用於節能燈和電子鎮流器的MnZn鐵氧體材料及磁芯的製作方法

2023-07-28 10:30:56 1

專利名稱：：用於節能燈和電子鎮流器的MnZn鐵氧體材料及磁芯的製作方法
技術領域：
：本發明涉及電子材料
技術領域：
，更具體涉及用於節能燈和電子鎮流器及其相關領域的鐵氧體磁性材料。
背景技術：
：在日常照明中，經常用到白熾燈和電感式鎮流器日光燈。但這兩種照明有其缺點白熾燈主要靠加熱鎢絲來發光，電能的％%用來產生不需要的熱量，只有10%的能量轉化為了需要的光能，獲得單位光通量的能耗高；對於電感式鎮流器日光燈，電感式鎮流器耗費大量的銅材、體積大且笨重、還會產生人耳可聞的噪聲，電能的近1/4被電感式鎮流器所消耗，電能的發光效率低下。基於傳統照明工具的以上缺點，一體化節能燈和電子鎮流器取代白熾燈、電感式鎮流器便成為綠色照明技術興起的代表。一體化節能燈的發光效率是白熾燈的近5倍，電子鎮流器的重量、耗銅量明顯減小，能耗也不到電感式鎮流器的1/10。無論是一體化節能燈、還是電子鎮流器，都需要把工頻的市電通過專門的電路轉化為高頻電流。在轉化電路中都需要用到脈衝變壓器，用脈衝變壓器來控制功率開關管的輪流導通與關閉。而脈衝變壓器必須用到磁芯，該磁芯所選用的軟磁功耗鐵氧體材料應達到以下的性能要求(1)適合於節能燈應用的飽和磁通密度。在節能照明領域中，將直流電轉化為高頻電流是通過開關管輪流關閉與導通"切割"直流電來實現的。若磁心的飽和磁通密度過高，將可能導致脈衝變壓器的欠飽和現象發生，引起開關管不能及時關閉與導通，使燈工作電流增大、開關管發熱增大，嚴重時引起"燒機"等一系列不良情況出現；若磁心的飽和磁通密度過低，則脈衝變壓器會很快地飽和，會引起開關管工作頻率變快，與其它電子元件失配等一系列非正常現象。(2)居裡溫度高。在一體化節能燈或各種電子鎮流器中，一些元件在工作過程中會發出熱量，使得脈衝變壓器附近的溫度升高。一般可達80~120°C，局部熱點甚至可達12(TC以上。考慮到磁性材料的n-T曲線在居裡溫度附近有突變現象，一般節能照明中要求磁芯器件的居裡溫度不小於140°C，甚至不小於180°C。(3)功率損耗低。磁芯器件的功率損耗越低，發熱量越小，可靠性越高，越節能，這也是優質磁材的重要特點。(4)電感量溫度曲線與開關管相匹配。若磁芯的磁導率是一個較大的正溫度係數，也就是說，隨著溫度的上升，磁導率變大。這樣的話，與開關管的正溫度特性相疊加，會使燈的工作電流變得更大，燈功率更高，又會使工作環境溫度更高一些，這是一個惡性循環。倘若脈衝變壓器中的磁芯是小的正溫度係數或負溫度係數，則會使燈工作電流隨溫度上升的不利情況緩解或補償修正。當前節能燈和電子鎮流器所用磁芯，一般選用普通的軟磁功耗鐵氧體材料或居裡溫度相對較高的高^材料來製成，由於這些材料沒有為節能燈或電子鎮流器進行專門的設計優化，很難同時達到上述性能要求。如在專利申請CN02138280.8中提出一種主要配方經優化的MnZn鐵氧體，其主要成份為5255mol%Fe203;3638mol。/o的MnO;712mol%的ZnO，並採用納米級氧化物作為添加劑。該發明獲得較低的功率損耗260KW/m"10(TC，100kHz，200mT)以及較高的飽和磁通密度425mT(100°C),此發明要添加納米級的超細氧化物作為添加劑，會在一定程度上增加材料成本；另外，其IO(TC時的飽和磁通密度偏高，在一體化節能燈或電子鎮流器中，Bs並非越高越好，若與電路不相匹配，將會帶來脈衝驅動變壓器磁芯"欠飽和"現象的發生，不能正常驅動開關管的及時關閉或導通。在專利申請CN200510033614.0中提出在主配方Mn,9Zno.3oFe2.(m04中添加適量的V205、CoO、81203等添加劑，製備出低損耗的MnZn軟磁鐵氧體材料，其居裡溫度約為20(TC左右，飽和磁通密度高達500mT，但其也存在飽和磁通密度偏高的問題，並不是很適合用作節能照明領域的材料。
