宽温低功耗高居里温度锰锌铁氧体材料及制备方法
【专利摘要】本发明宽温高叠加低功耗高居里温度锰锌铁氧体材料及其制备方法，属软磁铁氧体材料【技术领域】，其主成分按质量百分比，以氧化物计算：Fe203为69.0～72.5%，Zn0为6～10%；其余为Mn304、Fe203、Mn304和Zn0之和为100%，添加剂按重量百分比，以氧化物计算：Ca0:0.02～0.07%、Nb205:0.02～0.08%、V205:0.02～0.0.08%、Ti02:0.05～0.25%、C0203:0.08～0.6%、Zr02:0.003～0.10%、Ni0:0.04～0.4%、Mg0:0.02～0.10%等等。本发明产品主要用于家用电子、通信、光电、汽车电子等领域，特别适用于无极灯电磁藕合器磁芯市场以及车载电子、强电、变频空调等新领域，本发明具有低功耗、宽温，高居里温度等有益效果。
【专利说明】宽温低功耗高居里温度锰锌铁氧体材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铁氧体电子材料【技术领域】，具体涉及一种宽温高叠加低功耗高居里温度锰锌铁氧体材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着电子信息产业的不断迅速发展，作为目前产量最大，应用最广泛的软磁铁氧体材料，已广泛应用于各种电子元器件中。世界各大铁氧体公司竞相提高锰锌铁氧体材料技术性能，以适应不用的应用领域，在变频空调、无极灯照明电子、电力电子、IT产业、通讯、家用电子等用户的要求下，一种要求材料具有更高的BS，更好的直流叠加特性，更低的功率损耗，更宽的使用频率和更宽的温度适应范围、更高的居里温度，因此，锰锌铁氧体材料的研究已进入到了宽温、高直流叠加、高BS、更低的功率损耗领域、更高居里温度领域。分析市场上各材料制造厂家所推出的材料，不难看出各材料厂家都在寻求一种宽温、低损耗材料、高居里温度以取代众多的高频低功耗铁氧体材料。
[0003]绿色环保电磁感应无极灯的广泛使用及性能提高，促进了该材料的不断开发与投产，在低频200~300KHZ中低频率状态下广泛使用。但是存在如何兼顾内置和外置两种结构下使用无极灯效率达到最佳，同时要求在_40°C下具有足够的磁导率，同时要求发热要小，损耗低；另一 方面电子产品在工作中总有电流成分，为防止电子产品不因有电流的存在而影响正常使用，因此还需要材料有足够的BS、直流叠加特性；同时在特定的环境下如环境温度达到280V或更高时电子器件还能正常工作的。
[0004]作为使用最广泛的电源变压器、办公自动化、家用电子、通信等要求具有宽温、低损耗、高磁导率、高直流叠加是不可缺少的组件，无极灯及车载电子要求在宽温、高频范围内损耗和磁导率变化小，具有高稳定性和高可靠性。车载电子开关电源通常都在大电流或直流偏场的场合下使用，这种要求都需要材料有足够大的饱和磁通密度BS与剩磁BR的差值，叠加特性好。
[0005]如中国专利申请(CN101183582A)公开的一种高饱和BS低损耗的锰锌功率铁氧体材料，它通过优化配方和掺杂，特别是加入2~4mol%NiO得到BS (100度下大于460T)高频功耗500KHZ、50mT、100度下小于150KW/m3、但没有提及宽温宽频和居里点高低，因而其应
用范围有限。
[0006]另外在中国专利申请(CNl 749209A )公开了一种高饱和磁通密度、低损耗锰锌铁氧体材料及其制备方法，它通过掺杂和工艺控制，得到了 100腿2、2001111\451:时低于2451?/!!!3的功耗和1194A/m、50mT、25°C时饱和磁通密度高于535mT的结果，但同样没有提及宽温和宽频、居里温度，因而其使用范围相当有限。
【发明内容】
