一种锰锌系铁氧体及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种外径≥Ф79mm锰锌系铁氧体及其制备方法，属于锰锌铁氧体【技术领域】。本发明的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；所述铁氧体预烧料由以下摩尔百分含量的物质组成：Fe2O3 52.0-53.0mol％；ZnO 23.0-25.5mol％；MnO 21.5-25.0mol％；所述的辅助成份包括CaO、Bi2O3、MoO3、Nb2O5和Ti2O5。本发明的制备方法可以用于制备外径≥Ф79mm以上的锰锌铁氧体大磁环；获得的锰锌铁氧体大磁环无开裂与巨晶现象；在25℃，B≤0.25mT条件下测得10kHz初始磁导率达到9000～11000，100kHz磁导率达到7000。
【专利说明】一种锰锌系铁氧体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锰锌铁氧体【技术领域】，具体地涉及一种外径> Φ79πιπι的锰锌系铁氧 体及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着传统能源的日益减少和人们对环保需求的提高，人类寄希望于可再生能源， 太阳能成为人们重视的焦点。21世纪以来，欧美等先进国家已把太阳能光伏发电并入城市 用电系统，太阳能电池与建筑系统的结合也逐渐形成产业化趋势。并网系统是太阳能发电 技术和应用发展的主要方向，并网系统需要光伏逆变器。光伏逆变器是光伏发电系统的核 心部件，其功能是将从光伏电池输入的不稳定的直流变换成适合用电器使用或符合并网要 求的交流输出。高导锰锌铁氧体已经成为光伏逆变器中不可缺少的磁性元件。实际上，除 了光伏逆变器之外，其它的逆变器也会部分用到高导锰锌铁氧体磁芯。
[0003] 光伏逆变器中所需的软磁高导锰锌铁氧体部件不仅电感值较高，尺寸大，而且频 率特性优良。大尺寸磁芯可绕粗铜线，承受大电流，功率大，铜损低。目前除了国外某知名 公司推出的Φ79X Φ40XΗ15猛锌大磁环样品外，国内尚未见其它公司推出该规格大磁环 产品，目前也尚未见到高磁导率锰锌铁氧体大规格磁环的专利及相关文献。该公司推出 的Φ79ΧΦ40ΧΗ15锰锌大磁环样品虽然IOkHz时，磁导率可达ΙΟΟΟΟμΗ，但IOOkHz磁 导率已经跌落到4500 μ Η。大规格锰锌铁氧体高导磁环，由于尺寸比较大，在烧结工序上 与同材质的中小规格磁环存在着截然不同的工艺方法。在相同的成型压力下，磁环截面 积越小，单位面积所受压强越大；反之，磁环截面积越大，则单位面积所受压强越小，因此 磁环外径< 25mm的磁环不会开裂，而大规格尺寸磁环由于截面积较大，单位面积磁粉所 受压强小，容易开裂。粉料粒度越小，粉料比表面能越大，越不容易受压成型。因此如果 粒度低于1. 05 μ m的磁粉，压制成外径> 50mm的磁环就会表面开裂或内部隐裂，尤其是 Φ 79 X Φ 40 X Hl5这种大磁环直接导致表面开裂。对于内外径较大，高度较高的磁环，通过 烧结把PVA粘结剂和水分充分排出磁体时，则PVA和水分通过磁体表面的距离更长，所需时 间更长，磁环表面和截面中心所需的温度差会更大，排胶温度区拉长，实际所需温度可能高 达950°C。在950°C之前，实际上是排胶、磁粉颗粒之间的反应混合存在。因此，如果升温速 度过快，磁环内部水分转变成气体的速度过快或PVA分解产生气体的速度过快，来不及排 出，导致磁环内部压力过大，使磁环开裂，严重影响磁特性，产生磁导率低下，频率特性差等 问题。950°C之后到高温恒温之前，为晶粒生长和致密化区域，致密化阶段锰锌铁氧体反应 会产生氧气，需要释放，因此需要在一定的低氧气氛下进行。大尺寸磁环在升温区始终存在 着明显的内外温度差和气氛差异。升温速率过快，晶粒生长不均匀，会恶化频率特性。升温 速率过快，磁环内部释放的氧来不及排出，会对磁体产生以下3方面的影响：（1)在晶粒内 部或晶界处形成气孔，导致气孔率增加，恶化磁特性。（2)根据Paul的陶瓷材料晶粒生长理 论公式：在临界温度以上，晶粒生长速度和晶粒尺寸会随着氧分压的增加而增大。磁体内来 不及排出的氧会导致磁环内部氧分压增大，促使晶粒异常生长，晶粒尺寸长大，形成巨晶， 肉眼可见。（3)如果950°C之前的PVA排胶不充分，则在该低氧分压下会分解产生高活性态 的碳，进一步加快催化晶粒尺寸的生长，产生巨晶，肉眼可见。该规律同样可适用于降温时 降温速度和氧分压的调整。最高恒温温度过高，也会促使磁环内部晶粒生长异常形成巨晶。 由于大尺寸磁环内部较小磁环更明显存在微观区域排胶速度的不一致、温度场和气氛场的 不均一，导致大规格尺寸磁环的频率特性明显低于中小规格磁环，截止频率大大降低。
【发明内容】
[0004] 为克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种锰锌系铁 氧体。一种可供外径彡Φ79πιπι的大规格磁环，尤其针对Φ79Χ Φ40ΧΗ15的IOkHz初始磁 导率为9000以上的锰锌高导大磁环，改善频率特性。
[0005] 本发明的另一目的在于提供上述锰锌系铁氧体的制备方法。
