專利名稱：：一種MnZn鐵氧體材料及其制備磁芯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于軟磁鐵氧體材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種節(jié)能、寬溫低損耗MnZn鐵氧體材料及其制備磁芯的方法。
背景技術(shù)：
：中國軟磁行業(yè)經(jīng)過二十多年的發(fā)展，技術(shù)水平已有了長足的進(jìn)步，目前可大批量生產(chǎn)的與家電、計(jì)算機(jī)、通訊、綠色照明、汽車電子、軍工等領(lǐng)域配套的高性能軟磁鐵氧體磁芯。國內(nèi)近兩年大部分廠家已經(jīng)開始生產(chǎn)PC40產(chǎn)品，還有部分小廠的技術(shù)水平仍然停留在PC30水平與PC40之間。若開發(fā)并使用節(jié)能寬溫型低損耗軟磁鐵氧體材料磁芯，這種材料的磁芯從常溫到高溫都具有很低的自身功率損耗，無疑將大大降低電子電器等的待機(jī)損耗，然而在寬溫低功耗市場，目前幾乎完全為國外品牌所壟斷。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著全球能源價(jià)格的快速上升，對電子電器節(jié)能降耗要求日益迫切。作為電子電器能源部分的重要元器件之一的磁芯生產(chǎn)商，爭相投入大量的資源進(jìn)行節(jié)能寬溫低損耗材料的研發(fā)，相繼推出各具特色的專業(yè)軟磁鐵氧體材料。"二次電源"在待機(jī)狀態(tài)或空載狀態(tài)下，工作平衡穩(wěn)定溫度比常溫略高，一般不高于室溫l(TC，而"二次電源"在加上負(fù)荷運(yùn)行后，工作平衡溫度會(huì)上升到IO(TC附近。開關(guān)型高頻"二次電源"在完成能量變換與傳輸?shù)倪^程中，本身也要消耗一部分能量，消耗的多少與其核心器件——功率軟磁鐵氧體磁芯存在直接關(guān)系。目前市面上用來制作功率磁芯占主流地位的功率軟磁鐵氧體材料PC40、PC44材料。隨著節(jié)能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其技術(shù)瓶頸也暴露了出來，以高端功率材料PC44為例，其功率損耗一溫度曲線是一條深V形曲線。以PC44材料磁芯制成的"二次電源"處于待機(jī)或空載狀態(tài)的常溫情況下,其功率損耗很高，為600mW/cc，只有在加上負(fù)荷后，隨著"二次電源"溫度的升高，才下降到320mW/cc的低損耗水平。同時(shí)也可以推斷"二次電源"在輕載情況下，其電能變換效率也是較差的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需解決的技術(shù)問題是提供一種節(jié)能寬溫低損耗MnZn鐵氧體材料，本發(fā)明需解決的另一技術(shù)問題是提供節(jié)能寬溫低損耗MnZn鐵氧體材料制備磁芯的方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種MnZn鐵氧體材料，按摩爾份計(jì)，主晶相成份為氧化鐵Fe20348.553.8mol%、氧化錳MnO35.640.8mo1。/。，余量為氧化鋅ZnO，在所述的主晶相中還需添加重量計(jì)為100600卯m的第一副組分、以重量計(jì)為503000ppm的第二副組分和以重量計(jì)為1006000ppm的第三副組分，第一副組分是指Si()2、1^205中的一種或兩種，第二副組分是指CaC03、Bi203、Nb205、W03中的一種或幾種，第三副組分是指Ti02、V205、0)304中的一種或幾種。上述主晶相為尖晶石相，第一副組分和第二副組分共同進(jìn)入晶格內(nèi)部，改良了晶體的內(nèi)稟特性，降低了功率損耗，從而可以得到寬溫低損耗的MnZn軟磁鐵氧體材料，第三副組分進(jìn)一步使MnZn鐵氧體材料在寬溫條件下具有很低的功率損耗。進(jìn)一步在上述鐵氧體材料中，按摩爾分計(jì)，主晶相為氧化鐵Fe20351.853.5mol%、氧化錳Mn035.637.8mol%，余量為氧化鋅Zn0。所述第一副組分的重量計(jì)為200600卯m、第二副組分的重量計(jì)為4003000ppm和第三副組分重量計(jì)為4006000ppm。