專利名稱：寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵氧體電子材料領(lǐng)域，特別是涉及一種寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料及制備方法。
背景技術(shù)：
隨著電子作息產(chǎn)業(yè)的不斷迅速發(fā)展，作為目前產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的軟磁鐵氧體材料，已廣泛應(yīng)用于各種電子元器件中。世界各大鐵氧體公司競相提高錳鋅鐵氧體材料技術(shù)性能，以適應(yīng)不用的應(yīng)用領(lǐng)域，在變頻空調(diào)、無極燈照明電子、電力電子、IT產(chǎn)業(yè)、通訊、家用電子等用戶的苛求下，一種要求材料具有更高的BS，更好的直流疊加特性，更低的功率損耗，更寬的使用頻率和更寬的溫度適應(yīng)范圍，因此，錳鋅鐵氧體材料的研究已進(jìn)入到了寬溫、高直流疊加、高Bs、更低的功率損耗領(lǐng)域。分析市場上各材料制造廠家所推出的材料，不難看出各材料廠家都在尋求一種寬溫、低損耗材料，以取代眾多的高頻低功耗鐵氧體材料。綠色環(huán)保電磁感應(yīng)無極燈的廣泛使用及性能提高，促進(jìn)了該材料的不斷開發(fā)與投產(chǎn)，在低頻200 300kHz中低頻率狀態(tài)下廣泛使用。但是存在如何兼顧內(nèi)置和外置兩種結(jié)構(gòu)下使用無極燈效率達(dá)到最佳同時(shí)要求在_40°C下具有足夠的磁導(dǎo)率，同時(shí)要求發(fā)熱要小，損耗低；另一方面電子產(chǎn)品在工作中總有電流成分，為防止電子產(chǎn)品不因有電流的存在而影響正常使用，因此還需要材料有足夠的Bs、直流疊加特性。作為使用最廣泛的電源變壓器、辦公自動(dòng)化、家用電子、通信等要求具有寬溫、低損耗、高磁導(dǎo)率、高直流疊加是不可缺少的組件，無極燈及車載電子要求在寬溫、高頻范圍內(nèi)損耗和磁導(dǎo)率變化小，具有高穩(wěn)定性和高可靠性。車載電子中等開關(guān)電源中都有大電流或直流偏場的場合下使用，這種要求都需要材料有足夠大的飽和磁通密度Bs與剩磁Br的差值，從而影響有較好的疊加特性。如中國專利申請(CN101183582A)公開的一種高飽和Bs低損耗的錳鋅功率鐵氧體材料，它通過優(yōu)化配方和摻雜，特別是加入2 4mol%NiO得到BS (100度下大于460T)高頻功耗500詘2、501111\100度下小于KW/M3、但沒有提及寬溫寬頻和居里點(diǎn)高低，因而其應(yīng)
用范圍有限。另外在中國專利申請(CNl 749209A )公開了一種高飽和磁通密度、低損耗錳鋅鐵氧體材料及其制備方法，它通過摻雜和工藝控制，得到了 1001^取、2001111\451時(shí)低于2451 /!!!3的功耗和1194A/m、50mT、25°C時(shí)飽和磁通密度高于535mT的結(jié)果，但同樣沒有提及寬溫和寬頻、居里溫度，因而其使用范圍相當(dāng)有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料及制備方法，所制成的成品具有高的起始磁導(dǎo)率、且在25度 140度功耗相當(dāng)，在25°C 140°C溫度范圍內(nèi)功耗曲線平坦，剩磁小，疊加特性好、同時(shí)在高頻500kHz、50mT、100度測試條件下功耗損耗小于300kw/m3,在1MHz, 30mT, 100°C測試條件功耗損耗小于500kw/m3,居里溫度達(dá)到260°C以上。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料，其主成分按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算=Fe2O3為69. 5 73%，ZnO為 5 10% ;其余為 Mn3O4 ;Fe203、Mn3O4 和 ZnO 之和為 100% ；
添加劑以主成分的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計(jì)，按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算包括CaO:O. θΓθ. 08%、Nb205:0. 015 O. 09%、V2O5:0. 02 O. 1%、Ti02:0. 03 O. 2%、CO2O3:0. 06 O. 7%、ZrO2:0. 003 O. 13%、K2CO3:0. θΓθ. 1%, NiO :0. 04 O. 5%。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述主成分按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算Fe203:71. 5%，Mn3O4:23. 5%，ZnO:5%，所述添加劑按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算Ca0:0. 05%、Nb205:0. 05%, V2O5:0. 02%, TiO2:0. 08%, CO2O3:0. 18%, ZrO2:0. 015%、K2CO3:0. 05%, NiO :0. 08%。本發(fā)明的另一目的是提供一種寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料的制備方法，包括以下步驟
