一种高导磁率锰锌系铁氧体及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高导磁率锰锌系铁氧体及其制备方法，属于高磁导率锰锌系铁氧体领域。本发明的高导磁率锰锌系铁氧体包括铁氧体预烧料、辅助成份、粘结剂、分散剂和消泡剂；所述铁氧体预烧料的组分为：Fe2O352.0-53.0mol％；ZnO 20.0-22.0mol％；MnO 25.0-28.0mol％。本发明所制备的高导磁率锰锌系铁氧体可生产Ф25×Ф15×10锰锌铁氧体磁环，达到以下优良效果：25℃，B≤0.25mT，10kHz条件下，μi≥14000；150kHz，μi≥10000；居里温度Tc≥130℃；50Hz，1194A/m条件下25℃的Bs≥440mT，100℃的Bs≥250mT。
【专利说明】一种高导磁率锰锌系铁氧体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高磁导率锰锌系铁氧体领域，具体涉及一种高导磁率锰锌系铁氧体及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着数字通信技术和光纤通信技术的快速发展，传统的模拟通信设备不断地更新 淘汰。在电子电路宽带变压器，综合业务数据网、局域网、广域网、背景照明等领域的脉冲变 压器和光伏逆变器中共模滤波电感用的高磁导率Mn-zn铁氧体磁芯，由于变压器等朝着小 型化发展，因此对锰锌铁氧体的磁特性提出了更高要求。磁导率的提高有利于器件朝着小 型化发展，因此，不断提高磁性材料中的初始磁导率，一直是从事该专业的工程技术人员和 生产厂商的追求。器件小型化造成物理尺寸的减小，更容易导致热流密度增加，温升过快过 高，从而使器件在高工作温度下工作。这就对应用在这些电子器件中材料的高温特性要求 越来越高，尤其是用在汽车和新能源领域的元器件，经常在室外环境中应用，对居里温度的 要求就更高。同时有些器件中还有大的直流电流通过，为了保证大直流电流通过后磁芯的 电感不受到太大的影响，就要求这些磁芯具有高饱和磁通密度Bs。
[0003] 按照yi&MsVO^+S/^oXs)之间的关系，提高初始磁导率yi的主要方法来自 于提高饱和磁化强度Ms，降低磁晶各向异性常数&与饱和磁滞伸缩系数As，&与As占 据主要贡献。Zn2+离子喜欢占据A位，增加Zn2+离子含量，可以使A、B位上的磁矩增加，Ms 提高。由于Zn2+离子是非磁性离子，在配方中加入一定量的Zn离子，可以起冲淡耦合作用， 一般是Zn含量越高冲淡作用越强，&与As降低越多。实验和文献证明，在一定范围内随 着Zn含量增加，Ms增加，&和入s减少，材料的yi值增大。按照一定组分范围内的居里 温度Tc经验公式：Tc=a(X-2Z/3) -b可知（式中的X和Z分别表示Fe203和ZnO的百分比 含量，a= 12.8°C/%，b= 354°C)，每降低百分之一的Fe203会使居里温度下降12.8°C， 或者每增加百分之一的ZnO会使居里温度下降8. 5°C。当Fe203的含量在52-53mol%时，如 果ZnO的含量超过23mol%时，居里温度通常低于125°C。如果ZnO的含量进一步提高，超 过25mol%时，居里温度通常低于110°C。提高Bs主要从提高材料的Bs(0)、P和Tc三方 面入手，Bs(0)为绝对零度材料的饱和磁感应强度。Bs和Tc是锰锌铁氧体的本征特性，由 材料的组成决定。从提高Bs考虑，主要是Fe203含量要高，ZnO含量要低。因此Fe203含量 的下降或者ZnO含量的增加也会降低饱和磁通密度Bs。而常规的高初始磁导率锰锌铁氧 体材料，都是通过添加高含量的ZnO来达到提升初始磁导率yi，从而牺牲了高居里温度Tc 和高饱和磁通密度Bs特性，即初始磁导率和居里温度Tc及饱和磁通密度Bs之间存在着一 定的矛盾。国内外现有技术涉及的具有高居里温度和高饱和磁通密度Bs的材料主要在于 磁导率10000上的应用，如CN101696107A(高初始磁导率高居里温度的Mn-Zn铁氧体材料 及其制备方法）。在初始磁导率为15000的锰锌铁氧体材料尚未见到兼具高居里温度和高 饱和磁通密度Bs特性，和本发明的初始磁导率为15000,兼具高居里温度和高饱和磁通密 度的锰锌铁氧体材料在应用上不同。现有技术提供的15000锰锌铁氧体材料通常采用降低 Fe203、提高ZnO比例，牺牲居里温度Tc和饱和磁通密度Bs特性来补偿，这在国内外知名铁 氧体公司公开的产品目录上可以见到。例如TDK的H5C3初始磁导率虽然达到15000,但居 里温度为l〇5°C。EPC0S的T66初始磁导率在13000左右，居里温度为100°C。