專利名稱：一種錳鋅系鐵氧體磁芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錳鋅系鐵氧體磁芯，屬于氧化物磁性材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著通信領(lǐng)域的迅速發(fā)展，錳鋅鐵氧體作為高頻技術(shù)中的轉(zhuǎn)換器、變壓器和扼流圈應(yīng)用材料必須具有特別的電磁、機(jī)械和熱性質(zhì)。用于高頻電源變壓器的鐵氧體磁芯，特別是頻率在3兆赫茲頻率以下的高頻、高效變壓器，要求具有低磁芯損耗Pcv和更高飽和磁通密度Bms，以滿足現(xiàn)在電器設(shè)備的微型化和高效率的要求。
本發(fā)明作出以前，在已有技術(shù)中，申請?zhí)?0126316.1提出一種Fe2O3、MnO和ZnO的基本組成中含SiO2、CaO和NiO的鐵氧體，該鐵氧體還含有Nb2O5、ZrO2、P和B中的一種或兩種或多種，將上述材料成型坯件在1300℃和控制氧分壓的氣氛中燒結(jié)5小時，以改進(jìn)磁芯損耗Pcv和飽和磁通密度Bms。但是由于NiO含量高達(dá)0.45重量％，磁各向異性較大，且電阻率一般只有6-10Ωm之間。為了實(shí)現(xiàn)變壓器的高頻化、高效率，還要求進(jìn)一步提高電阻率，并且其所含有的添加劑成份，由于是微米級材料，所以不能從根本上達(dá)到對磁性材料微觀結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述不足之處，從而提供一種具有高頻、高飽和磁通密度Bms和低磁損耗Pcv，以滿足現(xiàn)在電器設(shè)備的微型化和高效率要求的錳鋅系鐵氧體磁芯。
本發(fā)明的主要解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的(1)根據(jù)本發(fā)明，錳鋅(Mn-Zn)鐵氧體主要成份起始原料，采用按Fe2O3為基準(zhǔn)計算為52-55摩爾％的氧化鐵、按ZnO為基準(zhǔn)計算為7-12摩爾％的氧化鋅，按MnO為基準(zhǔn)計算為36-38摩爾％，將它們稱重，同時加入相對于上述主要成份的分散劑0.4-0.6重量％、去離子水40-150重量％、粘合劑0.1-1.2重量％、消泡劑0.1-0.3重量％、在高速混合器中混和60-90分鐘，通過噴霧干燥機(jī)制成平均粒度為80-100微米，水份在0.1重量％以下，且流動角小于40度的顆粒；(2)采用回轉(zhuǎn)窯或隧道窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為800-1050℃之間，預(yù)燒時間為5分鐘-3小時；(3)進(jìn)行干式或濕式粉碎10-40分鐘，制成平均粒度為1.5-2.0微米的粉料；(4)相對于上述預(yù)燒粉料，加入納米級材料作為添加劑成份，其包括按SiO2為基準(zhǔn)計算為0.004-0.03重量％的氧化硅，按CaO為基準(zhǔn)計算為0.01-0.5重量％的氧化鈣；另外，可加入按Nb2O5為基準(zhǔn)計算為0.004-0.06重量％的氧化鈮，按Ta2O5為基準(zhǔn)計算為0.006-0.10重量％的氧化鉭，按V2O5為基準(zhǔn)計算為0.006-0.12重量％的氧化釩，按ZrO2為基準(zhǔn)計算為0.004-0.04重量％的氧化鋯中的一種或二種或更多種；進(jìn)一步可加入按SnO2為基準(zhǔn)計算為0.04-0.4重量％的氧化錫或按TiO2為基準(zhǔn)計算為0.04-0.4重量％的氧化鈦，納米級材料添加劑粒度范圍在10-500mm之間。