一種不含Ni的兼具雙重特性的MnZn鐵氧體磁心及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種不含Ni的兼具高溫高Bs和寬溫低損耗雙重特性的MnZn功率鐵氧體磁心及其制造方法，所述鐵氧體磁心包括主成份和輔助成分，所述主料為以Fe2O3計(jì)53mol％－54mol％的氧化鐵、以MnO計(jì)39mol％－42mol％的氧化錳、以ZnO計(jì)4mol％－7mol％的氧化鋅；以及所述輔助成分包括以Co2O3或CoO或Co3O4作為第一輔助成分，以SiO2、CaCO3作為第二輔助成分，選自MoO3、TiO2、SnO2、Nb2O5、V2O5、Sm2O3、ZrO2中任一種或幾種作為第三輔助成分。本發(fā)明提供的兼具雙重特性的MnZn功率鐵氧體磁心從25℃－120℃的單位體積損耗Pcv（100kHz，200mT）都小于350kW/m3，在90℃附近最低損耗低于300kW/m3，而且在100℃時(shí)還具有高達(dá)450mT的飽和磁通密度。
【專利說明】—種不含Ni的兼具雙重特性的MnZn鐵氧體磁心及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種MnZn軟磁鐵氧體材料及制造方法，特別涉及一種不含Ni的兼具高溫高Bs和寬溫低損耗雙重特性的MnZn軟磁鐵氧體磁心及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]軟磁鐵氧體是品種最多、應(yīng)用最廣、用量最大的一種磁性材料，是電子信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)功能材料。在軟磁鐵氧體生產(chǎn)和使用中占主導(dǎo)地位的是MnZn鐵氧體，MnZn鐵氧體的產(chǎn)量約占軟磁鐵氧體總產(chǎn)量的70%，是目前軟磁材料中最受關(guān)注和最為活躍的領(lǐng)域。近年來(lái)，MnZn鐵氧體材料的發(fā)展由單一性能的縱深提高轉(zhuǎn)向多項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)提高的橫向拓展。比如功率鐵氧體材料，除了進(jìn)一步降低材料的損耗外，還要求在更寬溫度范圍內(nèi)降低損耗，或者更寬頻率下降低損耗，或者更高的飽和磁通密度等。
[0003]已有多項(xiàng)技術(shù)可以橫向拓展MnZn鐵氧體的性能，但大多僅是少數(shù)幾種性能的橫向拓展。
[0004]如CN1287985A公開的方法中，通過添加副成分的氧化鈷，使磁性鐵氧體材料在20~100°C的溫度區(qū)域內(nèi)的功率損耗的最小值在400kW/m3以下，而且在20~100°C的溫度區(qū)域的功率損耗的最大值與最小值之差在150kW/m3以下。實(shí)現(xiàn)了低損耗在寬溫范圍的橫向拓展，但并未實(shí)現(xiàn)兼具高Bs的性能。
[0005]又如CN1404076A公開的技術(shù)方案中，通過大量添加高達(dá)3~6mol%的NiO，使磁心在100°C的飽和磁通密度高達(dá)450mT以上，但低損耗特性犧牲太多，100kHz、200mT、100°C條件下的損耗高達(dá)550~900kW/m3。
[0006]再如CN1649039A 公開的技術(shù)方案中，通過制備特定比表面積的成形用粉末，達(dá)到了降低功率損耗的目的，但也僅僅實(shí)現(xiàn)了低損耗與高Bs，其常溫?fù)p耗高達(dá)600kW/m3以上，并未實(shí)現(xiàn)寬溫低損耗的性能。
[0007]本發(fā)明人的已公開發(fā)明專利CN102682946A是目前唯一兼顧了高溫高Bs和寬溫低損耗雙重特性的技術(shù)方案，但其中需添加第二輔助成分Ni的氧化物，Ni屬于貴金屬，價(jià)格相當(dāng)昂貴，鐵氧體材料的生產(chǎn)成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種新型的兼具高溫高Bs和寬溫低損耗雙重特性的MnZn鐵氧體磁心材料。
