一种宽温低损耗功率锰锌铁氧体及其制备方法

文档序号:8243030阅读:348来源:国知局
一种宽温低损耗功率锰锌铁氧体及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功率锰锌软磁铁氧体技术领域,具体涉及一种宽工作温度范围、低功 率损耗的锰锌铁氧体材料制备方法。 技术背景
[0002] 当前信息产业快速发展,已经成为世界经济的重要支柱产业之一,因此作为信息 产业重要基础功能材料的软磁铁氧体已经成为全球新材料行业的重要组成部分,而且软磁 铁氧体材料的需求量将持续增加。
[0003] 目前市场上3G、4G手机和固定可视电话机的需求量迅速增长,4C(计算机、通信、 光电、内容服务)市场发展迅速,移动交换机逐步发展至小型化及无人管理化,程控交换机 快速发展,云服务、便携计算机数量巨大,使得对高频率、小型化、高性能、低损耗磁性材料 的需求日益增加。
[0004] 绿色照明是指通过提高照明电器和系统的效率、减少发电排放的大气污染物和温 室气体。绿色照明工程的出发点不仅仅是经济效益,更重要的是减少发电量,从而降低非可 再生资源燃煤的消耗量。以紧凑型荧光灯代替白炽灯为例,可以节约70%以上的电消耗,同 时高效电光源可使冷却灯具散发出热量的能耗明显减少。目前,全球范围内,欧盟、俄罗斯、 日本、澳大利亚、加拿大、韩国和美国都已出台关于淘汰白炽灯的相关政策,目的在于大力 推广节能灯。就我国而言,白炽灯与节能灯的使用比例约为8 : 1,而我国目前有大约30亿 只白炽灯。2012年,我国节能灯的普及率在15%左右,而美国的节能灯普及率也只有20%左 右。因此,节能灯市场前景十分广阔。而绿色照明工程需要大量的锰锌铁氧体材料用于制造 低能耗荧光灯,每盏节能灯对软磁铁氧体材料的消耗量在0. 2-0. 5公斤左右,需求量巨大。
[0005] 随着人们对节能环保要求越来越高,电源适配器、开关电源、充电器等外置电源作 为高效、节能供电产品也在这一计划要求中。欧盟正在独立推进外部电源(电源适配器、开 关电源、充电器)的自愿性和强制性计划,以进一步提高外部电源的能效要求。而美国能源 部(DoE)也在2013年发布了一则建议规则制定的公告,也就是DoEVI,主要针对电源适配 器、开关电源和充电器产品。新的能效标准对平均效率和待机功耗都提出了更高的要求,传 统的功率锰锌铁氧体材料已经不能满足人们对电源效率的要求,迫切需要损耗更低、稳定 性更好、适用温度范围更宽的新材料。

