一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法
2023-10-04 04:16:24
專利名稱：一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種錳鋅鐵氧體及其製備方法，尤其涉及一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法，背景技術伴隨著可攜式移動電子設備的普及，多媒體通信、數字網絡的高速發展，以及電磁兼容和抗電磁幹擾等領域的需求，目前對功率MnZn鐵氧體材料提出了更高更新的要求。隨著新興應用領域的擴充，對功率MnZn鐵氧體除了要求低的損耗之外，還要求有高的飽和磁通密度。同時，針對不同的工作環境，在功耗～溫度曲線上，應具有不同的最低功耗溫度點。高性能的功率MnZn鐵氧體，除選用各向異性、磁致伸縮小及純度高的原材料之外，合適的微量元素摻雜和工藝的控制是十分重要的。
現有技術中絕大多數有關MnZn功率鐵氧體的工作溫度都在80℃～100℃，都將SiO2作為添加劑以便於提高材料的電阻率，達到降低損耗的目的。將SiO2作為添加劑加入預燒料中，雖然可以提高材料的電阻率，但是在燒結的過程中容易出現液相，出現異常晶粒的機率會增加。如果材料內部出現異常晶粒，那麼材料的性能將會惡化。另外還有人通過脫硫工藝或採用精磨工藝來改善材料的性能，但是這樣就增加了生產成本，增加了材料推廣應用的難度。
發明內容
本發明針對現有技術中MnZn功率鐵氧體及其製備工藝出現的技術問題，提供一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法。本發明直接利用原材料中的SiO2，並控制製備方法所帶進的SiO2，而不是採用添加SiO2的方式來改善MnZn功率鐵氧體的磁性能；從而得到高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體。
本發明的上述目的是通過以下技術方案解決的一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體，該鐵氧體包括如下按摩爾百分比的成分Fe2O3 51～53mol％；MnO34～43mol％；ZnO6～13mol％。
在上述的的高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體，該鐵氧體還含有以下按重量百分比的輔助成分中的四種或以上CaCO30.01～0.07wt％；TiO20.01～0.08％；SnO20.01～0.07wt％；Nb2O50.01～0.06wt％；ZrO20.01～0.09wt％；Co2O30.01～0.06wt％。
本發明還提供一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法，該方法由以下步驟組成(1)配料採用主要成分按摩爾重量百分比為Fe2O351～53mol％；MnO34～43mol％；ZnO6～13mol％進行稱量，稱重後在砂磨機中加入去離子水進行砂磨，砂磨的時間為30～80分鐘；(2)預燒將上述經過砂磨後的成分進行預燒，預燒溫度為750℃～980℃，預燒時間為1～9小時；(3)二次砂磨在上述預燒料中加入以下按重量百分比的輔助成分中的四種或四種以上CaCO30.01～0.07wt％，TiO20.01～0.08％，SnO20.01～0.07wt％，Nb2O50.01～0.06wt％，ZrO20.01～0.09wt％，Co2O30.01～0.06wt％；然後將粉料加入去離子水後放入砂磨機中進行二次砂磨，二次砂磨時間為1～3小時；(4)噴霧造粒和成型將上述的二次砂磨料在噴霧塔中進行噴霧造粒，噴霧造粒製成粒徑為50～200μm的顆粒；然後成型為具有一定形狀的坯件；(5)燒結將上述成型後的坯件進行在1260℃～1350℃的範圍下進行燒結，燒結後即形成高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體。
在上述的高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法中，在步驟(3)中所述粉料的粒度為1～1.18μm，二次砂磨料中SiO2的重量百分含量為0.005～0.023wt％。
在上述的高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法中，在步驟(4)中噴霧造粒時加入PVA和消泡劑，其中兩者比例為20∶1，所述的消泡劑為氨水、正辛醇中的一種。
在上述的高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法中，在步驟(5)中所述的燒結過程是在氧氣和氮氣的環境進行，其中氧分壓的範圍為1～10％。
眾所周知，MnZn功率鐵氧體的損耗是由磁滯損耗，渦流損耗和剩於損耗組成的。在100kHz，200mT條件下，損耗主要是由磁滯和渦流兩種損耗組成，剩於損耗所佔的比例較小。為了降低在該測試條件下的損耗，現有技術中都是採用通過添加SiO2提高材料的電阻率的方法來降低渦流損耗。但是本發明人通過長期研究發現將SiO2作為添加劑加入預燒料中，雖然可以提高材料的電阻率，但是在燒結的過程中容易出現液相，出現異常晶粒的機率會增加。如果材料內部出現異常晶粒，那麼材料的性能將會惡化。於是本發明人想通過另外的方法來提高材料的電阻率，又可以避免晶粒異常長大的現象出現。考慮到原材料中SiO2的存在和二次砂磨工藝中帶入SiO2的不可避免性，所以可以通過不添加SiO2，直接利用原材料中SiO2和砂磨工藝中帶入SiO2來提高材料的電阻率。這樣就可以降低燒結過程中液相出現的機率，同時還可以降低生產成本。當然僅僅這樣還是不能優化MnZn功率鐵氧體的性能的，還需要優化材料的成分和採用合適的製備方法，而本發明人通過上述材料成分和製備方法得到一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體。該高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體功耗谷點在90℃，在100kHz，200mT的條件下功耗小於等於260mW/cm3，在1000A/m，50Hz的條件下25℃的飽和磁通密度大於等於530mT，在1000A/m，50Hz的條件下100℃的飽和磁通密度大於等於420mT。這樣就能很好的滿足工作溫度在80℃～100℃的器件對MnZn功率鐵氧體低損耗，高Bs的要求。