本發(fā)明需解決的另一技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種MnZn鐵氧體材料制備磁芯的方法，包括一次配料并球磨、噴霧造粒、預(yù)燒、二次配料并球磨、壓制成生坯、生坯燒結(jié)步驟，所述一次配料中，主成份按摩爾份計(jì)為氧化鐵Fe20351.853.5齢1%、氧化錳Mn035.637.8mol%，余量為氧化鋅ZnO。進(jìn)一步所述的一次配料中還加入重量百分含量為0.2wt%l.5機(jī)％的分散劑，所述的分散劑是水檸檬酸、丙烯酸、氨水混合物，其重量比為0.310.45:0.450.58:0.110.24;所述的一次配料中還加入粘結(jié)劑，所述的粘結(jié)劑是聚乙烯醇，重量百分含量為0.6wt%l.5wt%。所述一次球磨時(shí)間為26小時(shí)；所述的預(yù)燒溫度是80094CTC，保溫預(yù)燒時(shí)間60180分鐘。所述的二次配料中，在所述的主晶相中還需添加重量計(jì)為100600ppm的第一副組分，優(yōu)選的是200600ppm;以重量計(jì)為503000ppm的第二副組分，優(yōu)選的是4003000ppm;和以重量計(jì)為1006000ppm的第三副組分，優(yōu)選的是4006000ppm，第一副組分是指Si02、Ta20s中的一種或兩種，第二副組分是指CaC03、Bi203、歸5、W03中的一種或幾種，第三副組分是指Ti02、V205、(:0304中的一種或幾種。球磨35小時(shí)；所述的二次配料中還加入重量百分含量為0.2wtQ/。1.2wt。/。的分散劑和常規(guī)量的消泡劑，所述的分散劑是水檸檬酸、丙烯酸、氨水混合物，其重量比為0.310.45:0.450.58:0.110.24;所述的噴霧造粒中控制出口溫度為90120°C，得到了顆粒料；所述的燒結(jié)溫度為1310140CTC,推板窯中氧體積含量為37%。上述方法一次配料中，加入的第一副組分和第二副組分在高溫下形成液態(tài)，為離子遷移提供便利通道，大大加速了燒結(jié)固相反應(yīng)，增加了磁芯密度。在二次配料時(shí)還加入了第三副組分，從而使得MnZn鐵氧體材料在寬溫條件下具有很低的功率損耗。本發(fā)明鐵氧體材料制備的磁芯一般為EE、PQ、T環(huán)、EP等型的磁環(huán)、磁棒、U型等，可為多種形狀和規(guī)格，可用于但不僅限于輸出濾波電感器、電子變壓器、整流器、升壓電感器、AC/DC轉(zhuǎn)換電路、有源功率因數(shù)調(diào)整(APFC)模塊等一系列領(lǐng)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果1.本發(fā)明的MnZn鐵氧體材料從常溫到高溫(即2510(TC的寬溫范圍內(nèi))，都具有很低的功率損耗100KHz，200mT，功率損耗Pcv《380kW/m3;2.本發(fā)明的MnZn鐵氧體材料通過配方與輔助材料合理搭配，使其無論在室溫還是在高溫，都表現(xiàn)出很低的功率損耗特性，克服了目前主流的PC40、PC44材料功耗溫度特性瓶頸，由該材料制備的磁芯大大降低了待機(jī)或空載、輕載狀態(tài)下"二次電源"的功率損耗，達(dá)到節(jié)能目的，本發(fā)明高檔高性能低功耗軟磁鐵氧體的成功研發(fā)，對提升我國磁性材料行業(yè)技術(shù)檔次，全面打破國外壟斷有著戰(zhàn)略性的重要意義。具體實(shí)施例方式以下的實(shí)施例是以舉例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，因此，不應(yīng)該構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。特別是輔助氧化物的選擇并不導(dǎo)致磁芯特性的實(shí)質(zhì)性差異，僅屬因地因事而異的區(qū)別，故下述實(shí)施例并非對本
