体体系混合物和步骤（I)中称量好的掺杂体系中的CaC03、Li2CO3、纳米Si02、CuO、Nb2O5, Co2O3和NiO各原料放入磨砂机中，然后依次加入占物料总重量I. 5倍的水、0. 01倍的分散剂和10%的浓度为15%的聚乙醇水溶液，启动磨砂机，以40转/min的转速磨砂90min,得到粒径为0. 50 μ m的主体体系和掺杂体系的混合料浆；
(4)制备坯块及成型：将步骤（3)中得到的料浆喷雾造粒，并压制成圆柱体或多边形实心体等所需形状坯块，然后连同模具转入窑炉烧结，烧结工艺为：从室温升至800°C，保温120min，再继续升温至1100°C，保温60min，最后升温至1350°C，在5%的氧气浓度下保温烧结4h，然后在惰性气氛下降至室温，得到高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条。
[0019]上述方法制备的高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，采用相对应获得的磁环进行性能测试，在IOOKHz 200mT且温度为100°C时的损耗为450kw/m3，密度为5. Og/cm3，Q值为 120。
[0020]实施例3
(I)称料：准确称取主体体系中的Fe2O3 59mol%、MnO (原材料为Mn3O4) 35mol%、ZnO5.8mol% 和掺杂体系中的 CaCO3 1300ppm、Li2CO3 120ppm、纳米 SiO2 300ppm、CuO lOOOppm、Nb2O5 800ppm、Co2O3 600ppm、NiO 4000ppm 备用；
(2)制备主体体系：将已称量的主体体系中的Fe203、Mn0和ZnO三种原料置于转速为55转/min的混合机中搅拌混合20min,然后将混合物料转入温度为900°C的电热式回转窑中预烧60min,最后置于震动频率为40次/分,振幅为3~4_的震动球磨机中粉碎15min,得到平均物料直径为O. 50 μ m的主体体系混合物；
(3)制备混合体系：将步骤（2)中得到的主体体系混合物和步骤（I)中称量好的掺杂体系中的CaC03、Li2CO3、纳米Si02、CuO、Nb2O5, Co2O3和NiO各原料放入磨砂机中，然后依次加入占物料总重量I. 5倍的水、0.01倍的分散剂和10%的浓度为15%的聚乙醇水溶液，启动磨砂机，以40转/min的转速磨砂90min,得到粒径为O. 60 μ m的主体体系和掺杂体系的混合料浆；
(4)制备坯块及成型：将步骤（3)中得到的料浆喷雾造粒，并压制成圆柱体或多边形实心体等所需形状坯块，然后连同模具转入窑炉烧结，烧结工艺为：从室温升至800°C，保温120min，再继续升温至1100°C，保温60min，最后升温至1350°C，在8%的氧气浓度下保温烧结4h，然后在惰性气氛下降至室温，得到高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条。
[0021]上述方法制备的高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，采用相对应获得的磁环进行性能测试，在IOOKHz 200mT且温度为100°C时的损耗为465kw/m3，密度为5. 5g/cm3，Q值为 150。
[0022]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】
1.一种高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，其特征在于，该汽车加热用磁条在IOOKHz 200mT且温度为100°C时的损耗为420~465kw/m3，密度为5. O~5. 5g/cm3，Q值为100~150 ;所述磁条包括主体体系和掺杂体系，所述掺杂体系占所述主体体系重量百分数的O. 3~O. 5% ;所述主体体系包括Fe203、Mn0和ZnO ;所述掺杂体系包括CaC03、Li2C03、纳米SiO2, CuO, Nb2O5, Co2O3和NiO ;所述主体体系的摩尔百分含量为Fe2O3 58~60%、MnO 34~.36%、ZnO 5~6% ;所述掺杂体系相对于所述第一组分的总重量的添加量为CaCO3 1000~.2000ppm、Li2CO3 50 ~200ppm、纳米 SiO2 50 ~500ppm、CuO 800 ~1500ppm、Nb2O5 500 ~.lOOOppm、Co2O3 100 ~1000ppm、Ni0 3000 ~5000ppm。
2.根据权利要求1所述的高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，其特征在于，所述汽车加热用磁条在IOOKHz 200mT且温度为100°C时的损耗为450kw/m3，密度为5. 2g/cm3，Q值为120。
3.根据权利要求1所述的高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，其特征在于，所述主体体系的摩尔百分含量为Fe2O3 59%、MnO 35%、ZnO 5. 8% ;所述掺杂体系相对于所述第一组分的总重量的添加量为 CaCO3 1300ppm、Li2CO3 120ppm、纳米 SiO2 300ppm、CuO lOOOppm、Nb2O5800ppm、Co2O3 600ppm、NiO 4000ppm。
4.根据权利要求1或3所述的高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条，其特征在于，所述纳米SiO2的粒径为30~50nm。
5.一种如权利要求1所述的高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)称料：按配方准确称取主体体系和掺杂体系中的各原料备用； (2)制备主体体系：将已称量的主体体系中的三种原料置于转速为50~55转/min的混合机中搅拌混合20~25min，然后将混合物料转入温度为900°C的电热式回转窑中预烧55~60min，最后置于震动频率为30~40次/分，振幅为3~4mm的震动球磨机中粉碎10~15min，得到平均物料直径为0. 55~0. 65 μ m的主体体系混合物； (3)制备混合体系：将步骤（2)中得到的主体体系混合物和步骤（I)中称量好的掺杂体系中的各原料放入磨砂机中，然后依次加入占物料总重量I~I. 5倍的水、0. 01~0. 05倍的分散剂和8~10%的浓度为15~18%聚乙醇水溶液，启动磨砂机，以30~40转/min的转速磨砂90~120min，得到粒径为0. 50~0. 60 μ m的主体体系和掺杂体系的混合料浆； (4)制备坯块及成型：将步骤（3)中得到的料浆喷雾造粒，并压制成所需形状坯块，然后连同模具转入窑炉烧结，烧结工艺为：从室温升至800°C，保温120min，再继续升温至IlOO0C，保温60min，最后升温至1350°C，在5~10%的氧气浓度下保温烧结3~4h，然后在惰性气氛下降至室温，得到高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条。
6.根据权利要求5所述的高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条的制备方法，其特征在于，所述步骤（4)中，所述坯块形状为圆柱体或多边形实心体。
7.根据权利要求5所述的高强度低损耗高Q值汽车加热用磁条的制备方法，其特征在于，所述步骤（4)中,所述惰性气氛为氮气、氦气或氩气。
【文档编号】C04B35/26GK103755335SQ201410004280
【公开日】2014年4月30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