具體實施例方式
以下為本發明的具體實施方式
，對本發明的技術特徵做進一步的說明，但是本發明並不限於這些實施例。
實施例11、配料稱取Fe2O352.7mol％；MnO37.1mol％；ZnO10.2mol％三種原料，然後在砂磨機中加入去離子水進行混合和破碎，，破碎30分鐘，進行循環混合10分鐘後，進行噴霧造粒。
2.預燒將噴霧料放入預燒爐內，在920℃下進行預燒，總的預燒時間是6小時。
3.二次砂磨在預燒料中加入以下按預燒料重量百分比的輔助成分CaCO30.03wt％，TiO20.04wt％，Nb2O50.03wt％，Co2O30.025wt％，ZrO20.02wt％。然後將粉料放入砂磨機中加入去離子水進行二次砂磨，砂磨時間為1小時，粉料粒度控制在1～1.18μm。
4.噴霧造粒和成型在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡劑，然後在噴霧塔中進行噴霧造粒成50～200μm的顆粒；然後成型具有一定形狀的坯件；5.燒結在一定的氧氣和氮氣的比例下，在1260℃的溫度條件下範圍下燒結，燒結時的氧分壓為6％，然後在一定的氧氣和氮氣的比例下冷卻到室溫。
將燒結好的樣品用SY-8258 BH分析儀進行測試，具體性能見表1表1 實施例1中燒結樣品的測試結果
從表中可以看出，在100kHz，200mT條件下90℃時，材料的損耗是257KW/m3，在1000A/m，50Hz條件下25℃的Bs是532mT，100℃的Bs是420mT。因此該材料能很好的滿足80℃～100℃下工作的器件對材料的要求。特別適合製作筆記本電腦的充電器。
實施例21、配料稱取Fe2O351mol％；MnO43mol％；ZnO6mol％三種原料，然後在砂磨機中加入去離子水進行混合和破碎，，破碎40分鐘，進行循環混合10分鐘後，進行噴霧造粒。
2.預燒將噴霧料放入預燒爐內，在750℃下進行預燒，總的預燒時間是9小時。
3.二次砂磨在預燒料中加入以下按預燒料重量百分比的輔助成分CaCO30.01wt％，TiO20.08wt％，SnO20.03wt％，Co2O30.06wt％，ZrO20.01wt％。然後將粉料放入砂磨機中加入去離子水進行二次砂磨，砂磨時間為2小時，粉料粒度控制在1～1.18μm。
4.噴霧造粒和成型在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡劑，然後在噴霧塔中進行噴霧造粒成50～200μm的顆粒；然後成型具有一定形狀的坯件；5.燒結在一定的氧氣和氮氣的比例下，在1290℃的溫度條件下燒結，燒結時的氧分壓為8％，然後在一定的氧氣和氮氣的比例下冷卻到室溫。
將燒結好的樣品用SY-8258 BH分析儀進行測試，具體性能見表2表2 實施例2中燒結樣品的測試結果
從表中可以看出，在100kHz，200mT條件下90℃時，材料的損耗是256KW/m3，在1000A/m，50Hz條件下25℃的Bs是536mT，100℃的Bs是420mT。因此該材料能很好的滿足80℃～100℃下工作的器件對材料的要求。特別適合製作筆記本電腦的充電器。
實施例31、配料稱取Fe2O353mol％；MnO34mol％；ZnO13mol％三種原料，然後在砂磨機中加入去離子水進行混合和破碎，，破碎50分鐘，進行循環混合10分鐘後，進行噴霧造粒。
2.預燒將噴霧料放入預燒爐內，在980℃下進行預燒，總的預燒時間是1小時。
3.二次砂磨在預燒料中加入以下按預燒料重量百分比的輔助成分TiO20.01wt％，SnO20.07wt％，Co2O30.06wt％，ZrO20.09wt％。然後將粉料放入砂磨機中加入去離子水進行二次砂磨，砂磨時間為3小時，粉料粒度控制在1～1.18μm。
4.噴霧造粒和成型在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡劑正辛醇，然後在噴霧塔中進行噴霧造粒成50～200μm的顆粒；然後成型具有一定形狀的坯件；5.燒結在一定的氧氣和氮氣的比例下，在1350℃的溫度條件下燒結，燒結時的氧分壓為9％，然後在一定的氧氣和氮氣的比例下冷卻到室溫。
將燒結好的樣品用SY-8258 BH分析儀進行測試，具體性能見表3
表3 實施例3中燒結樣品的測試結果
從表中可以看出，在100kHz，200mT條件下90℃時，材料的損耗是258KW/m3，在1000A/m，50Hz條件下25℃的Bs是532mT，100℃的Bs是421mT。因此該材料能很好的滿足80℃～100℃下工作的器件對材料的要求；特別適合製作筆記本電腦的充電器。
實施例41.配料稱取Fe2O352.6mol％；MnO37mol％；ZnO10.4mol％三種原料，然後在砂磨機中進行混合和破碎，加入一定量的去離子水，砂磨70分鐘，進行循環混合10分鐘後，進行噴霧造粒。
2.預燒將噴霧料放入預燒爐內，在920℃下進行預燒，總的預燒時間是6小時。
