頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體及其製備方法
2023-08-13 14:54:46 2
專利名稱：頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種Mn-Zn系鐵氧體，尤其涉及一種具有優異頻率特性的高磁導率的錳鋅系鐵氧體及其製備方法。
背景技術：
軟磁鐵氧體因其高磁導率而被用作為變壓器、電感器、濾波器、高性能電源開關等感性元件的磁芯，其需求量將越來越大。隨著信息產業技術的迅猛發展，電子設備的製造技術正在不斷改進和更新，要求電子設備的開關及計算、處理速度越來越快，但是軟磁鐵氧體在交變電磁場下存在磁滯損耗、渦流損耗和剩餘損耗等，而且在高頻下，上述的損耗也越發加劇，導致磁芯溫度迅速升高，工作性能急劇下降。傳統的Mn-Zn系鐵氧體，室溫條件下工作頻率為10KHz時，起始磁導率尚能達到10000，但工作頻率提高到200KHz時，測試起始磁導率只有5000，故傳統產品只能用在工作頻率低於100KHz的場合下，不能適應於飛速發展的電子設備的需要。
為解決上述類似問題，有專利號為03115906.0的中國專利申請文件公開了一種錳—鋅功率軟磁鐵氧體料粉及其製備方法，軟磁鐵氧體料粉中Fe2O3為58-79wt％，Mn3O415-30wt％，ZnO5-15wt％，輔料(包括SiO2、CaCO3、V2O5、Nb2O5)0-7wt％，總量滿足100％。主料和輔料通過混合、預燒、粗粉碎、砂磨、噴霧造粒五個工序製成錳—鋅功率軟磁鐵氧體料粉，據稱其製成的料粉功耗較低，飽和磁感應強度Bs高，性能優越，成本低廉。
與此類似的還有專利號為02150733.3的中國專利申請文件也公開了一種高頻細晶粒軟磁鐵氧體磁體材料及其生產工藝，它是由氧化鐵、氧化鋅和氧化錳為主要原料製成的，其特徵在於所述軟磁鐵氧體材料的平均晶粒尺寸是3-5μm，各組分以氧化物計的重量百分比範圍是Fe2O350-57％；ZnO0-13％；MnO30-50％；其餘為摻雜成分M；其採用的工藝步驟是配料、球磨、振磨、預燒、砂磨、造粒、成型、燒結、磨加工和包裝，據稱其工藝適合工業化批量生產，生產成本低、工藝穩定、產品具有磁導率高、功率損耗小的特點，達到高頻低功耗功率鐵氧體材料PC50的技術指標，從而為實現電子器件的小型化、片式化提供了有利的條件。
類似地，還有公開號為JP2002118014的日本專利申請文件也公開了一種高頻、高電阻Mn-Zn鐵氧體，其採取的三種主料的配比及含量與通常配比相比，處於較為特別的範圍，具體為Fe2O345.0～50.0mol％，ZnO7.0～15.0mol％，MnO35.0～48.0mol％。
發明內容
本發明要達到的技術目的是要提供一種在很寬的工作頻率範圍上均具有較高起始磁導率的頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體及其製造方法。
為此，本發明的技術解決方案是一種頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體，該鐵氧體的主成分包括氧化鐵、氧化鋅和氧化錳及輔助成分，而主成分以各自標準物計的含量如下，Fe2O351.0～53.0mol％，ZnO21.0～23.0mol％，MnO餘量；所述輔助成分包括鉍氧化物和鉬氧化物，相對所述主成分總量，所述鉍氧化物和鉬氧化物以其標準Bi2O3和MoO3計的總含量為0.03～0.13wt％。本發明的錳鋅系鐵氧體在主成分氧化鋅的含量上均明顯高於現有的鐵氧體中該主料的含量，配合相應的特色的輔助成分配方，使之形成更為合適的微觀結構，更利於在鐵氧體的晶界之間產生高電阻層，降低損耗，在很寬的工作頻率範圍上均提高了鐵氧體的起始磁導率。
結合本發明的主成分的特點，本發明的輔助成分還包括鉬氧化物、鉍氧化物，相對所述主成分總量，這些輔助成分以各自標準物計的含量如下，MoO30.02wt％～0.07wt％，Bi2O30.01wt％～0.06wt％。