[0006] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种锰锌系铁氧体，包括铁氧体预烧料、辅 助成份、粘结剂、分散剂和消泡剂；
[0007] 其中，所述铁氧体预烧料由以下摩尔百分含量的物质组成：
[0008] Fe2O3 52. 〇-53. Omol % ；
[0009] ZnO 23. 〇-25. 5mol % ；
[0010] MnO 21. 5-25. Omol % ；
[0011] 所述的辅助成份由按铁氧体预烧料总重量计的如下物质组成：
[0012]
【权利要求】
1. 一种锰锌系铁氧体，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% ； ZnO23. 0-25. 5mol% ; MnO21. 5-25.Omol% ； 所述的辅助成份由按铁氧体预烧料总重量计的如下物质组成： CaO100-3OOppm； Bi2O; l()()-60()ppm； MoO, 0-50()ppm； Nb2Os (KK)Oppm; Ti,Os 5 0-5 00ppm： 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. 权利要求1所述的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、23. 0-25. 5mol% 的ZnO和 21. 5-25.Omol% 的MnO,进行 湿式混合20-40min，喷雾，获得一次喷雾料； 2) 将一次喷雾料在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100-300ppmCaO、 100_600ppmBi203、0-500ppmMo03、0-300ppmNb2O5和 50-500ppmTi2O5,进行二次湿式砂磨； 控制二次湿磨浆料粒度至SMD=I. 05?I. 40μm，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. 80-3. 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0.5-2. 5°C/分钟，氧分压控制在15-21%O2范围中；然后， 从950°C升至1150°C的升温速率为0. 5-2.(TC/分钟，氧分压控制在1. 0-0. 005%O2范围 中；从1150°C升至最高保温温度1330-1390°C的升温速率为0. 5-2.(TC/分钟，氧分压控 制在0. 005% -0. 001%O2范围中；最高保温温度1330-1390°C的保温时间为5hr-10hr，氧 分压控制在15-21%O2范围内；从最高保温温度1330-1390°C降至1200°C的降温速率为 0. 5-3.(TC/分钟，氧分压控制在0. 3-3. 0%O2范围中；从1200°C降至900°C的降温速率为 1-4.(TC/分钟，氧分压控制在0.03-0. 3%O2范围中；从900°C降至KKTC的降温速率为 < 4.(TC/分钟，氧分压控制在< 0. 03%O2中范围中；得到锰锌系铁氧体产品。
3. 根据权利要求2所述的锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于：步骤5)所述的装烧 时是单层放置产品，在产品的下方垫上同材质同内外径但高度为4-10mm的磁环片，上方盖 上同材质同内外径但高度为4-10_的磁环片，同时进行围烧。
4.根据权利要求2所述的锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于：步骤3)中所述的控 制二次湿磨浆料粒度至SMD= 1. 15?1. 30μm。
5. 根据权利要求2所述的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I. 0-2.(TC/分钟； 从950°C升至1150°C的升温速率为1. 0-1. 5°C/分钟； 从1150°C升至最高保温温度的升温速率为1. 0-1. 5°C/分钟。
6. 根据权利要求2所述的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1340-1370°C;最高保温温度的保温时间为为6hr-8hr。
7. 根据权利要求2所述的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1330-1390°C降至1200°C的降温速率为L0-2.(TC/分钟； 从1200°C降至900°C的降温速率为3. 0-3. 5°C/分钟； 从900°C降至KKTC的降温速率为彡4.(TC/分钟。
8. 根据权利要求2所述的锰锌系铁氧体的制备方法，其特征在于：步骤5)中最高保温 温度保温阶段，氧分压控制在18-21%O2范围内。
【文档编号】C04B35/26GK104446410SQ201410612346
【公开日】2015年3月25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, 徐琛, 朱东梅, 黄巧媛, 沈冠群 申请人:横店集团东磁股份有限公司