3.二次砂磨在預燒料中加入以下輔助成分CaCO30.03wt％，SnO20.03wt％，Nb2O50.03wt％，Co2O30.025wt％，ZrO20.02wt％。然後將粉料放入砂磨機中進行二次砂磨，要求加入一定量的去離子水，砂磨時間為2小時，粉料粒度控制在1～1.18μm。
4.噴霧造粒和成型在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡劑，然後在噴霧塔中進行噴霧造粒成50～200μm的顆粒；然後成型具有一定形狀的坯件；5.燒結在一定的氧氣和氮氣的比例下，在1260℃～1350℃的範圍下燒結，燒結時氧分壓為1～10％，然後在一定的氧氣和氮氣的比例下冷卻到室溫。
將燒結好的樣品用SY-8258 BH分析儀進行測試，具體性能見表4表4 實施例4中燒結樣品的測試結果
從表中可以看出，在100kHz，200mT條件下90℃時，材料的損耗是259KW/m3，在1000A/m，50Hz條件下25℃的Bs是534mT，100℃的Bs是421mT。因此該材料能很好的滿足80℃～100℃下工作的器件對材料的要求。特別適合製作筆記本電腦的充電器。
本發明中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
儘管對本發明已作出了詳細的說明並引證了一些具體實例，但是對本領域熟練技術人員來說，只要不離開本發明的精神和範圍可作各種變化或修正是顯然的。
權利要求
1.一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體，該鐵氧體包括如下按摩爾百分比的成分Fe2O3 51～53mol％；MnO34～43mol％；ZnO6～13mol％。
2.根據權利要求1所述的一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體，其特徵在於該鐵氧體還含有以下按重量百分比的輔助成分中的四種或以上CaCO30.01～0.07wt％；TiO20.01～0.08％；SnO20.01～0.07wt％；Nb2O50.01～0.06wt％；ZrO20.01～0.09wt％；Co2O30.01～0.06wt％。
3.根據權利要求1或2所述的高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體，其特徵在於所述的MnZn功率鐵氧體功耗谷點在90℃，在100kHz，200mT的條件下功耗小於等於260mW/cm3，在1000A/m，50Hz的條件下25℃的飽和磁通密度大於等於530mT，在1000A/m，50Hz的條件下100℃的飽和磁通密度大於等於420mT。
4.一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法，該方法由以下步驟組成(1)配料採用主要成分按摩爾重量百分比為Fe2O351～53mol％；MnO34～43mol％；ZnO6～13mol％進行稱量，稱重後在砂磨機中加入去離子水進行砂磨，砂磨的時間為30～80分鐘；(2)預燒將上述經過砂磨後的成分進行預燒，預燒溫度為750℃～980℃，預燒時間為1～9小時；(3)二次砂磨在上述預燒料中加入以下按重量百分比的輔助成分中的四種或四種以上CaCO30.01～0.07wt％，TiO20.01～0.08％，SnO20.01～0.07wt％，Nb2O50.01～0.06wt％，ZrO20.01～0.09wt％，Co2O30.01～0.06wt％；然後將粉料加入去離子水後放入砂磨機中進行二次砂磨，二次砂磨時間為1～3小時；(4)噴霧造粒和成型將上述的二次砂磨料在噴霧塔中進行噴霧造粒，噴霧造粒製成粒徑為50～200μm的顆粒；然後成型為具有一定形狀的坯件；(5)燒結將上述成型後的坯件進行在1260℃～1350℃的溫度範圍下進行燒結，燒結後即形成高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體。
5.根據權利要求4所述的一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法，其特徵在於步驟(3)中所述粉料的粒度為1～1.18μm，二次砂磨料中SiO2的重量百分含量為0.005～0.023wt％。
6.根據權利要求4所述的一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法，其特徵在於步驟(4)中噴霧造粒時加入PVA和消泡劑，其中兩者比例為20∶1，所述的消泡劑為氨水、正辛醇中的一種。
7.根據權利要求4所述的一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法，其特徵在於步驟(5)中所述的燒結過程在氧氣和氮氣的環境進行，其中氧分壓的範圍為1～10％。
8.一種根據權利要求4～7所述的製備方法製備的高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體。
全文摘要
本發明涉及一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法；本發明通過精確控制材料的成分和製備方法，研製出功耗谷點在90℃，在100kHz，200mT的條件下功耗小於等於260mW/cm
文檔編號H01F1/12GK101090017SQ20061005194
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月14日 優先權日2006年6月14日
發明者呂東華, 顏衝, 包大新, 何時金 申請人:橫店集團東磁有限公司