中国江门磁 粉的JPH-15牌号材料初始磁导率15000,居里温度105°C，25°CBs在380mT。中国海宁天通 公司的TL15牌号材料初始磁导率15000,居里温度110°C，25°CBs在360mT。Ferroxcube的 3E7初始磁导率在15000左右，居里温度为130°C，但10kHz，1200A/m条件下25°C的Bs在 390mT左右，100°C的Bs在200mT左右。EPC0S的T46初始磁导率在15000左右，居里温度 130°C，但 25°C的Bs在 400mT，100°C的Bs在 200mT。Ferroxcube新推出的 3E12 材料，是行 业中最好的兼顾高居里温度和高饱和磁通密度Bs的高磁导率材料，居里温度Tc为130°C， 25°C的Bs在470mT，100°C的Bs在290mT，但室温下的初始磁导率在12000左右。中国专利 申请公开CN1219159A，描述了MnZn铁氧体常温磁导率虽然高达15000甚至更高，但居里温 度Tc< 110°C。这类材料不能满足汽车电子、网络通信和航天航空等对高工作温度、饱和 磁通滤波与电子器件小型化或更高磁导率要求的应用。在评估铁氧体材料磁导率时，常用 不同规格的圆形磁环来评测，如010X6X4和①25X15X10等。当初始磁导率要求大于 12000时，尤其是当磁导率要求达到15000时，磁环规格越大，磁环磁导率越不容易达到，且 频率特性更差。也就是说①10X6X4磁环比①25X15X10更容易获得15000磁导率和优 异的频率特性，所以各公司在给出材料特性时，都指定磁环规格。当前各公司公布的15000 磁导率的锰锌铁氧体材料基本都是以小于〇25X15X10规格来评测。目前尚未见到25°C 时饱和磁通密度Bs彡440mT，100°C时Bs彡250mT，10kHz初始磁导率iii彡14000,居里温 度Tc> 130°C的高磁导率锰锌铁氧体。
[0004] 由于以上原因，需要开发一种高居里温度Tc彡130°C、高饱和磁通密度 25°CBs彡440mT和初始磁导率为15000左右的锰锌铁氧体。
【发明内容】
[0005] 现有专利或文献中对于25°C，B彡0? 25mT，10kHz时初始磁导率iii彡14000的锰 锌铁氧体，存在其居里温度Tc< 130°C或者25°C饱和磁通密度Bs〈440mT，100°CBs〈250mT 的缺点；本发明的首要目的在于提供一种_导磁率猛锋系铁氧体，其具有具有_磁导率、_ 居里温度和高饱和磁通密度的特性；所述的高导磁率锰锌系铁氧体在25°C，B< 0. 25mT， 10kHz时能同时满足初始磁导率iii彡14000,Tc彡130°C，且在50Hz，1194A/m条件下 25°CBs彡 440mT，100°CBs彡 250mT。
[0006] 本发明的另一目的在于提供上述的高导磁率锰锌系铁氧体的制备方法，使其保证 在 25°C，B彡 0? 25mT，10kHz初始磁导率iii彡 14000,150kHz的iii彡 10000。
[0007] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高导磁率锰锌系铁氧体，包括铁氧体 预烧料、辅助成份、粘结剂、分散剂和消泡剂；
[0008] 所述的铁氧体预烧料由以下摩尔百分含量的物质组成：
[0009]Fe203 52. 〇-53.Omol%；
[0010]ZnO 20. 0-22.Omol%；
[0011]MnO 25. 0-28.Omol%；
[0012] 并且ZnO的摩尔百分含量与Fe203的摩尔百分含量之比为0. 384-0. 420 ;
[0013] 所述的辅助成份按铁氧体预烧料总重量计的物质组成：
【权利要求】
1. 一种高导磁率锰锌系铁氧体，其特征在于包括铁氧体预烧料、辅助成份、粘结剂、分 散剂和消泡剂； 所述的铁氧体预烧料由以下摩尔百分含量的物质组成： Fe2O3 52. 0-53. Omol % ； ZnO 20. 0-22. Omol % ； MnO 25. 0-28. Omol % ； 并且ZnO的摩尔百分含量与Fe2O3的摩尔百分含量之比为0. 384-0. 420 ; 所述的辅助成份按铁氧体预烧料总重量计的物质组成：
所述的粘结剂为按铁氧体预烧料重量计算的〇. 5wt %的PVA粘结剂； 所述的分散剂为按铁氧体预烧料重量计算的0. 5wt%的分散剂1-甲基戊醇； 所述的消泡剂为按铁氧体预烧料重量计算的〇. 2wt%的消泡剂硅氧烷。