1)、Fe2O3為69.5 73% ，ZnO為5 10%，余量為Mn304，用星形球磨機(jī)混合均勻，制成主成分粉料；
2)、將步驟I)所得的主成分粉料在800 1000°C下進(jìn)行預(yù)燒；保溫時(shí)間為2 4.5小
時(shí)；
3)、將步驟2)所得的粉料按質(zhì)量比加入如下添加劑
CaO : O. 02 O. 06%、Nb2O5: O. 02 O. 06%、V2O5: O. 03 O. 1%、TiO2: O. 04 O. 15%、CO2O3:0. 08 O. 2%、ZrO2:0. 005 O. 10%、K2CO3:0. 01 O. 04%、NiO: O. 05 O. 2%，并進(jìn)行第二次星
形球磨，制成二次星形球磨粉料；
4)、將步驟3)所得的二次星形球磨粉料烘干后造粒、成型，制成樣品坯件；
5)、將步驟4)所得的樣品坯件在氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)窯爐中進(jìn)行燒結(jié)，制成磁芯。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟4):將步驟3)所得的二次星形球磨粉料按質(zhì)量比加入8 12%的PVA有機(jī)粘合劑，并混合均勻，造粒后，在試驗(yàn)室10噸壓機(jī)上將粉料壓制成樣品坯件。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟5)為將步驟4)成型所得的樣品坯件放在氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)窯中進(jìn)行燒結(jié)，在升溫段1150 1250°C按氧含量為1%左右進(jìn)行致密化，在1320 1350°C保溫4 6個(gè)小時(shí)，在保溫段氧分壓為4 7%，降溫段為平衡氣氛燒結(jié)。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟I)中制成的所述主成分粉料的平均粒徑范圍達(dá)到O. 7 1.1微米；所述步驟3)中制成的所述二次星形球磨粉料的平均粒徑達(dá)到O. 7 1. O微米。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟4)中，壓制形成的所述樣品坯件的密度為
3.0±0. 05g/cm3,所述步驟5)中燒結(jié)制成的所述磁芯密度為4. 85±0. 05g/cm3。在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述主成分按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算Fe203:71. 5%，Mn3O4:23. 5%，ZnO:5%，所述添加劑按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算Ca0:0. 05%、Nb205:0. 05%, V2O5:0. 02%、Ti02:0. 08%, CO2O3:0. 18%, ZrO2:0. 015%,K2CO3:0. 05%,NiO:0. 08%。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料通過上述配方及復(fù)合添加鈣氧化物、鈦氧化物和鈷氧化物、釩氧化物、鎳氧化物，使所述鐵氧體具有3500±25%的起始磁導(dǎo)率，且在25 140°C溫度區(qū)域內(nèi)谷點(diǎn)功率損耗達(dá)270kw/m3，Tc大于260°C，在500KHZ、50mT、100度測試條件下功耗損耗小于300kw/m3，在1MHz，30mT，100°C測試條件功耗損耗小于500kw/m3。本發(fā)明寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料的制備方法，通過優(yōu)化的主成分和優(yōu)化的復(fù)合摻雜以及適當(dāng)?shù)慕档推骄?，增加材料的活性，形成均勻的、一致性好、無另相的微觀結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過優(yōu)化的燒結(jié)工藝溫度、氣氛曲線，形成氣孔率低、密度大的鐵氧體。綜上所述，本發(fā)明制備的寬溫、高頻、高居里溫度低損耗鐵氧氧體材料，可用于無極燈電磁藕合器，在車載電子等電子材料中，其獨(dú)特性能為