本發明的輔助成分進一步包括鈣氧化物、鈮氧化物，相對所述主成分總量，這些輔助成分以各自標準物計的的含量如下，CaO0.005～0.04wt％，Nb2O50.005～0.04wt％。
本發明的輔助成分進一步包括釩氧化物、矽氧化物、鋯氧化物、鈦氧化物其中一種或一種以上，相對所述主成分總量，這些輔助成分以其標準物計的含量如下，V2O50～0.04wt％，SiO20～0.02wt％，ZrO20～0.03wt％，TiO20～0.025wt％。V2O5優選含量0.005wt％～0.025wt％。
所述各輔助成分的含量為其在所述主成分原料中的存在量和後續添加量之和。
由於上述配方，本發明的鐵氧體的磁導率在10KHz時不小於10000且具有低的比損耗因子，在200KHz時不小於8000。從而提高了鐵氧體在高頻段的磁導率。
相應地，本發明的技術解決方案是一種如上所述的頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體的製造方法，該方法包括如下步驟A)將主成分Fe2O3、Mn3O4、ZnO混合兼研磨、乾燥、預燒，得到經預燒的主成分；B)將經預燒的主成分同輔助成分和粘合劑進行混合兼研磨、乾燥，得到80～300微米的乾燥顆粒；C)將乾燥顆粒在壓機上壓製得到成型體，將成型體在1300～1450℃溫度下燒結，在充氮氣氛下燒結得到所述成型鐵氧體。
作為本發明方法的較佳實施例，本發明的所述步驟B中，相對所述主成分總量，所述粘合劑為含羥基的碳鏈聚合物，所述粘合劑的添加比例為0.4～1.0％(wt)結合國內設備現狀，本發明方法的所述步驟B、C中，所述乾燥過程是採用噴霧方法；所述步驟C中，所述燒結過程優選溫度為1350～1450℃，保溫時間為4～10小時，所述燒結過程是採用推板窯連續燒結法、或是採用鐘罩窯批次燒結法。
以下結合具體實施例對本發明作進一步說明。
具體實施例方式
實施例系列1將日本NKK公司SH型號Fe3O452.3mol％，25.7mol％MnO(原料形態為Mn3O4)，上海京華ZnO 22mol％作為主要成分加入，加入輔助成分MoO3(0.04～0.06wt％)、Bi2O3(0.030～0.05wt％)，加入其他輔助成分CaCO3(0.01～0.03wt％)、V2O5(0.01～0.025wt％)、Nb2O5(0.01～0.03wt％)中的一種或一種以上，添加不同輔助成分得樣品編號1～10。
將以上成分混和後，通過噴霧、預燒(預燒溫度為850±50℃)、相對所述主成分總量加入0.6％(wt)粘合劑聚乙烯醇進行二次噴霧為球狀顆粒後，壓製成型H22mm×14mm×8mm的環形產品，得到成型體120個，將成型體在1380～1420℃，保持5～8小時，進行燒結，然後在平衡氣分壓的氣氛中冷卻，每個編號取10隻計算平均值，在23±2℃，U＝0.05V的測試條件下，測得該樣品的結果列於表1。
表 1
實施例系列2將日本NKK公司SH型號Fe3O452mol％，26.4mol％MnO(原料形態為Mn3O4)，上海京華ZnO 21.6mol％作為主要成分加入，加入輔助成分MoO3(0.04～0.06wt％)、Bi2O3(0.03～0.05wt％)，加入其他輔助成分CaCO3(0.01～0.05wt％)、V2O5(0.01～0.04wt％)、SiO2(0.004～0.02wt％)、ZrO2(0～0.025wt％)和TiO2(0～0.025wt％)中的一種或一種以上，添加不同輔助成分得樣品編號1～10。
將以上成分混和後，通過噴霧、預燒(預燒溫度為850～920℃)、相對所述主成分總量加入0.9％(wt)粘合劑聚乙烯醇進行二次噴霧為球狀顆粒後，壓製成型H22mm×14mm×8mm的環形產品，得到成型體120個，將成型體在1380～1420℃，保持5～8小時，進行燒結，然後在平衡氣分壓的氣氛中冷卻，每個編號取10隻計算平均值，結果列於表2所示(測試條件23±2℃，U＝0.05V)。
表2
由表1和表2可見，本實施例系列1、2的鐵氧體磁芯具有低的比損耗因子，磁導率在10KHz時基本不小於10000，在200KHz時不小於8000。