發(fā)明內(nèi)容的窮舉和限定首先，簡述本發(fā)明的基本方案一種MnZn鐵氧體材料，按摩爾份計(jì)，主晶相成份為氧化鐵Fe20348.553.8moP/。、氧化錳Mn035.640.8mol°/。，余量為氧化鋅ZnO,在所述的主晶相中還需添加重量計(jì)為100600ppm的第一副組分、以重量計(jì)為503000ppm的第二副組分和以重量計(jì)為1006000ppm的第三副組分，第一副組分是指Si02、Ta20s中的一種或兩種，第二副組分是指CaC03、Bi203、Nb205、W03中的一種或幾種，第三副組分是指Ti02、VA、"304中的一種或幾種。實(shí)施例l一種MnZn鐵氧體材料，其制備磁芯的方法如下(1)按FeA:MnO:ZnO:53.5:35.6:10.9mol。/。的配方進(jìn)行一次配料，其中FeA采用德國蒂森克虜伯鐵紅(純度》99.3wt0/0)，Mn0折算成Mn:A，使用湖南金瑞的高純Mri304(純度》98.8wt。/0，ZnO采用浙江海門的ZnO(間接法，純度>99.7wt%);將三種原材料倒入攪拌罐中，加入分散劑和去離子水，所述的分散劑是水檸檬酸、丙烯酸、氨水混合物，其重量比為0.310.45:0.450.58:0.H0.24;還加聚乙烯醇，重量百分含量為0.6wt%1.5wt%。進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌靹颍M(jìn)行球磨2小時(shí)；(2)將上述漿料進(jìn)行常規(guī)噴霧干燥，再進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為80(TC，預(yù)燒時(shí)間為180分鐘，得到預(yù)燒料；(3)將上述預(yù)燒料投入球磨機(jī)進(jìn)行二次配料，添加以重量計(jì)為200ppm的第一副組分、以重量計(jì)為3000ppm的第二副組分和以重量計(jì)為1000ppm的第三副組分，再加入去離子水、分散劑及常規(guī)消泡劑，所述分散劑的重量百分含量為0.2wt%1.2wt%，所述的分散劑是水檸檬酸、丙烯酸、氨水混合物，其重量比為0.310.45:0.450.58:0.110.24;球磨3小時(shí)，得到黑色的漿料；第一副組分是指Si02、Ta205，第二副組分是指CaC03和Bi203;(4)將上述步驟(3)的漿料倒入攪拌罐中，攪拌后進(jìn)行噴霧造粒，控制出口溫度在120°C，得到了顆粒料；(5)將上述顆粒料中加入總量0.2%的有機(jī)脫模劑和水，進(jìn)行充分混合后，用壓機(jī)進(jìn)行壓制成生坯；(6)將上述生坯放入有氮?dú)獗Ｗo(hù)的推板窯中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1310°C，推板窯中氧含量為3%，即得磁芯圓環(huán)-1。圓環(huán)的初始磁導(dǎo)率用Agilent4284進(jìn)行測量(測試條件為IOKHZ、250mV)，功率損耗用日本巖崎科技的B-H回線儀進(jìn)行測量(測試條件為100KHZ、200mT)。測試數(shù)據(jù)如表1所示。實(shí)施例2一種MnZn鐵氧體材料，其制備磁芯的方法如下(1)按Fe203:MnO:ZnO二51.8:37.8:10.4moP/。的配方進(jìn)行一次配料，其中FeA采用德國蒂森克虜伯鐵紅(純度》99.3機(jī)％)，MnO折算成Mri304，使用湖南金瑞的高純Mn304(純度》98.8wt。/0，ZnO采用浙江海門的ZnO(間接法，純度^99.7wt%);將三種原材料倒入攪拌罐中，加入分散劑和去離子水，所述的分散劑是水檸檬酸、丙烯酸、氨水混合物，其重量比為O.310.45:0.450.58:0.110.24;還加聚乙烯醇，重量百分含量為0.6wt%1.5wt%。進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌靹?，進(jìn)行球磨6小時(shí)；(2)將上述漿料進(jìn)行常規(guī)噴霧干燥，再進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為94(TC，預(yù)燒時(shí)間為90分鐘，得到預(yù)燒料；(3)將上述預(yù)燒料投入球磨機(jī)進(jìn)行二次配料，添加以重量計(jì)為450ppm的第一副組分、以重量計(jì)為400的第二副組分和以重量計(jì)為1000卯m的第三副組分，再加入去離子水、分散劑及常規(guī)量的消泡劑，所述分散劑的重量百分含量為0.2wt。/o1.2wt。/。