眾多的高頻低功耗寬溫材料的居里溫度絕大多數(shù)為Tc大于230°C，個(gè)別可達(dá)270°C左右，有的高溫功耗太高，部分在超低溫如_35°C時(shí)磁導(dǎo)率太低，無極燈無法啟動(dòng)。本發(fā)明寬溫、高頻、高居里溫度很好的解決了該問題的出現(xiàn)。另一方面，本發(fā)明將低功耗錳鋅鐵氧體材料高頻與低頻功耗相差太大，無法兼顧的問題很好的解決使用該類似產(chǎn)品可500kHz、lMHz兩個(gè)頻率都能滿足用戶的要求。利用本發(fā)明的材料和制備方法所制成的產(chǎn)品不僅用于家用電子、通信、光電、汽車電子等領(lǐng)域，更用于無極燈用電磁藕合器磁芯市場以及車載電子、強(qiáng)電、變頻空調(diào)等新領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

實(shí)施例一
稱取53mol的Fe203、38. 5mol的MnO其余為ZnO，其中MnO原料形態(tài)為四氧化三錳，使用中鋼天源-2型，其Mn%大于71%，鐵紅采用國產(chǎn)寶鋼鐵紅，純度大于99. 2%，氧化鋅為上海京華，其純度大于99. 7%，將上述原料混合后，一并投入砂磨機(jī)中攪拌，控制平均粒徑為
O.7 1. O微米，電熱箱烘干后在900±30°C溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒后進(jìn)行二次砂磨，在砂磨過程中，加入純水、分散劑、消泡劑，并加入添加劑，相對所述主成分總量，所述添加劑中各物質(zhì)的質(zhì)量百分比含量分別是Ca0:0. 05%、Nb205:0. 015%、V2O5:0. 06%、TiO2:0. 06%、CO2O3:0. 2%、ZrO2:0. 03%、K2CO3:0. 4%、NiO: O. 3% 控制平均粒徑為 O. 7 1. O 微米，最后進(jìn)行二次噴霧得到錳鋅鐵氧體顆粒粉料。取該顆粒料成型壓制T25*15*12 (mm)環(huán)形磁芯和EC4244磁芯，成型密度為
3.0±0. 05g/cm3，在1320 1380°C氮?dú)獗Ｗo(hù)保溫4 6小時(shí)，降溫區(qū)按布來克方程式進(jìn)行平衡氣氛下冷卻。經(jīng)上述過程所制備的磁芯，經(jīng)美國AW2335功耗儀、TH2828S、TH1773、日本理研BHS-40直流特性測試儀、恒溫箱和電阻率測試儀等儀器測得在磁芯的相關(guān)特性如表I和表2。實(shí)施例二
稱取53. 8mol的Fe203、39. 5mol的MnO其余為ZnO，其中MnO原料形態(tài)為四氧化三錳，使用中鋼天源-2型，其Mn%大于71%，鐵紅采用國產(chǎn)寶鋼鐵紅，純度大于99. 2%，氧化鋅為上海京華，其純度大于99. 7%，將上述原料混合后，一并投入砂磨機(jī)中攪拌，控制平均粒徑為O. 7 1. O微米，電熱箱烘干后在880±30°C溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒后進(jìn)行二次砂磨，在砂磨過程中，加入純水、分散劑、消泡劑，并加入添加劑,相對所述主成分總量，所述添加劑中各物質(zhì)的質(zhì)量百分比含量分別是Ca0:0. 02%、Nb205:0. 05%、V2O5:0. 02%、TiO2:0. 02%、CO2O3:0. 3%、ZrO2:0. 05%、K2CO3:0. 2%、NiO: O. 7% 控制平均粒徑為 O. 7 1. O 微米，最后進(jìn)行二次噴霧得到錳鋅鐵氧體顆粒粉料。取該顆粒料成型壓制T25*15*12 (mm)環(huán)形磁芯和EC4244磁芯，成型密度為
3.0±0. 05g/cm3，在1320 1380°C氮?dú)獗Ｗo(hù)保溫4 6小時(shí)，降溫區(qū)按布來克方程式進(jìn)行平衡氣氛下冷卻。經(jīng)上述過程所制備的磁芯，經(jīng)美國AW2335功耗儀、TH2828S、TH1773、日本理研BHS-40直流特性測試儀、恒溫箱和電阻率測試儀等儀器測得在磁芯的相關(guān)特性如表I和表2。表I本發(fā)明環(huán)形磁芯材料性能
權(quán)利要求
1.一種寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料，其特征在于，其主成分按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算=Fe2O3為69. 5 73%, ZnO為5 10% ;其余為Mn3O4 ;Fe203、Mn3O4和ZnO之和為100% ；添加劑以主成分的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計(jì)，按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算包括CaO:O. ΟΓΟ. 08%、Nb205:0. 015 O. 09%、V2O5:0. 02 O. 1%、Ti02:0. 03 O. 2%、CO2O3:0. 06 O. 7%、ZrO2:0. 003 O. 13%、K2CO3:0. θΓθ. 1%, NiO :0. 04 O. 5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料，其特征在于，所述主成分按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算=Fe2O3:71. 5%，Mn3O4:23. 5%，ZnO: 5%，所述添加劑按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算Ca0:0. 05%,Nb2O5:0. 05%,V2O5:0. 02%、Ti02:0. 08%,CO2O3:0. 18%、ZrO2:0. 015%、K2CO3:0. 05%、NiO: O. 08%。