2. 根据权利要求1所述的高导磁率锰锌系铁氧体，其特征在于：所述的铁氧体预烧料 为由以下摩尔百分含量的物质组成： Fe2O3 52. 3-52. 8mol % ； ZnO 20. 5-21. 5mol% ； MnO 25. 7-27. 2mol% ； 并且ZnO的摩尔百分含量与Fe2O3的摩尔百分含量之比为0. 384-0. 420。
3. 权利要求1所述的高导磁率锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于具体包括以下步 骤： 1) 取 52. 0-53. Omol % 的 Fe203、20. 0-22. Omol % 的 ZnO 和 25. 0-28. Omol % 的 MnO,进行 湿式混合20-40min，喷雾，获得一次颗粒料； 2) 将一次颗粒料在700-900°C下预烧2-3小时，得到铁氧体预烧料； 3) 根据铁氧体预烧料的总重量，向预烧料中加入辅助成份0-250ppm Ca0、100-700ppm Bi203、100-500ppm Mo03、0-300ppm Nb2O5和 0-400ppm Ti2O5，进行二次湿式砂磨；控制二次湿 磨浆料粒度至1. 05?1. 40 μ m，得到铁氧体料浆； 4) 向铁氧体料楽中加入按铁氧体预烧料重量计算的0. 5wt%的PVA粘结剂，0. 5wt%的 分散剂1-甲基戊醇和0. 2wt%的消泡剂硅氧烷进行喷雾造粒；造粒后的粉料进行成型得毛 坯，毛坯密度控制在2. 90-3. 05g/cm3 ; 5) 将成型后的毛坯在气氛钟罩炉中进行装烧；烧结的具体操作为：首先，在室温的 空气中升至950°C的升温速率为< 4°C /分钟；然后，从950°C升至1200°C的升温速率为 0.5-3. (TC /分钟，氧分压控制在0.01-0. 001% O2范围中；从1200°C升至最高保温温度 1330-1420°C的升温速率为3. 0-5. (TC /分钟，氧分压控制在0. 01% -0. 001% O2范围中； 最高保温温度1330-1420°C的保温时间为5hr-10hr，氧分压控制在18-21% O2范围内； 从最高保温温度1330-1420°C降至1200°C的降温速率为0. 5-3.0°C /分钟，氧分压控制 在1. 0-2. 5% O2范围中；从1200°C降至900°C的降温速率为彡3. (TC /分钟，氧分压控制 在彡0.01% O2范围中；从900°C降至KKTC的降温速率为彡4. (TC /分钟，氧分压控制在 < 0. 01% O2中范围中；得到锰锌系铁氧体产品。
4. 根据权利要求3所述的高导磁率锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于：步骤5)所 述的烧结的设备为能严格控制气氛的钟罩炉。
5. 根据权利要求3所述的高导磁率锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于：步骤3)中 所述的控制二次湿磨楽料粒度至1. 15?1. 30 μ m。
6. 根据权利要求3所述的高导磁率锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于：步骤5)中 在室温的空气中升至950°C的升温速率为2. 0-3. 5°C /分钟； 从950°C升至1200°C的升温速率为I. 0-2. (TC /分钟； 从1200°C升至最高保温温度1330-1420°C的升温速率为3. 0-4. (TC /分钟。
7. 根据权利要求3所述的高导磁率锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于：步骤5)中 最高保温温度为1360-1390°C ;最高保温温度的保温时间为8hr-10hr。
8. 根据权利要求3所述的高导磁率锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于：步骤5)中 从最高保温温度1330-1420°C降至1200°C的降温速率为I. 0-2. (TC /分钟。
9. 根据权利要求3所述的高导磁率锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于：步骤5)中 最高保温温度1330-1420°C的氧分压控制在21% 02。
【文档编号】C04B35/38GK104387050SQ201410611787
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】王国光, 孙永阳, 沈冠群, 朱东梅, 黄巧媛 申请人:横店集团东磁股份有限公司