本發(fā)明涉及鐵氧體材料，尤其涉及一種錳鋅功率鐵氧體材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、近些年中，隨著人們環(huán)保意識的提高，電動汽車產(chǎn)業(yè)也將迎來很好的發(fā)展契機(jī)。電動汽車(ev)、混合動力汽車(hev)和燃料電池電動汽車(fcev)上用的dc-dc轉(zhuǎn)化器，因其使用狀態(tài)的特殊性急需一種在超寬溫度范圍內(nèi)均具有較低損耗的錳鋅鐵氧體材料，這主要是因為汽車在行駛的過程中，速度是一直在變化的，導(dǎo)致負(fù)載輸出功率也隨時都在變化，再加上由于地域環(huán)境、季節(jié)的不同，汽車所工作的環(huán)境溫度跨度也很大，因此開關(guān)電源的溫度會在一個很大的溫度范圍內(nèi)時刻變化著。

2、cn102693807a公開了一種超寬溫低損耗高磁通密度mnzn功率鐵氧體及其制備方法，所述的鐵氧體磁性材料主成分包括：fe2o3：52～53mol％，zno：10～12mol％，mno：36～37mol％，添加劑包括：caco3：0.01～0.07wt％，sno2：0.01～0.2wt％，nb2o5：0.01～0.04wt％，zro2：0.01～0.04wt％，co2o3：0.2～0.55wt％，v2o5：0.01～0.05wt％。在100khz、200mt條件下的損耗pcv為：25℃功耗＜390kw/m3，120℃功耗＜330kw/m3，140℃功耗＜400kw/m3，其僅公開了140℃以下的功耗，并未涉及140℃以上的功耗，且其高溫?fù)p耗明顯偏高。

3、cn102693803a公開了一種寬溫低損耗mnzn功率鐵氧體及其制備方法，以氧化物計算為：fe2o3：51～54mol％、mno：35～38mol％、zno：9～13mol％；按主成分總重量計的輔助成分為：caco3：0.03～0.1wt％、sno2：0.02～0.1wt％、nb2o5：0.01～0.04wt％、zro2：0.01～0.05wt％、co2o3：0.1～0.5wt％，在25℃～120℃之間，100khz、200mt條件下，25℃功耗≤350mw/cm3，120℃功耗≤350mw/cm3，其僅公開了120℃以下的功耗，并未涉及120℃以上的功耗，且其高溫?fù)p耗依舊明顯偏高。

4、因此，如何提供一種25～160℃超寬溫度范圍內(nèi)整體損耗偏低，尤其在160℃的高溫條件下，依舊具有低損耗的錳鋅鐵氧體材料，已成為目前亟待解決的問題，用來滿足復(fù)雜情況下開關(guān)電源的使用具有十分重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種錳鋅功率鐵氧體材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明通過各添加劑之間的配合及含量的調(diào)控，并結(jié)合主成分的原料配比，進(jìn)而調(diào)控錳鋅功率鐵氧體材料的組分，并結(jié)合添加劑分步混合燒結(jié)工藝，使得所述錳鋅功率鐵氧體材料在25～160℃超寬溫度范圍內(nèi)整體損耗偏低，即，在100khz、200mt條件下25℃功耗≤360kw/m3，100℃功耗≤310kw/m3，160℃功耗≤360kw/m3。

2、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種錳鋅功率鐵氧體材料，所述錳鋅功率鐵氧體材料包括主成分和添加劑，所述主成分包括fe2o3、zno和mno，所述添加劑由sno2、caco3、zro2和co2o3組成。

4、本發(fā)明中，通過sno2、caco3、zro2和co2o3這四種添加劑的聯(lián)合添加，共同使得錳鋅功率鐵氧體材料具有寬溫低損耗的特性，尤其在160℃的高溫條件下，依舊具有低損耗。