[0009]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供上述材料的制造方法。
[0010]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種MnZn鐵氧體磁心，由主料和輔料組成，主料的組成為以Fe2O3計(jì)53mol % 一54mol %的氧化鐵、以MnO計(jì)39mol % 一 42mol %的氧化猛、以ZnO計(jì)4mol % 一 7mol %的氧化鋅，三者之和計(jì)為100 mol% ;輔料包括第一輔料、第二輔料和第三輔料，其中，第一輔料為Co的氧化物，其在鐵氧體磁心中的含量為1000~4500ppm ;第二輔料為添加量為30~300ppm 的 SiO2 和添加量為 50 ~900 ppm 的 CaCO3 ;第三輔料選自 Mo03、Ti02、SnO2、Nb2O5、V205、Sm2O3、ZrO2,其添加量為 O ~1500 ppm。
[0011]優(yōu)選的，第一輔料為添加量為1500~4500 ppm的Co2O3UOOO~4000 ppm的CoO或 1000 ~4500 ppm 的 Co3O4。
[0012]上述MnZn鐵氧體磁心的制造方法,包括如下步驟:
1)根據(jù)MnZn鐵氧體磁心的組成，稱取主料，或主料與第一輔料，加水?dāng)嚢?，研磨混勻，噴霧干燥得到粉料，將所得粉料以200~300°C /h的升溫速度升溫至800°C~1000°C，保溫I~3小時(shí)，降溫出爐得預(yù)燒料；
2)將預(yù)燒料、尚未添加及未完全添加的輔料、水、分散劑、消泡劑混勻，二次研磨至粉料粒徑為D50=0.8~1.2 μ m、D90 < 2.5 μ m,加入有機(jī)粘合劑，混勻，噴霧干燥得到60目~200目的顆粒料；
3)將顆粒料與有機(jī)粘合劑的水溶液進(jìn)行混料，控制顆粒料的含水率為0.2~0.4%，壓制成生坯；
4)將生坯燒結(jié)、降溫出爐，磨削，得到MnZn鐵氧體磁心。
[0013]優(yōu)選的，生坯的燒結(jié)保溫溫度為1300°C~1360°C，生坯的燒結(jié)保溫時(shí)間為5~10h。
[0014]優(yōu)選的，生坯燒結(jié)時(shí)采用二次還原燒結(jié)法，燒結(jié)和降溫過程保持平衡氧分壓，進(jìn)一步的，平衡氧分壓的計(jì)算公式為lg(P(O2))=a-b/T，其中，a取值4~15，b取值10000~19000，T為保溫溫度的絕對(duì)`溫度值，O ( P(O2) ( 21%。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明的MnZn鐵氧體磁心材料，克服常規(guī)MnZn功率鐵氧體材料無(wú)法兼顧多重特性的不足，兼具高溫高Bs和寬溫低損耗雙重特性，此磁心從25°C~120°C的單位體積損耗Pcv(IOOkHz，200mT)都小于350kW/m3，在90°C附近最低損耗低于300kW/m3，而且在100°C時(shí)還具有高達(dá)450mT的飽和磁通密度。此磁心相對(duì)于常規(guī)功率鐵氧體磁心，兼具高溫高Bs和寬溫低損耗的雙重特性，是現(xiàn)有鐵氧體磁心中最全能的一種，產(chǎn)品性能優(yōu)于進(jìn)口知名產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。
[0016]本發(fā)明的MnZn鐵氧體磁心材料，不含貴金屬Ni，可以顯著降低生產(chǎn)原材料成本。
[0017]本發(fā)明所述第一輔料的作用在于與Fe2+離子聯(lián)合補(bǔ)償常規(guī)錳鋅鐵氧體的磁晶各向常數(shù)K1,實(shí)現(xiàn)K1值在較寬的溫度范圍內(nèi)趨近于0，從而實(shí)現(xiàn)寬溫低損耗的性能。第一輔料添加量低于本發(fā)明的限定范圍時(shí)，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的性能指標(biāo)，特別是60°c以下和100°C以上的損耗會(huì)顯著增大；第一輔料添加量超過本發(fā)明的限定范圍時(shí)，將使損耗一溫度曲線過于平坦，而導(dǎo)致整體損耗水平增大，在90°C附近的損耗無(wú)法達(dá)到低于300kW/m3的水平。