發明內容本發明針對以上問題，採用優選的配方和合適的添加劑，設計一種適合於一體化節能燈和電子鎮流器及其相關領域應用的MnZn軟磁鐵氧體材料。為實現上述發明目的，本發明採取以下技術方案採用相應的氧化物原料製備一種MnZn系軟磁鐵氧體材料，主晶相為尖晶石相，其主要成分配方為Fe203:49~53mol%MnO:34~40mol%其餘量為ZnO。添加的輔助成份有第一副組分CaC03，添加量50-800ppm第二副組分含有Si02、W03中的一種或兩種，添加總量為50-400ppm第三副組分含有Sn02、Ti02、Nb205、V205、CoO中的至少一種，添加總量為310-6200ppm。上述MnZn軟磁鐵氧體材料配方中，Fe203可優選為50~52.7mol%，MnO優選為37.6~40mol%;上述主要成份中的添加劑可以優選為第一副組分CaC03，添加量300-600ppm(以CaC03計)第二副組分含有Si02、W03中的一種或兩種，添加總量為80-200ppm第三副組分含有Sn02、Ti02、Nb205、V205、CoO中的至少一種，添加總量2000-4500ppmo本發明提供一種MnZn軟磁鐵氧體磁芯，它專門針對節能照明和鎮流器領域應用做了優化，具有如下的性能(1)適合於節能燈和鎮流器應用的飽和磁通密度。在lkHz，550A/m的條件下測試，飽和磁通密度在25'C時為400土20mT;IOO'C時為320±20mT。(2)居裡溫度不小於22(TC。一般節能照明中要求磁芯器件的居裡溫度不小於140°C，要求高一些的為180°C，本發明所製備的材料及磁芯的居裡溫度可達22(TC以上。(3)功率損耗低。在25kHz、200mT測試條件下，在IO(TC時功率損耗不大於90kW/m3;在120'C時不大於85kW/m3(如圖1所示)。(4)與開關管相匹配的電感量溫度曲線。如圖2所示，在50'C-12(TC範圍內，脈衝變壓器的磁芯是負溫度係數。本發明提供一種適合於節能燈和電子鎮流器及其相關領域應用的MnZn軟磁鐵氧體磁芯，該磁芯採用所述MnZn鐵氧體材料製成，一般為環狀但不僅限於環狀，如為棒型、E型、U型等。該磁芯可用於但不僅限於一體化節能燈和電子鎮壓流器，還可用於如扼流圈、電子變壓器、功率電感等相關領域。本發明與現有技術相比，具有以下有益效果所有的原料都採用普通的氧化物，生產成本較低，有利於批量生產。因為對MnZn鐵氧體材料配方作料優化，如控制Mn/Zn摩爾比合適的範圍(2.0-5.0)，使變壓器磁芯工作在5(TC-12(TC溫度下具有合適的磁通密度和更低的損耗。CaC03、Si02、W03、Sn02、Ti02、Nb205、V205、CoO等氧化物的加入改變了材料的微觀結構，減小了晶粒的大小，提高了電阻率，減小鐵氧體磁芯的渦流損耗。摻入高價元素，可使F^+量增加，最低損耗點向低溫方向移動；摻入低價元素，可使F^+量增加，最低損耗點向低溫方向移動。因此，本發明可以通過摻入添加劑的選擇，方便地調節功率損耗的最低溫度。本發明的MnZri鐵氧體材料適用於一體化節能燈和電子鎮流器等應用領域，可用於驅動開關管輪流導通與關閉。圖1功率損耗與溫度的關係圖圖2磁導率與溫度的關係圖以下的實施例是以舉例來說明本發明實施方式，因此，不應該構成對本發明範圍的限制。具體實施方式實施例1按配方Fe203:Mn0:ZnO51.2:39.5:9.3mol%，稱取三種原料投入攪拌罐中，並加入10wte/。的分散劑和45wt。/。的去離子水，攪拌混勻30分鐘，抽至球磨機中，加入10wt。