5、其中，通過caco3和zro2的聯(lián)合添加，作用于晶界處，在晶界處形成高電阻層來提高晶界電阻率，從而降低渦流損耗，更有益于改善材料的高溫?fù)p耗；另外，caco3和zro2的添加，也可以提高晶粒的均勻性，減少氣孔的生成，進(jìn)而使得渦流損耗和磁滯損耗均降低；通過sno2和co2o3的聯(lián)合添加，作用于晶粒內(nèi)部，sn4+與一部分fe2+形成sn4+-fe2+離子對，抑制fe2+與fe3+之間的電子躍遷，提高晶粒內(nèi)部的電阻率，降低渦流損耗；而co2o3與fe2+進(jìn)行協(xié)同作用，由于co2o3具有正的k1(磁晶各向異性常數(shù))，對錳鋅功率鐵氧體材料負(fù)的k1值進(jìn)行補(bǔ)償，磁晶各向異性常數(shù)趨向于0，進(jìn)而降低磁滯損耗。

6、本發(fā)明通過上述添加劑的組合，在晶界和晶粒內(nèi)部同時發(fā)揮作用，再結(jié)合主成分的原料配比，共同達(dá)到25～160℃超寬溫度范圍內(nèi)整體損耗偏低，尤其在160℃的高溫條件下，依舊具有低損耗的效果。

7、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，以所述主成分的質(zhì)量為100％計，所述fe2o3質(zhì)量為69.50～69.68wt％，例如69.50wt％、69.52wt％、69.55wt％、69.58wt％、69.60wt％、69.62wt％、69.65wt％、或69.68wt％等。

8、優(yōu)選地，以所述主成分的質(zhì)量為100％計，所述zno質(zhì)量為5.5～6.4wt％，例如5.5wt％、5.8wt％、6wt％、6.2wt％或6.4wt％等。

9、優(yōu)選地，以所述主成分的質(zhì)量為100％計，所述mno質(zhì)量為23.6～25.4wt％，例如23.6wt％、23.7wt％、23.8wt％、23.9wt％、24.0wt％、24.1wt％、24.2wt％、24.3wt％、24.4wt％、24.5wt％、24.6wt％、24.7wt％、24.8wt％、24.9wt％、25.0wt％、25.1wt％、25.2wt％、25.3wt％或25.4wt％等。

10、本發(fā)明中，在sno2、caco3、zro2和co2o3添加劑組合的基礎(chǔ)上，通過調(diào)控主成分含量，使得錳鋅功率鐵氧體材料在25～160℃超寬溫度范圍內(nèi)整體損耗偏低，即，100khz、200mt條件下，25℃功耗≤360kw/m3，100℃功耗≤310kw/m3，160℃功耗≤360kw/m3。

11、優(yōu)選地，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述sno2的添加量為1000～2000ppm，例如1000ppm、1200ppm、1400ppm、1600ppm、1800ppm或2000ppm等。

12、優(yōu)選地，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述caco3的添加量為500～1200ppm，例如500ppm、600ppm、700ppm、800ppm、900ppm、1000ppm、1100ppm或1200ppm等。

13、優(yōu)選地，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述zro2的添加量為100～400ppm，例如100ppm、150ppm、200ppm、250ppm、300ppm、350ppm或400ppm等。

14、優(yōu)選地，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述co2o3的添加量為3000～4500ppm，例如3000ppm、3300ppm、3500ppm、3800ppm、4000ppm、4200ppm或4500ppm等。

15、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述錳鋅功率鐵氧體材料在25～160℃溫度范圍內(nèi)，在100khz、200mt條件下25℃功耗≤360kw/m3，100℃功耗≤310kw/m3，160℃功耗≤360kw/m3。

16、第二方面，本發(fā)明還提供了一種根據(jù)第一方面所述的錳鋅功率鐵氧體材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

17、(1)將主成分和第一添加劑混合均勻，經(jīng)預(yù)燒，得到預(yù)燒料；

18、(2)將步驟(1)所述預(yù)燒料與第二添加劑混合均勻，得到中間粉體，經(jīng)造粒，燒結(jié)，得到錳鋅功率鐵氧體材料；

19、其中，所述主成分包括fe2o3、zno和mno；

20、所述第一添加劑為sno2和co2o3，所述第二添加劑為caco3和zro2。

21、本發(fā)明中，將sno2和co2o3先與主成分混合，因二者均是作用于晶格內(nèi)部，先混合共同作用來細(xì)化粒度，并在預(yù)燒過程中初步參與固相反應(yīng)，使得二者更易進(jìn)入晶格內(nèi)部。此外，考慮到存在一部分沒有進(jìn)入晶格內(nèi)的sno2會在晶界層偏析，由于其熔點是1127℃，會在燒結(jié)過程中形成液相，導(dǎo)致晶粒快速長大，提高氣孔率。相比較于在步驟(2)中添加sno2，步驟(1)中添加sno2的優(yōu)勢在于可以減少sno2在晶界層的偏析，減弱固相反應(yīng)，使得氣孔率減少。