[0018]本發(fā)明通過控制主配方和第一輔料的添加范圍，實(shí)現(xiàn)了 MnZn鐵氧體磁心兼具高Bs和寬溫低損耗的雙重特性。
[0019]本發(fā)明所述第二、第三輔料的作用在于降低磁心的功率損耗、提高燒結(jié)密度。
【專利附圖】

【附圖說明】[0020]圖1為不同磁心材料的損耗溫度曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]—種MnZn鐵氧體磁心，由主料和輔料組成，主料的組成為以Fe2O3計(jì)53mol % 一54mol %的氧化鐵、以MnO計(jì)39mol % 一 42mol %的氧化猛、以ZnO計(jì)4mol % 一 7mol %的氧化鋅，三者之和計(jì)為100 mol% ;輔料包括第一輔料、第二輔料和第三輔料，其中，第一輔料為Co的氧化物，其在鐵氧體磁心中的含量為1000~4500ppm ;第二輔料為添加量為30~300ppm 的 SiO2 和添加量為 50 ~900 ppm 的 CaCO3 ;第三輔料選自 Mo03、Ti02、SnO2、Nb2O5、V205、Sm2O3、ZrO2,其添加量為 O ~1500 ppm。
[0022]優(yōu)選的，第一輔料為添加量為1500~4500 ppm的Co203、1000~4000 ppm的CoO或 1000 ~4500 ppm 的 Co3O4。
[0023]上述MnZn鐵氧體磁心的制造方法，包括如下步驟:
1)根據(jù)MnZn鐵氧體磁心的組成，稱取主料，或主料與第一輔料，加水?dāng)嚢?，研磨混勻，噴霧干燥得到粉料，將所得粉料以200~300°C /h的升溫速度升溫至800°C~1000°C，保溫I~3小時(shí)，降溫出爐得預(yù)燒料；
2)將預(yù)燒料、尚未添加及未完全添加的輔料、水、分散劑、消泡劑混勻，二次研磨至粉料粒徑為D50=0.8~1.2 μ m、D90 < 2.5 μ m,加入有機(jī)粘合劑，混勻，噴霧干燥得到60目~200目的顆粒料；`
3)將顆粒料與有機(jī)粘合劑的水溶液進(jìn)行混料，控制顆粒料的含水率為0.2~0.4%，壓制成生坯；
4)將生坯燒結(jié)、降溫出爐，磨削，得到MnZn鐵氧體磁心。
[0024]優(yōu)選的，生坯的燒結(jié)保溫溫度為1300°C~1360°C，生坯的燒結(jié)保溫時(shí)間為5~10h。
[0025]優(yōu)選的，生坯燒結(jié)時(shí)采用二次還原燒結(jié)法，燒結(jié)和降溫過程保持平衡氧分壓，進(jìn)一步的，平衡氧分壓的計(jì)算公式為lg(P(O2))=a-b/T，其中，a取值4~15，b取值10000~19000，T為保溫溫度的絕對(duì)溫度值，O ( P(O2) ( 21%。
[0026]下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0027]例1-9
1)采用市售的Fe203、Mn3O4,ZnO作為主料，按照表1所示的量將Fe203、MnO (原料為Mn3O4), ZnO以及基于主料2500ppm的Co2O3置于砂磨機(jī)中，向前述稱取的粉料中加入所述粉料總重量的90wt%的水，攪拌并研磨混合均勻；噴霧干燥后以250°C /h的速度升溫至900°C下預(yù)燒2h ；
2)基于預(yù)燒后的粉料的總重量，加入添加物:1500ppm的Co203、80ppm的Si02、500ppm的CaC03、200ppm的Mo03、600ppm的TiO2以及67wt %的去離子水、1.0wt %的分散劑、
0.8wt%的消泡劑一起進(jìn)行二次研磨，研磨至粉料粒徑為D50=0.92 μ m、D90 < 2.3 μ m ;
3)基于球磨后的粉料的總重量，向該粉料中添加7.5?七％的聚乙烯醇溶液，混合均勻造粒，采用30噸干粉壓機(jī)將顆粒料壓制成生坯樣品；
4)最后在在1320°C的燒結(jié)溫度下燒結(jié)，并在燒結(jié)溫度下保溫9小時(shí)，在平衡氣氛下冷卻至180°C出爐，保溫段氧分壓根據(jù)主配方二峰溫度的不同適應(yīng)調(diào)整，具體見表1中，降溫過程采用平衡氧分壓。