/。配料重量的濃度為9n/。的PVA溶液，研磨3小時後，進行噴霧乾燥。將乾燥好的紅色粉料在700100(TC的溫度下預燒1小時，得到預燒料。稱取預燒料加入球磨機中，按重量比分別加入100ppm、500ppm、600ppm、2000ppm的Si02、CaC03、V205、1102輔助小料，並加入10wt。/o配料重量的濃度為9n/。PVA溶液，球磨5小時，噴霧造粒，得到顆粒料。用壓機將顆粒料料壓制外徑為29.6mm，內徑為17.8mm，厚度為8.9mm的環形生坯。將環形生坯置於1340'C的溫度下保溫燒結4小時，得到環形磁芯。在25'C和100kHz條件下測定各種磁環的功率損耗；在lkHz和550A/m條件下測試各種磁環的飽和磁通密度；並測試各種磁環的居裡溫度Te。其測試結果列於表l。從表l.可以看出，所製備的各種磁環具有較高的居裡溫度(TC=226°C)、適中的飽和磁通密度(25°C，Bs=405;100°C，Bs=326)、較低的功率損耗(25°C，Pcv=161;120°C，Pcv=79)，並且該磁芯的磁導率在25。C-12(TC為負溫度係數，可應用于于一體化節能等和電子鎮流器等應用領域。實施例2按配方Fe203:MnO:ZnO=51.0:39.6:9.4mol%，稱取三種原料投入攪拌罐中，並加入10wt。/。的分散劑和45wtn/。的去離子水，攪拌混勻30分鐘，抽至球磨機中，加入10wt。/。配料重量的濃度為9%PVA溶液，研磨3小時後，進行噴霧乾燥。將乾燥好的紅色粉料在700100(TC的溫度下預燒1.5小時，得到預燒料。稱取預燒料加入球磨機中，按重量比分別加入lOOppm、600ppm、3000ppm、800ppm的SiO2、CaC03、Sn02、>^205輔助小料，並加入10wt%配料重量的濃度為9Q/。PVA溶液，球磨5小時，噴霧造粒，得到顆粒料。用壓機將顆粒料壓制外徑為29.6mm，內徑為17.8mm，厚度為8.9mm的環形生坯。將環形生坯置於134(TC的溫度下保溫燒結4小時，得到環形磁芯。將磁芯測試各項電磁性能列於附表1中。從表1可以看出，可以得出類似於實施例1的結論。實施例3按配方Fe203:MnO:Zn052.5:38.6:8.9mol%,稱取三種原料投入攪拌罐中，並加入10wt。/。的分散劑和45wt。/。的去離子水，攪拌混勻30分鐘，抽至球磨機中，加入10wt。/。配料重量的濃度為9n/。PVA溶液，研磨3小時後，進行噴霧乾燥。將乾燥好的紅色粉料在7001000。C的溫度下預燒1.5小時，得到預燒料。稱取預燒料加入球磨機中，按重量比分別加入80ppm、600ppm、3000ppm的Si02、CaC03、CoO輔助小料，並加入10wt。/。配料重量的濃度為9y。PVA溶液，球磨5小時，噴霧造粒，得到顆粒料。用壓機將顆粒料壓制外徑為29.6mm，內徑為17.8mm，厚度為8.9mm的環形生坯。將環形生坯置於1340。C的溫度下保溫燒結4小時，得到環形磁芯。將磁芯測試各項電磁性能列於附表1。從表1可以看出，可以得出類似於實施例1的結論。實施例4按配方Fe203:MnO:Zn052.7:37.6:9.7mol°/。，稱取三種原料投入攪拌罐中，並加入10wtM的分散劑和45wtW的去離子水，攪拌混勻30分鐘，抽至球磨機中，加入10wtn/。配料重量的濃度為9%PVA溶液，研磨3小時後，進行噴霧乾燥。將乾燥好的紅色粉料在70010001:的溫度下預燒1.5小時，得到預燒料。稱取預燒料加入球磨機中，按重量比分別加入80ppm、600ppm、3000ppm的WO3、CaC03、CoO輔助小料，並加入10wt。/。配料重量的濃度為9n/。PVA溶液，球磨5小時，噴霧造粒，得到顆粒料。