[0007]本发明要达到的目的是要提供一种具有高的起始磁导率、且在25~140°C功耗相当，在25~140°C温度范围内功耗曲线平坦，剩磁小，叠加特性好、同时在高频500KHZ、50mT、100°C测试条件下功耗损耗小于250kw/m3，在lMHZ，30mT，100°C测试条件功耗损耗小于400kw/m3，居里温度达到270°C以上的高频宽温高叠加低损耗高居里温度的软磁铁氧体材料。
[0008]本发明所采用的技术方案是:
一种宽温低功耗高居里温度锰锌铁氧体材料及制备方法，该铁氧体包括主成分和副成分，所述主成分包括氧化铁、氧化锌和氧化锰，其主成分按质量百分比，以氧化物计算=Fe2O3为 69.0 ~72.5%, ZnO 为 6 ~10% ;其余为 Mn3O4; Fe2O3'Mn3O4 和 ZnO 之和为 100%。
[0009]所述副成分包括钙氧化物、钛氧化物和钴氧化物、钒氧化物、锆氧化物、铌氧化物、镁所氧化物等，相对所述主成分总量，所述钙氧化物、钛氧化物和钴氧化物、钒氧化物、锆氧化物、铌氧化物、镁氧化物以其标准物钛氧化物、钒氧化物、钴氧化物、锆氧化物、镁氧化物重量百分比含量为0.5~0.7% ;相对所述主成分总量所述副成分以各自标准重量百分比含量分别是 CaO: 0.02 ~0.07%、Nb2O5:0.02 ~0.08%、V2O5:0.02 ~0.0.08%、TiO2:0.05 ~0.25%、CO2O3:0.08 ~0.6%, ZrO2:0.003 ~0.10%、NiO: 0.04 ~0.4%, MgO: 0.02 ~0.10%
所述副成分包括钙氧化物、钛氧化物和钴氧化物、钒氧化物其中至少二种，相对所述主成分总量，这些副成分以其标准CaO、V2O5, TiO2, C0203、MgO计的总重量百分比含量为0.25 ~0.5%O
[0010]相对所述主成分总量，所述副成分中钙氧化物、钛氧化物和钴氧化物、钒氧化物、镍氧化物各自以其标准物CaO、V2O5, TiO2, C0203、NiO, MgO计的重量百分比含量分别为:CaO:0.02 ~0.07%,V2O5:0.02 ~0.08%、Ti02:0.05 ~0.25%,CO2O3:0.08 ~0.6%、Ni0:0.04 ~0.4%λ Mgo: 0.02 ~0.06%ο
[0011]本发明通过上述配方及复合添加钙氧化物、钛氧化物和钴氧化物、钒氧化物、镍氧化物，镁氧化物使所述铁氧体具有3500±25%的起始磁导率，且在25~140°C温度区域内谷点功率损耗达270kw/m3，TC大于270°C，在500KHZ、50mT、100°C测试条件下功耗损耗小于280kw/m3,在1MHZ，30mT, 100°C测试条件功耗损耗小于480kw/m3。
[0012]所述材料的制备方法，主要包括如下内容:
1、将三种主成分Fe203、Mn3O4, ZnO原料混合后经过一次星形砂磨，制成平均粒径为0.8~1.15微米的主成分粉料。
[0013]2、将所述主成分粉料经烘干、预烧，再加入纯水、胶合剂和副成分，然后进行第二次星形砂磨，二次星形砂磨过程中加入粘合剂和消泡剂制得平均粒径为0.7~0.9微米的主成分粉料。
[0014]3、将混合粉料经烘干、压制成型，在1330~1380°C保温4~6小时，降温区在平衡气氛下冷却得所述铁氧体磁芯。
[0015]在所述步骤2和3中，所述烘干采用的是电箱烘烤方法；在所述步骤3中，所述压制成型后的生坯密度为3.0±0.05g/cm3，所述烧结后的磁芯密度为4.85±0.05g/cm3 ;所述副成分中的钴氧化物以四氧化三钴形式加入。
[0016]本 发明通过优化的主成分和优化的复合掺杂以及适当的降低平均粒径，增加材料的活性，形成均匀的、一致性好、无另相的微观结构，同时通过优化的烧结工艺温度、气氛曲线，形成气孔率低、密度大的铁氧体。