的，分散劑是水檸檬酸、丙烯酸、氨水混合物，其重量比為0.310.45:0.450.58:0.110.24;球磨5小時(shí)，得到黑色的漿料；第一副組分是指Si02、Ta205，第二副組分是指Nb205、W03，第三副組分是指Ti02、V205、Co304;(4)將上述步驟(3)的漿料倒入攪拌罐中，攪拌后進(jìn)行噴霧造粒，控制出口溫度在9(TC,得到了顆粒料；(5)將上述顆粒料中加入總量0.2%的有機(jī)脫模劑和水，進(jìn)行充分混合后，用壓機(jī)進(jìn)行壓制成生坯；(6)將上述生坯放入有氮?dú)獗Ｗo(hù)的推板窯中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1400°C，推板窯中氧含量為7%，即得磁芯圓環(huán)-2。圓環(huán)的初始磁導(dǎo)率用Agilent4284進(jìn)行測量(測試條件為IOKHZ、250mV)，功率損耗用日本巖崎科技的B-H回線儀進(jìn)行測量(測試條件為100KHZ、200mT)。測試數(shù)據(jù)如表1所示。實(shí)施例3一種MnZn鐵氧體材料，其制備磁芯的方法如下(1)按Fe203:MnO:ZnO二52.5:36.2:11.3mol。/。的配方進(jìn)行一次配料，其中Fe203采用德國蒂森克虜伯鐵紅(純度>99.3機(jī)％)，MnO折算成Mn304，使用湖南金瑞的高純Mn304(純度》98.8wt。/。)，ZnO采用浙江海門的ZnO(間接法，純度>99.7wt%);將三種原材料倒入攪拌罐中，加入分散劑和去離子水，所述的分散劑是水檸檬酸、丙烯酸、氨水混合物，其重量比為O.310.45:0.450.58:0.U0.24;還加聚乙烯醇，重量百分含量為0.6wt%1.5wt%。進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌靹?，進(jìn)行球磨5小時(shí)；(2)將上述漿料進(jìn)行常規(guī)噴霧干燥，再進(jìn)行預(yù)燒，預(yù)燒溫度為94(TC，預(yù)燒時(shí)間為120分鐘，得到預(yù)燒料；(3)將上述預(yù)燒料投入球磨機(jī)進(jìn)行二次配料，添加以重量計(jì)為600ppm的第一副組分、以重量計(jì)為2000ppm的第二副組分和以重量計(jì)為3000ppm的第三副組分，再加入去離子水、分散劑及常規(guī)的消泡劑，所述分散劑的重量百分含量為0.2wt%1.2wt%，分散劑是水檸檬酸、丙烯酸、氨水混合物，其重量比為0.310.45:0.450.58:0.110.24;球磨5小時(shí)，得到黑色的漿料；第一副組分是指Si02、Ta205，第二副組分是指纖、W03，第三副組分是指Ti02、V205、CoA;(4)將上述步驟(3)的漿料倒入攪拌罐中，攪拌后進(jìn)行噴霧造粒，控制出口溫度在11(TC，得到了顆粒料；(5)將上述顆粒料中加入總量0.2%的有機(jī)脫模劑和水，進(jìn)行充分混合后，用壓機(jī)進(jìn)行壓制成生坯；(6)將上述生坯放入有氮?dú)獗Ｗo(hù)的推板窯中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1400°C，推板窯中氧含量為7%，即得磁芯圓環(huán)-3。圓環(huán)的初始磁導(dǎo)率用Agilent4284進(jìn)行測量(測試條件為IOKHZ、250mV)，功率損耗用日本巖崎科技的B-H回線儀進(jìn)行測量(測試條件為100KHZ、200mT)。測試數(shù)據(jù)如表1所示。表1各個(gè)實(shí)施例所得磁芯的具體技術(shù)指標(biāo)對比<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1、一種MnZn鐵氧體材料，按摩爾份計(jì)，主晶相成份為氧化鐵Fe2O348.5～53.8mol％、氧化錳MnO35.6～40.8mol％，余量為氧化鋅ZnO，在所述的主晶相中還需添加重量計(jì)為100～600ppm的第一副組分、以重量計(jì)為50～3000ppm的第二副組分和以重量計(jì)為100～6000ppm的第三副組分，第一副組分是指SiO2、Ta2O5中的一種或兩種，第二副組分是指CaCO3、Bi2O3、Nb2O5、WO3中的一種或幾種，第三副組分是指TiO2、V2O5、Co3O4中的一種或幾種。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的MnZn鐵氧體材料，其特征在于按摩爾份計(jì)，主晶相為氧化鐵Fe20351.853.5mol%、氧化錳Mn035.637.8mol%，余量為氧化鋅Zn0。