用壓機將顆粒料壓制外徑為29.6mm,內徑為17.8mm，厚度為8.9mm的環形生坯。將環形生坯置於1340。C的溫度下保溫燒結4小時，得到環形磁芯。將磁芯測試各項電磁性能列於附表1。從表1可以看出，可以得出類似於實施例1的結論。實施例5按配方Fe203:MnO:Zn052.7:37.6:9.7mol%，稱取三種原料投入攪拌罐中，並加入10wt。/。的分散劑和45wt。/。的去離子水，攪拌混勻30分鐘，抽至球磨機中，加入10wt。/。配料重量的濃度為9%PVA溶液，研磨3小時後，進行噴霧乾燥。將乾燥好的紅色粉料在700100(TC的溫度下預燒1.5小時，得到預燒料。稱取預燒料加入球磨機中，按重量比分別加入120ppm、600ppm、700ppm、2000ppm的Si02、CaC03、Nb205、CoO輔助小料，並加入10wt%配料重量的濃度為9n/。PVA溶液，球磨5小時，噴霧造粒，得到顆粒料。用壓機將顆粒料壓制外徑為29.6mm,內徑為17.8mm，厚度為8.9mm的環形生坯。將環形生坯置於1340。C的溫度下保溫燒結4小時，得到環形磁芯。將磁芯測試各項電磁性能列於附表1。從表1可以看出，可以得出類似於實施例1的結論。tableseeoriginaldocumentpage9權利要求1.一種MnZn系軟磁鐵氧體材料，其主成分為49～53mol％的Fe2O3和34～40mol％的MnO，其餘量為ZnO；在主成分中添加以重量計50-800ppm第一副組分CaCO3、以重量計50-400ppm第二副組分SiO2、WO3中的一種或兩種、以重量計310-6200ppm第三副組分SnO2、TiO2、Nb2O5、V2O5、CoO中的至少一種。2.根據權利要求1所述的MnZn軟磁鐵氧體材料，其中，所述主成分Fe2Cb含量為51~52.7mol°/。，MnO含量為37.6~40mol%。3.根據權利要求l所述的MnZn軟磁鐵氧體材料，其中，在主成分中添加以重量計300-600ppm第一副組分CaC03、以重量計80-200ppm第二副組分SiOs、W03中的一種或兩種、以重量計2000-4500pj3m第三副組分SnO2、Ti02、Nb205、V205、CoO中的至少一種。4.根據權利要求1-3中任一項的MnZn軟磁鐵氧體材料，其中，其性能為在lkHz，550A/m的條件下測試，25。C時飽和磁通密度為400士20mT,100°C時為320士20mT;居裡溫度不小於220°C;在25kHz、200mT測試條件下，100°C時功率損耗低不大於卯kW/m3,120。C時不大於85kW/m3。5.—種MnZn軟磁鐵氧體磁芯，其中，所述磁芯採用如權利要求1-4所述的MnZn軟磁鐵氧體材料製成，磁芯為環狀、棒型、E型或U型。6.—種節能燈或者電子鎮流器，其中，包含有權利要求5所述的MnZn軟磁鐵氧體磁芯。全文摘要本發明涉及一種用於一體化節能燈和電子鎮流器的MnZn軟磁鐵氧體材料及磁芯，該軟磁鐵氧體材料主要成分為49～53mol％的Fe2O3和34～40mol％的MnO，其餘為ZnO。在主成分中添加第一副組分CaCO3、第二副組分SiO2、WO3中的一種或者兩種、第三副組分SnO2、TiO2、Nb2O5、V2O5、CoO中的一種但不僅限於一種。該MnZn軟磁鐵氧體磁芯可用於但不僅限於一體化節能燈、電子鎮壓流器等領域。文檔編號H01F1/12GK101183584SQ20061014705公開日2008年5月21日申請日期2006年11月13日優先權日2006年11月13日發明者劉關生,鋒周,宏王,王京平,竇海之,胡春元,蔣勝勇,賴永學,黃華清申請人:廣東肇慶微碩電子有限公司;廣東風華高新科技股份有限公司