再加入分散劑0.4-0.6重量％、去離子水40-150重量％、粘合劑0.1-1.2重量％、消泡劑0.1-0.3重量％、在砂磨機(jī)中粉碎40-90分鐘，磨成平均粒度為0.6-1.2微米；(5)通過噴霧干燥機(jī)制成約80-200微米，且流動角小于30度的顆粒；(6)用加濕器進(jìn)行加濕，成含水量為0.5-1.0重量％的顆粒；(7)采用自動成型機(jī)進(jìn)行成型具有一定形狀的坯件；(8)進(jìn)行燒結(jié)，在保持溫度為1150-1300℃和引入氮?dú)饣蛘婵湛刂蒲鯘舛鹊臍夥罩袩Y(jié)0.5-5小時，制得外徑為25毫米、內(nèi)徑為15毫米、厚度為5毫米形狀的環(huán)形磁芯。
本發(fā)明可以通過下面的1-6的任意一個構(gòu)成而得到。
1.一種錳鋅系鐵氧體磁芯，其中含有主要成份的氧化鐵、氧化鋅和氧化錳。按Fe2O3、ZnO、MnO分別為Fe2O352-55摩爾％，ZnO7-12摩爾％，，MnO36-38摩爾％。
含有作為納米級材料添加劑成份按SiO2為基準(zhǔn)計算為0.004-0.03重量％的氧化硅；按CaO為基準(zhǔn)計算為0.01-0.5重量％的氧化鈣。
2.上述1中的錳鋅系鐵氧體磁芯，其中相對于上述主要成份，作為納米級材料添加劑成份，進(jìn)一步含有氧化鈮、氧化鉭、氧化釩和氧化鋯的一種或者一種以上，按Nb2O50.004-0.06重量％，Ta2O50.006-0.10重量％，V2O50.006-0.12重量％，ZrO20.004-0.04重量％。
3.上述1或2的錳鋅系鐵氧體磁芯，其中相對于上述主要成份，作為納米級材料添加劑成份，進(jìn)一步含有氧化錫或氧化鈦，按SnO20.04-0.4重量％或TiO20.04-0.4重量％。
4.上述1-3的任意一種錳鋅系鐵氧體磁芯，其中相對于上述主要成份，作為納米級材料添加劑成份，進(jìn)一步含有納米級材料作為添加劑成份按磷P或硼B(yǎng)的含量為0.01重量％以下。
5.上述1-4的任意一種錳鋅系鐵氧體磁芯，在具有引入氮?dú)饣蛘婵湛刂蒲鯘舛鹊臒Y(jié)氣氛燒成為一定形狀的磁芯，并在1150-1300℃之間燒結(jié)0.5-5小時成所述磁芯。
6.上述1-5的任意一種錳鋅系鐵氧體磁芯，所述磁芯在至1.2兆赫茲的頻率范圍內(nèi)具有起始磁導(dǎo)率為2600，電阻率達(dá)到15-20Ωm。
本發(fā)明還具有以下特征本發(fā)明的錳鋅系鐵氧體磁芯含有按Fe2O3為52-55摩爾％的氧化鐵、按ZnO為7-12摩爾％的氧化鋅，按MnO為36-38摩爾％的氧化錳作為主要成份。相對于上述主要成份，含有納米級材料添加劑成份，按SiO2為0.004-0.03重量％的氧化硅；按CaO為0.01-0.5重量％的氧化鈣。納米級材料添加劑粒度范圍在10-500mm之間。并在其制造過程中，相對于上述主要成份和納米級材料添加劑成份，需加入①分散劑，如聚丙酸為0.4-0.6重量％，②粘合劑，如聚乙烯醇為0.1-1.2重量％，③消泡劑，如正辛醇為0.1-0.3重量％，④去離子水為40-150重量％。
主要成份優(yōu)選分別按Fe2O3為52-55摩爾％的氧化鐵，優(yōu)選是53-54摩爾％，按ZnO為7-12摩爾％的氧化鋅，優(yōu)選是8-11摩爾％，按MnO為36-38摩爾％的氧化錳，優(yōu)選是36-37摩爾％。
根據(jù)本發(fā)明的錳鋅系鐵氧體磁芯，通常所含有的納米級材料添加劑成份，按SiO2為0.004-0.03重量％的氧化硅，優(yōu)選是0.006-0.02重量％；按CaO為0.01-0.5重量％的氧化鈣，優(yōu)選是0.04-0.08重量％。SiO2和CaO存在于晶界上。
根據(jù)本發(fā)明的錳鋅系鐵氧體磁芯通常還可含有納米級材料添加劑成份氧化鈮、氧化鉭、氧化釩、氧化鋯的一種或一種以上。相對于上述主要成份，分別按Nb2O5、Ta2O5、V2O5、ZrO2為Nb2O50.004-0.06重量％，優(yōu)選0.01-0.04重量％；Ta2O50.006-0.10重量％，優(yōu)選0.02-0.05重量％；V2O50.006-0.12重量％，優(yōu)選0.02-0.05重量％；ZrO20.004-0.04重量％，優(yōu)選0.01-0.03重量％。