【发明内容】

[0006] 针对节能环保电源产品新要求,本发明的目的是提供一种工作温度范围更宽、功 率损耗更低、温度稳定性更好的功率锰锌铁氧体材料,该材料具有以下优良的综合性能:较 高的初始磁导率、更宽的工作温度范围、更低的功率损耗,有利于电源效率的提高,满足电 源产品向高功率密度、高稳定性、节能环保方向发展的需求。
[0007] 本发明解决技术问题的主要原理是:采用Fe2O3AnO摩尔比大于5%的富铁配方, 在副成分中加入CaCO3与Nb205、Bi203组合掺杂优化晶粒多孔结构,降低高频段相对损耗因 子;在副成分中加入Co2O3减小材料损耗温度系数;采用特殊的预烧气氛工艺控制预烧粉体 电磁物理特性,减小材料的比损耗因子。
[0008] 本发明所采取的技术方案是: 第一个方面,一种宽温低损耗功率锰锌铁氧体,在〇°C~140°C温度范围内、 10kHz~300kHz频率范围内,具有优良的功率损耗Pev,用于电源适配器、开关电源、充电器、 LED驱动电源中,能有效降低设备损耗,提高电源平均效率和空载效率,满足应用于恶劣环 境条件下的需求,其包括主成分和副成分,主成分为:氧化铁、四氧化三锰和氧化锌;所述 主成分以各自标准物计的含量如下: Fe203:52. 5mol%~53. 5mol%? ZnO:8. 0molQ/『10.Omol%, 其余为Mn3O4; 所述副成分包括碳酸钙、五氧化二铌、氧化铋和氧化钴,相对所述主成分总量,所述副 成分以其各自标准物CaC03、Nb205、Bi2O3和Co203计的总含量为0. 05wt%~0. 75wt%。
[0009] 作为一种优选,相对所述主成分总量,所述副成分碳酸钙、五氧化二铌、氧化铋和 氧化钴以其各自标准物CaC03、Nb205、Bi2O3和Co203计的含量分别为:CaCO3:0. 03wt%~0. 1 wt%,Nb205:0. 005wt%~0. 05wt%,Bi203:0. 01wt%~0.Iwt%,Co203:0. 15wt%~0. 5wt%。
[0010] 所述的宽温低损耗功率锰锌铁氧体,其在10kHz~500kHz、10mT~100mT范围条件下 具有低的功率损耗,300kHz功率损耗因子小于5X1(T6。
[0011] 第二个方面,一种如第一个方面所述的宽温低损耗功率锰锌铁氧体的制备方法, 依次包括混合、预烧、粉碎、造粒、压制和烧结步骤,其中: ⑴混合:按主成分配比配料,一起进行干法混合;所述主成分以各自标准物计的含量 为:Fe2O3:523. 5mol%~53. 5mol%,ZnO:8. 0mol%~10.Omol%,其余为Mn304; ⑵预烧:将主成分料浆喷雾干燥后加入回转窑中进行预烧,预烧温度控制在 850°C~1000°C,预烧时间为30~90分钟,预烧气氛氧分压Pq^ 20%~35% ; ⑶粉碎:在上步预烧得到的主成分预烧料中加入副成分后进行湿法粉碎,粉碎时间 为60~120分钟,粉碎后料浆粒径控制在0. 8~1. 2ym;所述副成分以其各自标准物CaC03、 Nb2O5'Bi2O3和Co203计的总含量为 0? 075wt%~0. 18wt% ; ⑷造粒:在上步的料浆加入相当于料浆重量的I. 5%的PVA溶液,采用喷雾造粒,得到颗 粒料;所述PVA溶液的含量为7. 5%-20% ; (5) 压制:将上步的颗粒料采用粉末成型机压制得到坯件,坯件的压制密度控制在 3. 0±0. 2g/cm3; (6) 烧结:将上步得到的坯件在钟罩炉中烧结,升温速率控制在I. 25~3°C/分钟,在 900°C到烧成温度实行致密化控制,控制氧含量低于1%,烧结温度控制在1260°C~1280°C, 保温段氧含量控制在5. 0%~7. 5%,保温3~5小时,降温速率控制在I. 25~2°C/分钟。
[0012] 作为一种优选,在粉碎步骤⑶中,所述副成分碳酸钙、五氧化二铌、氧化铋和氧化 钴以其各自标准物CaC03、Nb205、Bi203和Co2O3计的含量分别为:CaC0 3:0.03wt%~0.Iwt%, Nb205:0. 005wt%~0. 05wt%,Bi203:0. 01wt%~0.Iwt%,Co203:0. 15wt%~0. 5wt%。
[0013] 本发明的制造方法中烧结温度在1260°C~1280°C,相对常规初始导磁率 2000~4000的材料1280°C~1300°C的烧结温度,降低了 20°C。本发明中节能环保电源用宽 温低功耗锰锌铁氧体材料的生产工艺具有较低的烧结温度,能有效降低产品的生产能耗。
[0014] 本发明通过合理的主成分配比和优化的副成分的掺入,配以合适的工艺条件, 在低烧结温度的条件下制得了微观晶粒细小均一、多孔状的锰锌铁氧体,该铁氧体具有 2000~4000的初始导磁率、宽的工作温度范围和低的功率损耗、以及低的功率损耗温度系 数。具体地讲,本发明制得的锰锌铁氧体的初始磁导率UiS:2000~4000(10kHZ、0. 25mT、 25°C±3°C),其功率损耗Pcv小于 300kW/m3 (300kHz、100mT、(0~140°C) ±3°C),比损耗因 子tanS/Ui小于5X1(T6 (300kHz)。本发明的节能环保电源用宽温低损耗功率锰锌铁氧 体,在较宽的工作温度范围内综合性能优越,其初始磁导率、功率损耗和饱和磁化强度等性 能能够很好的满足开关电源高频变压器的使用要求。特别是〇°C~140°C范围内具有低的
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