[0017]本发明制备的宽温、高频、高叠加、高居里温度、低损耗铁氧氧体材料，可用于无极灯电磁藕合器，在车载电子等电子材料中，其独特性能为:众多的高频低功耗宽温材料的居里温度绝大多数为TC大于220°C，个别可达270°C左右，有的高温功耗太高，部分在超低温如_35°C时磁导率太低，无极灯无法启动。本发明宽温、高频、高居里温度、低功耗很好的解决了该问题的出现。
[0018]另一方面，本发明将低功耗锰锌铁氧体材料高频与低频功耗相差太大，无法兼顾的问题很好的解决使用该类似产品可500KHZUMHZ两个频率都能满足用户的要求。
[0019]利用本发明制得的磁芯具有如下有益效果:
3500±25%的起始磁导率，且在25~140°C温度区域内谷点功率损耗达270kw/m3，TC大于270°C，在500KHZ、50mT、100°C测试条件下功耗损耗小于280kw/m3，在lMHZ，30mT，100°C测试条件功耗损耗小于480kw/m3。
【具体实施方式】
[0020]以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0021]实施例一，按重量百分比，称取69.5%的Fe203、6.5%的ZnO其余为MnO，其中MnO原料形态为四氧化三锰，使用中钢天源-2型，其Mn%大于71%，铁红采用韩国EG公司原料，纯度大于99.3%，氧化锌为上海京华，其纯度大于99.7%，将上述原料混合后，一并投入砂磨机中搅拌，控制平均粒径为0.7~0.9微米，电热箱烘干后在800°C温度下用电热式回转窑进行预烧，预烧时间3小时，预烧后进行二次砂磨，在砂磨过程中，加入纯水、分散剂、消泡剂，并加入添加剂，相对所述主成分总量，所述添加剂中各物质的质量百分比含量分别是:CaO: 0.025%、Nb2O5:0.02%、V2O5:0.02%、TiO2:0.05%、CO2O3:0.09%、ZrO2:0.003%、NiO: 0.04%、MgO: 0.02%控制平均粒径为0.7~0.9微米，最后进行二次喷雾得到锰锌铁氧体颗粒粉料。
[0022]取该颗粒料成型压制T25 mm *15 mm *8 mm环形磁芯和EC4445磁芯,成型密度为3.0±0.05g/cm3，在升温段1100°C按氧含量为1%左右进行致密化，在1330°C氮气保护保温4小时，降温区按布来克方程式进行平衡气氛下冷却。
[0023]经上述过程所制备的磁芯，经美国AW2335A功耗仪、TH2828S、TH1775、日本理研BHS-40直流特性测试仪、恒温箱和电阻率测试仪等仪器测得在磁芯的相关特性如表1和表2。
[0024]实施例二，按重量百分比，称取72%的Fe203、9.5%的ZnO其余为MnO，其中MnO原料形态为四氧化三锰，使用中钢天源-2型，其Mn%大于71%，铁红采用韩国EG铁红，纯度大于99.3%，氧化锌为上海京华，其纯度大于99.7%，将上述原料混合后，一并投入砂磨机中搅拌，控制平均粒径为0.7~0.9微米，电热箱烘干后在1000°C温度下用电热式回转窑进行预烧，预烧时间4.5小时，预烧后进行二次砂磨，在砂磨过程中，加入纯水、分散剂、消泡剂，并加入添加剂，相对所述主成分总量，所述添加剂中各物质的重量百分比含量分别是:CaO: 0.07%、Nb2O5:0.078%、V2O5:0.08%、TiO2:0.25%、CO2O3:0.6%、ZrO: 0.1%、NiO: 0.4%、MgO:
0.1%控制平均粒径为0.7~0.9微米，最后进行二次喷雾得到锰锌铁氧体颗粒粉料。
[0025]取该颗粒料成型压制T25mm*15mm*8mm环形磁芯和EC4445磁芯，成型密度为3.0±0.05g/cm3，在升温段1250°C按氧含量为1%左右进行致密化，在1355°C氮气保护保温6小时，降温区按布来克方程式进行平衡气氛下冷却。