通過這些納米級材料添加劑元素，可大幅度提高特別是高周波數(shù)1MHz以上的磁導(dǎo)率。在這些元素中，特別優(yōu)選氧化鈮、氧化鋯兩種或以上并用，且比例是任意的。
另外，根據(jù)本發(fā)明的錳鋅系鐵氧體磁芯中，作為添加劑成份可優(yōu)選納米材料按SnO2為0.04-0.4重量％的氧化錫，優(yōu)選0.1-0.3重量％或TiO2為0.04-0.4重量％的氧化鈦，優(yōu)選0.1-0.3重量％。
根據(jù)本發(fā)明的錳鋅系鐵氧體磁芯中，作為添加劑成份可優(yōu)選納米材料，按磷P或硼B(yǎng)的含量為0.01重量％以下，優(yōu)選0.001-0.005重量％。
由此，可以呈現(xiàn)下述的實(shí)際效果。
可在至1.2兆赫茲的頻率范圍內(nèi)具有起始磁導(dǎo)率為2600，電阻率達(dá)到15-20Ωm，并在近似100℃使用的高頻變壓器用磁芯提供損耗非常小和更高飽和磁通密度Bms的錳鋅(Mn-Zn)鐵氧體。
要制造該發(fā)明的錳鋅系鐵氧體，首先，作為主要成份通常采用氧化鐵成份、氧化錳成份和氧化鋅成份的混合物。根據(jù)需要，作為納米級材料添加劑成份原料，可加入碳酸鈣等通過燒結(jié)變成氧化鈣的化合物或氧化鈣，以及通過燒結(jié)變成氧化硅的化合物或氧化硅等。但是，這些納米級材料添加劑成份可以磁性材料最終組成的上述量比加入。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明組合的配方材料來源方便；制作工藝簡單；可以制造一種在至1.2兆赫茲的頻率范圍內(nèi)具有起始磁導(dǎo)率為2600，電阻率達(dá)到15-20Ωm，具有高頻，高飽和磁通密度Bms和低磁損耗Pcv的優(yōu)異錳鋅系鐵氧體磁芯。


附圖1為本發(fā)明的制作工藝(工藝流程圖)。
本發(fā)明燒結(jié)所用的爐子可以是隧道式連續(xù)爐，也可以是批次爐。燒結(jié)時的氣氛可根據(jù)平衡氧氣分壓的理論來調(diào)整，但特別優(yōu)選在控制氧氣分壓的氮?dú)庵羞M(jìn)行燒結(jié)。
具體實(shí)施例方式下面本發(fā)明將結(jié)合具體的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1將Fe2O3(53.5摩爾％)、ZnO(9.5摩爾％)和MnO(37摩爾％)作為主要成分進(jìn)行配料，同時加入分散劑聚丙酸0.5重量％，消泡劑正辛醇0.2重量％，去離子水95重量％，將它們混合后，加入粘合劑聚乙烯醇0.8重量％溶液，在高速混合器中混合70-80分鐘，通過噴霧式干燥機(jī)制成為平均粒徑約為100微米，水份在0.1重量％以下，且流動角小于40度的顆粒；放在回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度925℃，預(yù)燒1.5-2.0小時；進(jìn)行干式或濕式粉碎25-35分鐘，制成平均粒徑為1.5-2.0微米的粉料；加入納米級材料添加劑氧化鈣(CaO)0.06重量％、二氧化硅(SiO2)0.015重量％。上述CaO及SiO2為磁性材料的最終組成。納米級材料添加劑粒度范圍在10-500mm之間。在加入納米級材料添加劑成份的同時再加入去離子水50重量％、分散劑聚丙酸0.5重量％，消泡劑正辛醇0.2重量％，粘合劑聚乙烯醇0.8重量％溶液，放在砂磨機(jī)中進(jìn)行混合、細(xì)磨50-70分鐘，磨成平均粒度為0.8-1.0微米；固含量為60％以上，粘度為250-350CPS的漿料；采用噴霧式干燥機(jī)制成約80-200微米的顆粒，且流動角小于30度的顆粒；進(jìn)行混和、加濕，至含水率為0.5-0.8重量％；采用自動成型機(jī)進(jìn)行成形，壓制成樣品100個。將這些成型坯體放置在溫度1240℃和控制氧分壓的氣氛中燒結(jié)3小時，然后在控制氧氣分壓的氣氛中冷卻，得到外徑25毫米，內(nèi)徑15毫米，高度為5毫米的環(huán)形磁芯。
