高磁導率、低thd軟磁鐵氧體磁性材料及其製備方法
2023-05-09 02:30:16
專利名稱：：高磁導率、低thd軟磁鐵氧體磁性材料及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種軟磁鐵氧體磁性材料，尤其涉及一種高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料及其製備方法，屬於磁性材料
技術領域：
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背景技術：
：高磁導率Mn-Zn鐵氧體材料是為適應電子通信、新型電子照明設備的高電感量和小型輕薄化的需求而發展起來的，其應用十分廣泛，尤其在當今通信領域裡，數字網絡通信、光纖通信技術及設備以飛快的速度發展，迫切需要高磁導率Mn-Zn鐵氧體磁心製作的濾波器、寬帶變壓器和脈衝變壓器等電子器件。但與此同時，通信設備對高磁導率Mn-Zn鐵氧體材料的性能也提出諸如寬頻、高傳輸速率、低諧波失真等要求。隨著網絡技術快速發展，xDSL(包含非對稱數字用戶線ADSL和對稱數字用戶線SDSL等傳輸形式)通信技術得到廣泛引用。對用來實現隔離、阻抗匹配和高低通濾波功能的高磁導率鐵氧體磁心的需求量越來越大，同時對鐵氧體磁心提出了更高的要求；為了在信號傳輸過程中減小波形失真，減少傳輸錯誤，延長傳輸距離，要求變壓器具有低的總諧波失真(THDTotalHarmonicDistortion)很小。高磁導率、低THD材料的應用前景十分廣闊，客戶需求量也很大，如果產品能夠順利量產將產生很大的經濟效益和社會效益。高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料普遍用於通信領域，減小波形失真，減少傳輸錯誤，延長傳輸距離。低THD軟磁鐵氧體磁性材料的這一特性還增強了電源與發電機的兼容性，使得這款應急電源在接入精密儀器儀表製造、醫療救生系統等對電網環境要求較高的系統時，更為安全。'
發明內容本發明的目的在於提供一種具有高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料及其製備方法。本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的；一種高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料，該軟磁鐵氧體磁性材料由主成分和輔助成分製成；其中所述的主成分及重量百分比以氧化物計算為FeA為6275wt%;Mm04為1320wt%;其餘為Zn0;輔助成分及其含量為Ca0:50300ppm，Bi2O3:100800ppm，Nb205:100600ppm，Mo03:50400ppm中的一種或多種組合。在上述的高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料中，作為優選，所述的輔助成分及其含量為CaO:100200ppm，Bi203:200500ppm，Nb205:200400ppm，Mo03:100300ppm。'起始磁導率ui是高導材料的重要參數之一，ui與材料的飽和磁化強度Ms、磁晶各向異性常數K1、磁致伸縮係數AS以及內應力o等密切相關，可以表示為M^Ms2/(2Kl+3ASo)。由於Ms的變化範圍小，所以鐵氧體的不同配方組份所獲得的磁導率差異主要是由K1、入S和o造成的，當K1、入S與o同時趨近於最小時，就會獲得最高的Ui值。但隨著Ui值的提高，材料晶界變薄，同時不可逆壁移出現，從而導致損耗上升，居裡點下降，使材料的應用價值受到限制，所以在研製低THD軟磁鐵氧體材料時，必須對配方組份中的基本成分、改善ui-f特性、降低材料損耗、優選添加物種類和數量以及提高燒結密度等方面進行控制；另外，根據Snock公式可知，wi與材料截止頻率fr之間相互制約，改善材料的Ui-f特性與片面提高ui值是相互對立的，對鐵氧體的影響很大，主要表現為影響晶粒的非正常生長，造成晶格缺陷，從而影響鐵氧體的微觀結構和內稟特性。