權利要求
1.一種頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體，該鐵氧體的主成分包括氧化鐵、氧化鋅和氧化錳和輔助成分，其特徵在於所述主成分以各自標準物計的含量如下，Fe2O351～53mol％，ZnO21～23mol％，MnO餘量；所述輔助成分包括鉍氧化物和鉬氧化物，相對所述主成分總量，所述鉍氧化物和鉬氧化物以其標準Bi2O3和MoO3計的總含量為0.03～0.13wt％。
2.如權利要求1所述的頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體，其特徵在於所述輔助成分還包括鉬氧化物、鉍氧化物，相對所述主成分總量，這些輔助成分以各自標準物計的含量如下，MoO30.02～0.07wt％，Bi2O30.01～0.06wt％。
3.如權利要求2所述的頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體，其特徵在於所述輔助成分進一步包括鈣氧化物和/或鈮氧化物，相對所述主成分總量，這些輔助成分以各自標準物計的的含量如下，CaO0.005～0.04wt％，Nb2O50.005～0.04wt％。
4.如權利要求3所述的頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體，其特徵在於所述輔助成分進一步包括釩氧化物、矽氧化物、鋯氧化物、鈦氧化物其中一種或一種以上，相對所述主成分總量，這些輔助成分以其標準物計的含量如下，V2O50～0.04wt％，SiO20～0.02wt％，ZrO20～0.03wt％，TiO20～0.025wt％。
5.如權利要求1所述的頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體，其特徵在於所述鐵氧體的磁導率在10KHz時不小於10000，在200KHz時不小於8000。
6.如權利要求1所述的頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體，其特徵在於所述各輔助成分的含量為其在所述主成分原料中的存在量和後續添加量之和。
7.一種如權利要求1～6之一所述的頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體的製造方法，該方法包括如下步驟A)將三種主成分Fe2O3、Mn3O4、ZnO混合兼研磨、乾燥、預燒，得到經預燒的主成分；B)將經預燒的主成分同輔助成分和粘合劑進行混合兼研磨、乾燥，得到80～300微米的乾燥顆粒；C)將乾燥顆粒在壓機上壓製得到成型體，將成型體在1300～1450℃溫度下燒結，在充氮氣氛下燒結得到所述鐵氧體成品。
8.如權利要求7所述的頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體的製造方法，其特徵在於所述步驟B中，相對所述主成分總量，所述粘合劑為含羥基的碳鏈聚合物，所述粘合劑的添加比例為0.4～1.0％(wt)；
9.如權利要求7所述的頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體的製造方法，其特徵在於所述步驟B、C中，所述乾燥過程是採用噴霧方法；所述步驟C中，所述燒結過程優選溫度為1350～1450℃，保溫時間為4～10小時，所述燒結過程是採用推板窯連續燒結法、或是採用鐘罩窯批次燒結法。
全文摘要
本發明涉及一種頻率特性優異的高磁導率錳鋅系鐵氧體及其製備方法，該鐵氧體的主成分包括氧化鐵、氧化鋅和氧化錳及輔助成分，而主成分以各自標準物計的含量如下，Fe
文檔編號C04B35/26GK1686928SQ20051003361
公開日2005年10月26日 申請日期2005年3月21日 優先權日2005年3月21日
發明者羅海清, 傅臏 申請人:乳源瑤族自治縣東陽光實業發展有限公司