下面詳細(xì)描述上述所說的溫度曲線。
實(shí)施例的溫度曲線升溫工序?qū)崪刂?00℃的升溫速度60℃/小時從400℃到900℃的升溫速度300℃/小時從900℃到1240℃的升溫速度150℃/小時保溫工序在1240℃保持3小時降溫工序從1240℃到1100℃的降溫速度100℃/小時1100℃到常溫的降溫速度250℃/小時在通過熒光X射線測定實(shí)施例的產(chǎn)品最后組成時，作為成分CaO、SiO2、Nb2O5、Ta2O5、V2O5和ZrO2與原料組成基本對應(yīng)。
測定所得到的各環(huán)形磁芯在25℃下100kHz、1.2MHz的起始磁導(dǎo)率、電阻率、磁芯損耗Pcv、和飽和磁通密度Bms。磁導(dǎo)率的測定采用阻抗分析儀；每個試樣被施加100kHz和200mT(最大值)的正弦電流磁場，在100℃下，用B-H磁滯回線測試儀測定磁芯損耗和飽和磁通密度，結(jié)果列于表1
表1 由表1所示的結(jié)果可見本發(fā)明的效果。即本發(fā)明的電阻率調(diào)整到15.5-20.5Ωm的樣品(表1中的樣品1-7)，在1.2MHz下的起始磁導(dǎo)率比現(xiàn)有技術(shù)的起始磁導(dǎo)率1800左右大得多。在該實(shí)施例中，電阻率大于15Ωm在80％以上。
實(shí)施例2在實(shí)施例1的錳鋅系鐵氧體磁芯的組成中，相對主要成分作為納米級材料添加劑成分除含有CaCO3和SiO2、還含Nb2O5、Ta2O5、V2O5和ZrO2采用實(shí)施例1的制作方法，得到樣品8-20。與實(shí)施例1同樣評價所得的各樣品。結(jié)果列于表2表2

實(shí)施例3在實(shí)施例1的錳鋅系鐵氧體磁芯的組成中，相對主要成分作為添加劑成分除含有CaCO3和SiO2、還含有納米材料SnO2或TiO2，采用實(shí)施例1的制作方法，得到樣品21-26；P或B，得到樣品27和32。與實(shí)施例1同樣評價所得的各樣品。結(jié)果列于表3表3

實(shí)施例4在本發(fā)明的錳鋅系鐵氧體磁芯組成中，含F(xiàn)e2O3(52摩爾％)、ZnO(12摩爾％)和MnO(36摩爾％)作為主要成分進(jìn)行配料，相對主要成分作為納米級材料添加劑成分除含有CaO和SiO2、還含Nb2O5、Ta2O5、V2O5和ZrO2，采用實(shí)施例1的制作方法，得到樣品33-45。與實(shí)施例1同樣評價所得的各樣品。與實(shí)施例1同樣評價所得的各樣品。結(jié)果列于表4表4


實(shí)施例5在本發(fā)明的錳鋅系鐵氧體磁芯組成中，含F(xiàn)e2O3(55摩爾％)、ZnO(7摩爾％)和MnO(38摩爾％)作為主要成分進(jìn)行配料，相對主要成分作為納米級材料添加劑成分，除含有CaO和SiO2、還含SnO2或TiO2，采用實(shí)施例1的制作方法，得到樣品46-51；含有P或B得到樣品52和57。與實(shí)施例1同樣評價所得的各樣品。結(jié)果列于表5表5

權(quán)利要求