3.—種寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)、Fe203為69.5 73%，ZnO為5 10%，余量為Mn3O4，用星形球磨機(jī)混合均勻，制成主成分粉料；2)、將步驟I)所得的主成分粉料在800 1000°C下進(jìn)行預(yù)燒；保溫時(shí)間為2 4.5小時(shí)；3)、將步驟2)所得的粉料按質(zhì)量比加入如下添加劑CaO : O. 02 O. 06%、Nb2O5: O. 02 O. 06%、V2O5: O. 03 O. 1%、TiO2: O. 04 O. 15%、CO2O3:0. 08 O. 2%、ZrO2:0. 005 O. 10%、K2CO3:0. 01 O. 04%、NiO: O. 05 O. 2%，并進(jìn)行第二次星形球磨，制成二次星形球磨粉料；4)、將步驟3)所得的二次星形球磨粉料烘干后造粒、成型，制成樣品坯件；5)、將步驟4)所得的樣品坯件在氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)窯爐中進(jìn)行燒結(jié)，制成磁芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，所述步驟4):將步驟3)所得的二次星形球磨粉料按質(zhì)量比加入8 12%的PVA有機(jī)粘合劑，并混合均勾，造粒后，在試驗(yàn)室10噸壓機(jī)上將粉料壓制成樣品還件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，所述步驟5)為將步驟4)成型所得的樣品坯件放在氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)窯中進(jìn)行燒結(jié)，在升溫段1150 1250°C按氧含量為1%左右進(jìn)行致密化，在1320 1350°C保溫4 6個(gè)小時(shí)，在保溫段氧分壓為4 7%，降溫段為平衡氣氛燒結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中制成的所述主成分粉料的平均粒徑范圍達(dá)到O. 7 1.1微米；所述步驟3)中制成的所述二次星形球磨粉料的平均粒徑達(dá)到O. 7 1. O微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中，壓制形成的所述樣品坯件的密度為3.0±0. 05g/cm3，所述步驟5)中燒結(jié)制成的所述磁芯密度為4. 85±0. 05g/cm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，所述主成分按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算Fe203:71. 5%，Mn3O4:23. 5%，Zn0:5%，所述添加劑按質(zhì)量百分比，以氧化物計(jì)算Ca0:0. 05%、Nb205:0. 05%、V2O5:0. 02%、TiO2:0. 08%、CO2O3:0. 18%, ZrO2:0. 015%、K2CO3:0. 05%, NiO :0. 08%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬溫高疊加低功耗Mn-Zn軟磁鐵氧體材料，其主成分Fe2O3為69.5～73%，ZnO為5～10%；其余為Mn3O4；添加劑包括CaO:0.01~0.08%、Nb2O5:0.015~0.09%、V2O5:0.02~0.1%、TiO2:0.03~0.2%、Co2O3:0.06~0.7%、ZrO2:0.003~0.13%、K2CO3:0.01~0.1%、NiO:0.04~0.5%。本發(fā)明還公開了鐵氧體材料的制備方法在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)采用致密化工藝。利用本發(fā)明材料和制備方法所制成的成品具有高的起始磁導(dǎo)率、疊加特性好、同時(shí)在高頻測試條件下功耗損耗小、居里溫度達(dá)到260℃以上。
文檔編號(hào)C04B35/622GK103058643SQ20131001161
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者劉運(yùn), 張建明, 王育偉, 龍彬, 張維 申請人:蘇州天源磁業(yè)有限公司