22、將制備工藝與錳鋅功率鐵氧體材料中各添加劑之間的配合及含量的調(diào)控，并結(jié)合主成分的原料配比，共同達(dá)到25～160℃超寬溫度范圍內(nèi)整體損耗偏低，尤其在160℃的高溫條件下，依舊具有低損耗的效果。

23、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(1)所述混合包括砂磨。

24、優(yōu)選地，所述砂磨的時間為1～2h，例如1h、1.2h、1.5h、1.8h或2h等。

25、優(yōu)選地，步驟(1)所述混合之后，預(yù)燒之前，還包括干燥。

26、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(1)所述預(yù)燒的溫度為750～850℃，例如750℃、780℃、800℃、820℃或850等。

27、本發(fā)明中，預(yù)燒的溫度為750～850℃時，可以提高粉料的化學(xué)活性，即，在燒結(jié)過程中更易進(jìn)行固相反應(yīng)，有利于提高錳鋅功率鐵氧體材料的各項性能；而較高的預(yù)燒溫度會使粉料粒度分布不均勻，燒結(jié)時還可能出現(xiàn)不連續(xù)晶體生長，使鐵氧體材料性能下降；另外，為使得預(yù)燒后粉料保持均勻的粒徑，易于后期的混合，需要進(jìn)行研磨，較高的預(yù)燒溫度也會使得預(yù)燒后粉料的研磨時間增加。

28、優(yōu)選地，步驟(1)所述預(yù)燒的保溫時間為2～4h，例如2h、2.5h、3h、3.5h或4h等。

29、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(2)所述混合包括砂磨。

30、優(yōu)選地，所述砂磨的時間為2～4h，例如2、2.5h、3h、3.5h或4h等。

31、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(2)所述混合之后，造粒之前，還包括干燥。

32、優(yōu)選地，干燥后粉體的中值粒徑d50為0.9～1.2μm，例如0.9μm、1.0μm、1.1μm或1.2μm等。

33、優(yōu)選地，步驟(2)所述造粒采用的造粒劑包括聚乙烯醇和/或聚乙烯醇縮丁醛。

34、優(yōu)選地，以所述中間粉體的質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述造粒劑的添加量為5～10wt％，例如5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％等。

35、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(2)所述燒結(jié)的溫度為1260～1300℃，例如1260℃、1270℃、1280℃、1290℃或1300℃等。

36、優(yōu)選地，步驟(2)所述燒結(jié)的保溫時間為150～250min，例如150min、180min、200min、230min或250min等。

37、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述制備方法包括以下步驟：

38、(1)將主成分、sno2和co2o3混合1～2h，干燥后，在750～850℃預(yù)燒2～4h，得到預(yù)燒料；

39、其中，所述主成分包括fe2o3、zno和mno；

40、(2)將步驟(1)所述預(yù)燒料與caco3和zro2混合2～4h，干燥后，得到中值粒徑d50為0.9～1.2μm的中間粉體，以所述中間粉體的質(zhì)量為基準(zhǔn)，添加5～10wt％的造粒劑造粒，在1260～1300℃燒結(jié)150～250min，得到錳鋅功率鐵氧體材料；

41、其中，所述混合包括砂磨；所述造粒采用的造粒劑包括聚乙烯醇和/或聚乙烯醇縮丁醛。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

43、1)本發(fā)明所述錳鋅功率鐵氧體材料在25～160℃溫度范圍內(nèi)，在100khz、200mt條件下25℃功耗≤360kw/m3，100℃功耗≤310kw/m3，160℃功耗≤360kw/m3，尤其在160℃的高溫條件下，功耗依舊較低；

44、2)本發(fā)明將添加劑分步混合，保證作用于晶格中的添加劑更易進(jìn)入晶格內(nèi)部，與fe2+形成協(xié)同作用，并減少sno2在晶界層的偏析，減弱固相反應(yīng)，使得氣孔率減少；

45、3)本發(fā)明制備工藝簡單，成本低，制備得到的錳鋅功率鐵氧體材料具有寬溫低損耗特性。