[0028]二峰溫度的計(jì)算可參考現(xiàn)有技術(shù)CN102219486 A中記載的進(jìn)行。即根據(jù)二峰計(jì)算公式計(jì)算出不同主配方的二峰溫度位置，二峰溫度相對(duì)高的方案適當(dāng)降低保溫段氧分壓，二峰溫度相對(duì)較低的方案則需適當(dāng)提高保溫段氧分壓，氧分壓調(diào)整的幅度需要根據(jù)窯爐實(shí)際情況設(shè)定。
[0029]采用HP4294A 阻抗分析儀(Agilent Technology 4294A)和專用夾具(AgilentTechnology 16047E)測(cè)量樣品磁環(huán)IOkHz弱場(chǎng)下的常溫電感L,計(jì)算出材料的起始磁導(dǎo)率；用SY-8258型B-H測(cè)試儀在50Hz、1200A/m、100°C下測(cè)試樣品磁環(huán)的Bs ;用Model 2335Watt Meter測(cè)試樣品磁環(huán)在100kHz、200mT、不同溫度條件下的功率損耗,結(jié)果列入表1中。
[0030]表1
【權(quán)利要求】
1.一種不含Ni的兼具雙重特性的MnZn鐵氧體磁心，由主料和輔料組成，主料的組成為以Fe2O3計(jì)53mol % — 54mol %的氧化鐵、以MnO計(jì)39mol % — 42mol %的氧化猛、以ZnO計(jì)4mol% — 7mol%的氧化鋅，三者之和計(jì)為100 mol% ;輔料由第一輔料、第二輔料和第三輔料組成，其中，第一輔料為Co的氧化物，其在鐵氧體磁心中的含量為1000~4500ppm ;第二輔料為添加量為30~300 ppm的SiO2和添加量為50~900 ppm的CaCO3 ;第三輔料選自 Mo03、Ti02、Sn02、Nb205、V205、Sm203、ZrO2,其添加量為 0 ~1500 ppm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MnZn鐵氧體磁心，其特征在于:第一輔料為添加量為1500~4500 ppm 的 Co203、1000 ~4000 ppm 的 CoO 或 1000 ~4500 ppm 的 Co304。
3.權(quán)利要求1~2任意一項(xiàng)所述MnZn鐵氧體磁心的制造方法,包括如下步驟: 1)根據(jù)MnZn鐵氧體磁心的組成，稱取主料，或主料與第一輔料，加水?dāng)嚢?，研磨混勻，噴霧干燥得到粉料，將所得粉料以200~300°C /h的升溫速度升溫至800°C~1000°C，保溫I~3小時(shí)，降溫出爐得預(yù)燒料； 2)將預(yù)燒料、尚未添加及未完全添加的輔料、水、分散劑、消泡劑混勻，二次研磨至粉料粒徑為D50=0.8~1.2 μ m、D90 < 2.5 μ m,加入有機(jī)粘合劑，混勻，噴霧干燥得到60目~200目的顆粒料； 3)將顆粒料與有機(jī)粘合劑的水溶液進(jìn)行混料，控制顆粒料的含水率為0.2~0.4%，壓制成生坯； 4)將生坯燒結(jié)保溫、降溫出爐，磨削，得到MnZn鐵氧體磁心。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:生坯的燒結(jié)溫度為1300°C~1360°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于:生坯的燒結(jié)保溫時(shí)間為5~10h。`
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:保溫及降溫過程中爐內(nèi)平衡氧分壓控制依據(jù)為公式1區(qū)(卩(02))=&-13/1'，其中，&取值4~15，13取值10000~19000，T為保溫溫度的絕對(duì)溫度值，O ( P(O2) ( 21%。
【文檔編號(hào)】C04B35/38GK103496963SQ201310405135
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】黃愛萍, 譚福清, 豆小明, 汪南東 申請(qǐng)人:江門安磁電子有限公司