高lii、低THD的軟磁鐵氧體磁性材料的主配方範圍為Fe力3為6275wt%;Mn304為1320wt%;摻入極少量的輔助成分如CaC03、Bi203等，同時提高燒結溫度以促進晶粒快速生長(晶粒大小約在30iiin以上)，即可達到較高的磁導率要求。但這類材料由於晶粒尺寸過大，損耗嚴重(特別是渦流損耗較大)，磁導率的頻率特性也較差，在100kHz時已下降3096以上。而低THD的軟磁鐵氧體材料(其晶粒尺寸約在20pm左右)，需要材料的nB(磁滯常數)<0.2X10-6/mT，因此，就必須改善材料電磁性能等方面進行輔助成分的工藝試驗，找出切實可行的添加物種類及含量。本發明添加100800ppm的Bi203可以降低軟磁鐵氧體磁性材料的燒結溫度，顯著提高材料的密度，同時對Bs和"i的提高也有利；添加50400ppmMo03作用是加速反應速度，在升溫固相反應過程中該輔助成分以金屬離子形式進入鐵氧體晶粒，形成結晶中心助長晶粒長大，但在高溫下又以雜質離子氧化物的形式存在而抑制晶粒生長。添加50300ppm的CaO和100600卯m的唚205可以從基相的電磁特性或其它方面(如晶界)來提高材料的ui-f特性和低THD特性，因此本發明中主成分和輔助成分配伍合理，選擇的輔助成分合適，含量適中，製備的軟磁鐵氧體材料既具有較高的磁導率還具有低THD特性；所述的軟磁鐵氧體磁性材料在f=10kHz，B〈0.25mT的條件下，磁導率為700013000，並且在f二10kHz，B二1.53mT的條件下，磁滯常數<0.2X10—7mT。此外本發明還涉及高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料的製備方法，該方法包括如下步驟(1)、配料、混合按主成分以氧化物計的重量百分比的含量進行配料;配料後採用振動球磨機混合1540分鐘後得到紅色固體顆粒；(2)、預燒將上述得到的紅色固體顆粒進行預燒，其中預燒溫度為800950°C，預燒時間為60180分鐘；(3)、砂磨、噴霧造粒、成型將上述預燒後的預燒料放入砂磨機進行砂磨，砂磨過程中加入去離子水、分散劑、聚乙烯醇和輔助成分，砂磨時間為40100分鐘；砂磨後的漿料通過噴霧造粒機進行造粒，然後壓製成型；(4)、燒結將上述成型後的磁心坯料放入鐘罩爐在溫度為'13001400'C的條件下燒結210小時，燒結後降溫後即得到軟磁鐵氧體磁性材料。在上述的高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料的製備方法中，步驟(2)中所述的預燒升溫速率為25'C/分鐘，預燒時間為80120分鐘。在上述的高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料的製備方法中，步驟(3)所述的砂磨機的轉速控制在60150轉/分鐘，砂磨後顆粒粒徑控制在0.81.2tim。在上述的高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料的製備方法,中，步驟(3)所述的噴霧造粒時的溫度為150350°C，噴霧造粒後顆粒含水重量百分比控制為0.30.6%，松裝密度為1.21.5g/cm3，安息角〈35°。本發明採用簡便的"幹法"製備方法，在配料、混合過程中，保證混料均勻和造粒尺寸的一致性；預燒溫度控制在80095(TC為宜，預燒升溫速率為25。C/分鐘，預燒時間控制在60180分鐘，優選為80120分鐘；砂磨時加入去離子水、分散劑、聚乙烯醇和輔助成分，並控制砂磨機的轉速控制在60150轉/分鐘，時間控制在40100分鐘；最終達到粒料粒徑為0.8L2um;從而達到細小、均勻之目的；經噴霧乾燥等方法造粒後的噴霧造粒後顆粒含水重量百分比控制為0.30.6%,松裝密度為1.21.5g/cm3，安息角〈35。這對改善粉料的成型性、生坯的強度和密度均勻性均十分有利。綜上所述，本發明具有以下優點；1、本發明的軟磁鐵氧體磁性材料由於主成分和輔助成分配伍合理，選擇的輔助成分合適，含量適中，得到的軟磁鐵氧體材料既具有較高的磁導率還具有低THD特性；所述的軟磁鐵氧體磁性材料在f^OkHz，B〈0.25mT的條件下，磁導率為700013000，並且在f^OkHz，B=l.53mT的條件下，磁滯常數〈0.2X10—7mT。