1.一種錳鋅系鐵氧體磁芯，其特征是①主要成份含有氧化鐵52-55摩爾％、氧化鋅7-12摩爾％、氧化錳36-38摩爾％，將它們稱重，同時加入分散劑、去離子水40-150重量％、粘合劑、消泡劑，在高速混合器中混和60-90分鐘，通過噴霧干燥機(jī)制成平均粒度為80-100微米，水份在0.1重量％以下，且流動角小于40度的顆粒；②采用回轉(zhuǎn)窯或隧道窯進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為800-1050℃，預(yù)燒時間為5分鐘-3小時；③進(jìn)行干式或濕式粉碎10-40分鐘，制成平均粒度為1.5-2.0微米的粉料；④在上述預(yù)燒粉料中加入納米級材料添加劑成份分散劑、去離子水、粘合劑、消泡劑、在砂磨機(jī)中粉碎40-90分鐘，磨成平均粒度為0.6-1.2微米；⑤通過噴霧干燥機(jī)制成80-200微米，且流動角小于30度的顆粒；⑥用加濕器進(jìn)行加濕，成含水量為0.5-1.0重量％的顆粒；⑦采用自動成型機(jī)進(jìn)行成型具有一定形狀的坯件；⑧進(jìn)行燒結(jié)，在保持溫度為1150-1300℃和引入氮?dú)饣蛘婵湛刂蒲鯘舛鹊臍夥罩袩Y(jié)0.5-5小時，制得外徑為25毫米，內(nèi)徑為15毫米，厚度為5毫米形狀的環(huán)形磁芯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳鋅系鐵氧體磁芯，其特征在于所述的分散劑是聚丙酸，加入時，相對于主要成份為0.4-0.6重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳鋅系鐵氧體磁芯，其特征在于所述的粘合劑是聚乙烯醇，加入時，相對于主要成份為0.1-1.2重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳鋅系鐵氧體磁芯，其特征在于所述的消泡劑是正辛醇，加入時，相對于主要成份為0.1-0.3重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳鋅系鐵氧體磁芯，其特征在于所述的納米級材料添加劑粒度范圍在10-500nm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳鋅系鐵氧體磁芯，其特征在于所述的含有納米級材料添加劑成份，相對于上述主要成份，其包括是氧化硅為0.004-0.03重量％；氧化鈣為0.01-0.5重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳鋅系鐵氧體磁芯，其特征在于所述的含有納米級材料添加劑成份，相對于上述主要成份，含有以下一種或二種以上納米級材料作為添加劑成份氧化鈮為0.004-0.06重量％；氧化鉭為0.006-0.10重量％；氧化釩為0.006-0.12重量％；氧化鋯為0.004-0.04重量％；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳鋅系鐵氧體磁芯，其特征在于所述的含有納米級材料添加劑成份，相對于上述主要成份，進(jìn)一步含有納米級材料作為添加劑成份氧化錫為0.04-0.4重量％，氧化鈦為0.04-0.4重量％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錳鋅系鐵氧體磁芯，其特征在于所述的含有納米級材料添加劑成份，相對于上述主要成份，進(jìn)一步含有納米級材料作為添加劑成份按磷P或硼B(yǎng)的含量為0.01重量％以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種錳鋅系鐵氧體磁芯，屬于氧化物磁性材料技術(shù)領(lǐng)域。其中含有主要成份氧化鐵(Fe
文檔編號H01F1/12GK1402266SQ02138280
公開日2003年3月12日 申請日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者董斌, 黃國祥, 黃艦 申請人:無錫晶石磁性電子器件有限公司