[0026] 实施例三，按重量百分比，称取70%的Fe2O3、9%的ZnO其余为MnO，其中MnO原料形态为四氧化三锰，使用中钢天源-2型，其Mn%大于71%，铁红采用韩国EG铁红，纯度大于99.3%，氧化锌为上海京华，其纯度大于99.7%，将上述原料混合后，一并投入砂磨机中搅拌，控制平均粒径为0.7~0.9微米，电热箱烘干后在1000°C温度下用电热式回转窑进行预烧，预烧时间4.5小时，预烧后进行二次砂磨，在砂磨过程中，加入纯水、分散剂、消泡剂，并加入添加剂，相对所述主成分总量，所述添加剂中各物质的重量百分比含量分别是:CaO: 0.03%、Nb2O5:0.05%、V2O5:0.02%、TiO2:0.07%、CO2O3:0.2%, ZrO: 0.07%、NiO: 0.35%、MgO:
0.05%控制平均粒径为0.7~0.9微米，最后进行二次喷雾得到锰锌铁氧体颗粒粉料。
[0027]取该颗粒料成型压制T25mm*15mm*8mm环形磁芯和EC4445磁芯，成型密度为
3.0±0.05g/cm3，在升温段1150°C按氧含量为1%左右进行致密化，在1340°C氮气保护保温5小时，降温区按布来克方程式进行平衡气氛下冷却。
[0028]经上述过程所制备的磁芯，由美国AW2335A功耗仪、同惠TH2828S、同惠TH1775、日本理研BHS-40直流特性测试仪、恒温箱和电阻率测试仪等仪器测得在磁芯的相关特性如表1和表2。
[0029]表1本发明环形磁芯材料性能
【权利要求】
1.宽温低功耗高居里温度锰锌铁氧体材料，其特征在于，其主成分按物质的质量百分比，以氧化物计算=Fe2O3为69.5~72%，ZnO为6.5~9.5% ;其余为Mn3O4 ； Fe2O3' Mn3O4和ZnO之和为100% ； 添加剂按质量百分比，以氧化物计算:Ca0:0.025~0.07%、Nb2O5:0.02~0.078%、V2O5:0.02 ~0.08%、Ti02:0.05 ~0.25%、CO2O3:0.09 ~0.6%、ZrO2:0.003 ~0.10%、NiO: 0.04 ~0.4%、MgO: 0.02 ~0.10%。
2.宽温低功耗高居里温度锰锌铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤: 1)、按质量百分比，Fe2O3为69.0~72.5%，ZnO为6.5~9.5%，余量为Mn3O4，用星形球磨机混合均匀； 2)、将所述步骤I)所得的粉料在800~1000°C下进行预烧；保温时间为3~4.5小时； 3)、将所述步骤2)所得的粉料按质量比加入如下添加剂:
CaO: 0.02 ~0.07%、Nb2O5:0.02 ~0.08%、V2O5:0.02 ~0.0.08%、TiO2:0.05 ~0.25%、CO2O3:0.08 ~0.6%、ZrO2:0.003 ~0.10%、NiO: 0.04 ~0.4%、MgO: 0.02 ~0.10%,并进行第二次星形球磨，使球磨后的粉料平均匀粒径达到0.85左右微米； 4)、将所述步骤3)所得的二次星形球磨料烘干后造粒、成型，制成标准生坯样品； 5)、将所述步骤4)所得的生坏样品在氮气保护烧结窑炉中进行烧结。
3.如权利要求2所述的宽温低功耗高居里温度锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4):将所述步骤3)所得的粉料按质量比加入8~10%的PVA有机粘合剂，并混合均匀，造粒后，在试验室16吨压机上将粉料压制成样品坯件，所述步骤5)为:将所述步骤4)成型所得的坯件放在氮气保护烧结窑中进行烧结，在升温段1100~1250°C按氧含量为1%左右进行致密化，在1330~1355°C保温4~6个小时，在保温段氧分压为4~6%，降温段为平衡气氛烧结。
【文档编号】C04B35/38GK103951411SQ201410150084
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】刘运, 孟力, 徐良保, 戴加兵, 曹照庆 申请人:南通冠优达磁业有限公司