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵氧體材料，其特征在于所述第一副組分重量計(jì)為200600ppm、第二副組分的重量計(jì)為4003000ppm和第三副組分重量計(jì)為4006000ppm。4、一種根據(jù)權(quán)利要求13中擇一所述MnZn鐵氧體材料制備磁芯的方法，包括一次配料并球磨、噴霧造粒、預(yù)燒、二次配料并球磨、壓制成生坯、生坯燒結(jié)步驟，其特征在于所述一次配料中，主成份按摩爾份計(jì)為氧化鐵Fe20351.853.5mol%、氧化錳Mn035.637.8mol%，余量為氧化鋅Zn0。5、根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的一次配料中還加入重量百分含量為0.2wt。/。1.5wt。/。的分散劑，所述的分散劑是水檸檬酸、丙烯酸、氨水混合物，其重量比為0.310.45:0.450.58:0.110,24,所述的一次配料中還加入粘結(jié)劑，所述的粘結(jié)劑是聚乙烯醇，重量百分含量為0.6wt%l.5wt%。6、根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述一次球磨時(shí)間為26小時(shí)，所述的預(yù)燒溫度是80094(TC，保溫預(yù)燒時(shí)間60180分鐘。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述的二次配料中，在所述的主晶相中還需添加重量計(jì)為100600ppm的第一副組分、以重量計(jì)為503000ppm的第二副組分和以重量計(jì)為1006000ppm的第三副組分，第一副組分是指Si02、Ta20s中的一種或兩種，第二副組分是指CaC03、BiA、Nb205、W03中的一種或幾種，第三副組分是指Ti02、V205、Co304中的一種或幾種。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，添加以重量計(jì)為200600ppm的第一副組分、重量計(jì)為4003000ppm的第二副組分和重量計(jì)為4006000ppm的第三副組分，球磨35小時(shí)。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述的二次配料中還加入重量百分含量為0.2wt。/。1.2wt。/。的分散劑，所述的分散劑是水檸檬酸、丙烯酸、氨水混合物，其重量比為O.310.45:0.450.58:0.110.24。10、根據(jù)權(quán)利要求9述的制備方法，其特征在于所述的噴霧造粒中控制出口溫度為9012(TC，得到了顆粒料；所述的燒結(jié)溫度為1310140(TC，推板窯中氧體積含量為37%。全文摘要一種MnZn鐵氧體材料及其制備磁芯的方法，按摩爾份計(jì)，主晶相成份為氧化鐵Fe₂O₃48.5～53.8mol％、氧化錳MnO35.6～40.8mol％，余量為氧化鋅ZnO，在所述的主晶相中還需添加重量計(jì)為100～600ppm的第一副組分、以重量計(jì)為50～3000ppm的第二副組分和以重量計(jì)為100～6000ppm的第三副組分，第一副組分是指SiO₂、Ta₂O₅中的一種或兩種，第二副組分是指CaCO₃、Bi₂O₃、Nb₂O₅、WO₃中的一種或幾種，第三副組分是指TiO₂、V₂O₅、Co₃O₄中的一種或幾種。本發(fā)明的MnZn鐵氧體材料從25～100℃的寬溫范圍內(nèi)，都具有很低的功率損耗100kHz、200mT，功率損耗Pcv≤380kW/m³。采用本發(fā)明的材料制備的磁芯大大降低了待機(jī)或空載、輕載狀態(tài)下“二次電源”的功率損耗，達(dá)到節(jié)能目的。文檔編號H01F1/37GK101409124SQ200810030019公開日2009年4月15日申請日期2008年8月2日優(yōu)先權(quán)日2008年8月2日發(fā)明者盧佛山,葉紹均,吳勇華,吳輝躍,鋒周,姚木有,李宏秀,林慶培,宏王,王京平,練煒科,胡衛(wèi)斌,胡春元,胡永清,蔣勝勇,娟賀,賴永學(xué),黃華清申請人:廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司;廣東肇慶微碩電子有限公司