專利名稱：寬溫超低損耗錳鋅功率鐵氧體材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵氧體材料，特別涉及一種寬溫超低損耗錳鋅功率鐵氧體材料。
背景技術：
隨著電子工業的小型化、多功能化、集成化方向發展，所用電子元器件用軟磁功率鐵氧體材料也得到了更多的應用。同時，隨著消費類電子產品的數字化、高性能化發展，對磁性材料產品提出了更高的要求，如高清數字電視、平板電視的電源電路、DC-DC開關電源及筆記本電腦轉換器等，需要使用高飽和磁 通密度、寬溫應用范圍、高磁導率、低損耗功率鐵氧體材料。近年來國際大公司被中國巨大的市場所吸引，爭先進入中國，對于元器件配套本地化要求強烈，這也為我國軟磁鐵氧體行業帶來了巨大的挑戰和市場需求。目前日本TDK公司、荷蘭飛磁公司、德國西門子、東京鐵氧體等鐵氧體知名公司已開始批量生產PC90、PC95等新一代高飽和磁通密度、寬溫應用范圍、高磁導率、低損耗功率鐵氧體材料。為了電子電路的小型輕量集成化及高性能化發展，開發寬溫、高磁導率、低功耗功率鐵氧體材料是必然發展方向。為了順應電子器件的小型化和微型化發展趨勢，并將我國的產品檔次提高到更高的水平，實現規模生產，擴大高端軟磁功率鐵氧體產品在國際市場的占有率，增加出口創匯，以適應市場對磁性產品的要求是非常必要的。專利申請號為CN1810710A、CN101786871A、CN101786871A的中國專利申請文件雖然公開了一些鐵氧體材料,而這些鐵氧體材料,在25 120°C溫度范圍內體積功耗值均不能達到小于350kW/m3，初始磁導率未達到彡3500的水平，材料的化學成分也不一樣。
發明內容
本發明要達到的目的是提供一種寬溫超低損耗錳鋅功率鐵氧體材料及采用該材料制得的磁芯，該磁芯具有較高的其實磁導率，且在25 120°C溫度范圍內體積功耗值Pv低于350kW/m3，功耗曲線平緩，疊加特性優異。本發明的技術方案是寬溫超低損耗錳鋅功率鐵氧體材料包括主成分和副成分，主成分包括氧化鐵、氧化錳、氧化鋅，所述主成分以各自標準物計的摩爾百分比含量是=Fe2O3 53 55mol%，MnO 32 35mol%，ZnO : 11 13mol% ;副成分包括鉍氧化物、釩氧化物、鈦氧化物、鈷氧化物、鈣氧化物、鉛氧化物，相對所述主成分總量，所述鉍氧化物、釩氧化物、鈦氧化物、鈷氧化物、鈣氧化物、鉛氧化物以其標準物Bi203、V205、Ti02、Co2O3計的總重量百分比含量為0. 091wt% 0. 82wt%,所述副成分 Bi2O3 為 0. 003wt% 0. 10wt%、V2O5 為 0. 003wt% 0. 12wt%、TiO2 為0. 005wt% 0. 20wt%> Co2O3 為 0. 08wt% 0. 40wt%。鐵氧體材料副成分還包括鈣氧化物或鈣氧化物和鉛氧化物，相對所述主成分總量，該副成分以其標準物CaO和PbO計的總重量百分比含量為0. 003wt% 0. 15wt%，其CaO為 0 0. 05wt%> PbO 為 0 0. 05wt%o采用上述材料的制備的鐵氧體磁芯，該磁芯用以下步驟制得
I)混料按權利要求I所述主成分的配比取三種粉料，在轉速200 220rpm下球磨3_4小時；2)預燒將步驟I)球磨后的主成分粉料在900 950°C下預燒，預燒時間為2-4小時；3) 二次球磨摻雜取權利要求I或2所述副成分的配比的粉料與步驟2)預燒后的主成分粉料進行球磨，球磨時間15 18小時，轉速200 220rpm，得到摻雜粉料； 4)摻膠造粒向步驟3)所得的摻雜粉料內加入濃度為6 8g/ml的聚乙烯醇，添加量為鐵氧體料重的15 18wt%，使粉料與聚乙烯醇混合均勻并成為具有一定結合力的顆粒狀態。對干燥后的顆粒進行人工粉碎，振動篩分后得到粒徑< 80 的細小顆粒；5)壓制成型將步驟4)所述的細小顆粒壓制成坯件，壓模壓力300 400MPa，保壓5 IOs ;6)燒結成型燒結步驟5)所述的坯件，燒結溫度為1300 1400°C，升降溫速度40 60°C /h,保溫時間3 5h，保溫階段氧分壓控制在5 8%，燒結后坯料隨爐冷卻。