2、本發明的製備方法採用"幹法"生產工藝，具有過程簡單、能耗低、原材料適應性強的優點；通過工藝過程的嚴格控制，可以製造出高磁導率和低磁滯損耗的軟磁鐵氧體磁性材料。具體實施例方式下面通過實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明，但是本發明並不限於這些實施例。實施例11.配料按主配方以氧化物計的重量百分比進行配料，其中主配方為Fe203為62wtX;Mn304為20wt^;其餘為ZnO;然後採用振動球磨機混合15分鐘後得到紅色固體顆粒；2.預燒將上述得到的紅色固體顆粒放入空氣窯中進行預燒，充分固相反應後得到黑色粉末，其中預燒溫度為800°C,預燒升溫速率2。C/分鐘；預燒時間為180分鐘；3.砂磨、噴霧造粒將上述黑色粉末投入轉速為150轉/分鐘的砂磨機中磨40分鐘；砂磨過程中加入去離子水(相對於軟磁鐵氧體磁性材料成分的總量重量百分比)55wt%，分散劑0.1~0.5wt%，聚乙烯醇0.8-1.1wt%。並加入輔助成分CaO50ppm，Bi2O3600ppm，Nb2O5100ppm，Mo03200ppm，砂磨後顆粒粒徑控制在0.81.2pm，然後在溫度為150'C的條件下通過噴霧造粒機進行造粒，噴霧造粒後顆粒含水重量百分比控制為0.30.6%，'松裝密度為1.21.5g/cm3，安息角〈35。；4.成型、燒結取該粉末用5.5MPa壓製成EP型磁心坯料，長12.8mm，寬9mm，高6.5mm;然後將坯料在鐘罩爐中1300°C溫度下保溫10小時，燒結成鐵氧體磁心。用HP4284A儀器和ATS-1儀器測試其性能，性能如表1所示。實施例21.配料按主配方以氧化物計的重量百分比進行配料，其中主配方為Fe203為68.8wt%;Mn304為15.9wt%;其餘為ZnO;然後採用振動球磨機混合30分鐘後得到紅色固體顆粒；2.預燒將上述得到的紅色固體顆粒放入空氣窯中進行預燒，充分固相反應後得到黑色粉末，其中預燒溫度為90(TC，預燒升溫速率4。C/分鐘；預燒時間為100分鐘；3.砂磨、噴霧造粒將上述黑色粉末投入轉速為100轉/分鐘的砂磨機中磨70分鐘；砂磨過程中加入去離子水(相對於軟磁鐵氧體磁性材料成分的總量重量百分比)55wt%，分散劑0.10.5wt%，聚乙烯醇0.81.1wt%。並加入輔助成分CaO150ppm，Bi2O3400ppm，Nb2O5300ppm，Mo03100ppm，砂磨後顆粒粒徑控制在0.81.2um，然後在溫度為25(TC的條件下通過噴霧造粒機進行造粒，噴霧造粒後顆粒含水重量百分比控制為0.30.6%，松裝密度為1.21.5g/cm3,安息角〈35。；4.成型、燒結取該粉末用5.5MPa壓製成EP型磁心坯料，'長12.8mm，寬9mm，高6.5mm;然後將坯料在鐘罩爐中135(TC的溫度條件下保溫5小時，燒結成軟磁鐵氧體磁心。用HP4284A儀器和ATS-1儀器測試其性能，性能如表1所示<=實施例31.配料按主配方以氧化物計的重量百分比進行配料，其中主配方為Fe203為72.3wt%;Mn3(k為13.4wt%;其餘為ZnO;然後採用振動球磨機混合40分鐘後得到紅色固體顆粒；2.預燒將上述得到的紅色固體顆粒放入空氣窯中進行預燒，充分固相反應後得到黑色粉末，其中預燒溫度為95(TC，預燒升溫速率5TV分鐘；預燒時間為80分鐘；3.砂磨、噴霧造粒將上述黑色粉末投入轉速為60轉/分鐘的砂磨機中磨100分鐘；砂磨過程中加入去離子水(相對於軟磁鐵氧體磁性材料成分的總量重量百分比)55wt%，分散劑0.10.5wt%，聚乙烯醇0.81.1'wt%。並加入輔助成分CaO150ppm，Bi2O3400ppm，Nb2O5300ppm，Mo03100ppm，砂磨後顆粒粒徑控制在0.81.2"m，然後在溫度為350。C的條件下通過噴霧造粒機進行造粒，噴霧造粒後顆粒含水重量百分比控制為0.30.6%，松裝密度為1.21.5g/cm3，安息角〈35。；4.成型、燒結取該粉末用5.5MPa壓製成EP型磁心坯料，長12.8mm，寬9mm，高6.5mm;然後將坯料在鐘罩爐中1400。C的溫度條件下保溫2小時，燒結成軟磁鐵氧體磁心。