步驟5)所述的壓制成型時，添加硬脂酸鋅潤滑劑I I. 5wt%。。所述磁芯在25°C，f彡IOkHz，B〈0. 5mT時，具有彡3500起始磁導率；且在IOOKHz，200mT，25°C 120°C溫度區域內的功耗值均在350kW/m3以下。鐵氧體在f彡IOkHz,B〈0. 25mT 時，居里溫度彡 220°C ;密度 >4. 9X 103kg/m3。采用本發明所述的技術方案，副成分中的Bi2O3可以提高該系功率鐵氧體的起始磁導率U i和飽和磁通密度Bs，V2O5能夠降低功率損耗，TiO2在降低功率損耗Pv的同時可以提高初始磁導率UyCo2O3能夠改善該錳鋅功率鐵氧體的溫度特性。上述副成分，是所述主成分功率鐵氧體材料達到25 120°C溫度范圍內體積功耗值Pv均低于350kW/m3，功耗曲線平緩特性指標的必要因素。本發明所述鐵氧體磁芯具有如下特征在25°C，f彡10kHz, B〈0. 5mT時，具有彡3500起始磁導率；且在100KHz，200mT，25°C 120°C溫度區域內的功耗值在350kW/m3以下。經過實驗證明，本發明的寬溫超低損耗錳鋅功率鐵氧體粉料具有良好的成型性能，嚴格按照上述工藝燒結所得磁芯，性能穩定可靠。本發明MnO的原料形態為Mn3O4, Mn3O4采用GQ6型號；鐵紅要求Fe2O3純度彡99%，高純ZnO的純度> 99. 7%。所有副成分的純度要求> 99. 0%，硬脂酸鋅為粉末狀，純度要求^ 99. 0%，上述材料均采用市售產品。
圖I為采用寬溫超低損耗錳鋅功率鐵氧體材料制備磁芯的工藝流程圖；圖2為磁芯燒結工藝曲線圖。
具體實施例方式實施例I稱取53. 8mol%Fe203、35mol% 的 MnO 和 11. 2mol% 的 ZnO，其中 Fe2O3 (鐵紅由山東宏祥化工有限公司生產，純度彡99%)；Mn0的原料形態為Mn3O4,Mn3O4 (上海球龍化工有限公司購買);高純ZnO(由江蘇興化升達鋅品廠生產，純度彡99. 7%)。將上述原料稱取混合并于球磨機中濕磨，球磨的轉速200 220rpm，時間3 4小時。將濕磨好的粉料于電阻爐中預燒，預燒工藝930°C X3h，得到預燒好的主成分。相對所述主成分含量，其中所添加的副成分各物質的重量百分比含量分別為三氧化二鉍Bi2O3 = 0. 10wt%、五氧化二釩V2O5=O. 05wt%、二氧化鈦TiO2=O. 05wt%、三氧化二鈷Co2O3=O. 20wt%、氧化I丐CaO=O. 05wt%,稱取的副成分材料為純度99. 9%的Bi2O3粉，純度99. 0%的V2O5粉，純度99. 0%的TiO2粉，純度99. 5%的Co2O3粉，純度99. 0%的CaO粉(其中三氧化二鉍由淄博偉杰稀土有限公司生產、氧化鈣由新 鄉永強鈣業有限公司生產、三氧化二鈷由吳江綠艷化工廠提供、二氧化鈦由錦州朋大鈦白粉制造有限公司生產、五氧化二釩由河南中都化工有限公司生產)。將稱取的副成分同預燒粉料加入高能球磨罐中進行機械濕磨，轉速200 220rpm,球磨時間15 18小時(二次球磨)，將二次球磨的粉料用電動壓機將處理好的粉料壓制成預定模具形狀的坯件，壓模壓力300 400MPa，保壓5 10s，壓制過程中可添加硬脂酸鋅潤滑劑I I. 5wt%。；壓制成
◎25X ^15X7. 5mm環形磁芯和所需的壺形磁芯,成型密度3. 10±0. 15g/cm3,于真空高溫燒結爐中燒結，采用氮氣保護在平衡氣氛下燒結冷卻，燒結工藝曲線如圖2所示。將上述工藝過程制備的磁芯，用GHY-6型功耗儀、JK2772型電感儀、JS1772A型直流磁化電源、CN61M型直流特性測試儀等儀器測得磁芯的相關性能數據如表I所示。實施例2稱取53. 5mol% 的 Fe2O3'34. 5mol% 的 MnO 和 12mol% 的 ZnO，其中 Fe2O3 (鐵紅由山東宏祥化工有限公司生產)，純度彡99% ；MnO的原料形態為Mn3O4,Mn3O4 (上海球龍化工有限公司購買)；高純ZnO (由江蘇興化升達鋅品廠生產)，純度> 99. 7%。將上述原料稱取混合并于球磨機中濕磨，球磨的轉速200 220rpm,時間3 4小時。