用fflM284A儀器和ATS-l儀器測試其性能，性能如表1所示o比較例1是EPCOS公司的新T38;比較例2是臺灣越峰電子的A101;比較例3是TDK公司的DN70材料。表1:本發明和比較例的軟磁鐵氧體磁性材料的磁性能tableseeoriginaldocumentpage10從表1可以看出THD性能的高低與材料的磁滯常數riB成正比關係；因此本發明製備的軟磁鐵氧體磁性材料既具有高磁導率又具有低THD特性。本文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1.一種高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料，該軟磁鐵氧體磁性材料由主成分和輔助成分製成；其中所述的主成分及重量百分比以氧化物計算為Fe2O3為62～75wt％；Mn3O4為13～20wt％；其餘為ZnO；輔助成分及其含量為CaO50～300ppm，Bi2O3100～800ppm，Nb2O5100～600ppm，MoO350～400ppm中的一種或多種組合。2.根據權利要求1所述的高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料，其特徵在於所述的輔助成分及其含量為CaO:100200ppm，Bi203:200500ppm，Nb205:200400ppm，Mo03:100300ppm。3.根據權利要求1或2所述高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料，其特徵在於所述的軟磁鐵氧體磁性材料在f二10kHz，B〈0.25mT的條件下，磁導率為700013000，並且在f二10kHz，B=l.53mT的條件下，磁滯常數<0.2X10_6/mT。4、一種高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料的製備方法，該方法包括如下步驟(1)、配料、混合按主成分以氧化物計的重量百分比的含量進行配料;配料後採用振動球磨機混合1540分鐘後得到紅色固體顆粒；(2)、預燒將上述得到的紅色固體顆粒進行預燒，其中預燒溫度為800950°C，預燒時間為60180分鐘；(3)、砂磨、噴霧造粒、成型將上述預燒後的預燒料放入砂磨機進行砂磨，砂磨過程中加入去離子水、分散劑、聚乙烯醇和輔助成分，砂磨時間為40100分鐘；砂磨後的漿料通過噴霧造粒機進行造粒，然後壓製成型；(4)、燒結將上述成型後的磁心坯料放入鐘罩爐在溫度為13001400'C的條件下燒結210小時，燒結後降溫後即得到軟磁鐵氧體磁性材料。5、根據權利要求4所述的高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料的製備方法，其特徵在於步驟(2)中所述的預燒升溫速率為25TV分鐘，預燒時間為80120分鐘。6、根據權利要求4所述的高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料的製備方法，其特徵在於步驟(3)所述的砂磨機的轉速控制在60150轉/分鐘，砂磨後顆粒粒徑控制在0.81.2um。7、根據權利要求4或5所述的高磁導率、低THD軟磁鐵氧體磁性材料的製備方法，其特徵在於步驟(3)所述的噴霧造粒時的溫度為150350°C，噴霧造粒後顆粒含水重量百分比控制為0.30.6%，松裝密度為1.21.5g/cm3，安息角〈35°。全文摘要本發明涉及一種軟磁鐵氧體磁性材料及其製備方法，該軟磁鐵氧體磁性材料由主成分和輔助成分製成；其中所述的主成分及重量百分比以氧化物計算為Fe2O3為62～75wt％；Mn3O4為13～20wt％；其餘為ZnO；輔助成分及其含量為CaO50～300ppm，Bi2O3100～800ppm，Nb2O5100～600ppm，MoO350～400ppm中的一種或多種組合。本發明的軟磁鐵氧體磁性材料既具有高磁導率又具有低THD特性。文檔編號H01F1/36GK101183586SQ20071015601公開日2008年5月21日申請日期2007年10月8日優先權日2007年10月8日發明者包大新,楊正忠,栩王,王朝明申請人:橫店集團東磁股份有限公司