將濕磨好的粉料于電阻爐中預燒，預燒工藝920°C X 3. 5h，得到預燒好的主成分。相對所述主成分含量，其中所添加的副成分各物質的重量百分比含量分別為=Bi2O3=O. 05wt%、V2O5=O. 05wt%, TiO2=O. 05wt%、Co2O3=O. 18wt%、Ca0=0. 05wt%、Pb0=0. 04wt%，稱取的副成分材料為純度 99. 9% 的 AR 型 Bi2O3粉，純度99. 0%的V2O5粉，純度99. 0%的TiO2粉，純度99. 5%的Co2O3粉，純度99. 0%的CaO粉，純度99. 0%的PbO粉(其中三氧化二鉍由淄博偉杰稀土有限公司生產、氧化鈣由新鄉永強鈣業有限公司生產、三氧化二鈷由吳江綠艷化工廠提供、二氧化鈦由錦州朋大鈦白粉制造有限公司生產、五氧化二釩由河南中都化工有限公司生產、一氧化鉛由湖北欣達利生化有限公司生產)。將稱取的副成分同預燒粉料加入高能球磨罐中進行機械濕磨，轉速200 220rpm，球磨時間15 18小時(二次球磨)，將二次球磨的粉料用電動壓機將處理好的粉料壓制成預定模具形狀的坯件，壓模壓力300 400MPa，保壓5 10s，壓制過程中可添加硬脂酸鋅潤滑劑I I. 5wt%。;壓制成￠25 X ￠15 X 7. 5mm環形磁芯和所需的壺形磁芯，成型密度3. 05±0. 15g/cm3，于真空高溫燒結爐中燒結，采用氮氣保護在平衡氣氛下燒結冷卻，燒結工藝曲線如圖2所示。將上述工藝過程制備的磁芯，用GHY-6型功耗儀、JK2772型電感儀、JS1772A型直流磁化電源、CN61M型直流特性測試儀等儀器測得磁芯的相關性能數據如表I所示。實施例3稱取57. Omo 1% 的 Fe2O3'32. Omo 1% 的 MnO 和 11. Omo 1% 的 ZnO，其中 Fe2O3 (鐵紅由山東宏祥化工有限公司生產)純度彡99% ；MnO的原料形態為Mn3O4, Mn3O4 (上海球龍化工有限公司購買);高純ZnO (由江蘇興化升達鋅品廠生產)純度>99.7%。將上述原料稱取混合并于球磨機中濕磨，球磨的轉速200 220rpm,時間3 4小時。將濕磨好的粉料于電阻爐中預燒，預燒工藝920°C X3.5h，得到預燒好的主成分。相對所述主成分含量，其中所添加的副成分各物質的重量百分比含量分別為=Bi2O3=O. 006wt%、V2O5=O. 10wt%、TiO2=O. 01wt%、Co2O3=O. 15wt%、CaO=O. 01wt%、PbO=O. 01wt%，稱取的副成分材料為純度 99. 9% 的 Bi2O3 粉，純度99. 0%的V2O5粉，純度99. 0%的TiO2粉，純度99. 5%的Co2O3粉，純度99. 0%的CaO粉，純度99. 0%的PbO粉(其中三氧化二鉍由淄博偉杰稀土有限公司生產、氧化鈣由新鄉永強 鈣業有限公司生產、三氧化二鈷由吳江綠艷化工廠提供、二氧化鈦由錦州朋大鈦白粉制造有限公司生產、五氧化二釩由河南中都化工有限公司生產、一氧化鉛由湖北欣達利生化有限公司生產)。將稱取的副成分同預燒粉料加入高能球磨罐中進行機械濕磨，轉速200 220rpm，球磨時間15 18小時(二次球磨)，將二次球磨的粉料用電動壓機將處理好的粉料壓制成預定模具形狀的坯件，壓模壓力300 400MPa，保壓5 10s，壓制過程中可添加硬脂酸鋅潤滑劑I I. 5wt%。;壓制成￠25 X ￠15 X 7. 5mm環形磁芯和所需的壺形磁芯，成型密度3. 05±0. 15g/cm3，于真空高溫燒結爐中燒結，采用氮氣保護在平衡氣氛下燒結冷卻，燒結工藝曲線如圖2所示。實施例4稱取53. Omo 1% 的 Fe2O3^34. 5mol% 的 MnO 和 12. 5mol% 的 ZnO,，其中 Fe2O3 (鐵紅由山東宏祥化工有限公司生產)純度彡99% ；MnO的原料形態為Mn3O4, Mn3O4 (上海球龍化工有限公司購買);高純ZnO (江蘇興化升達鋅品廠生產)純度>99.7%。將上述原料稱取混合并于球磨機中濕磨，球磨的轉速200 220rpm,時間3 4小時。將濕磨好的粉料于電阻爐中預燒，預燒工藝920°C X3.5h，得到預燒好的主成分。相對所述主成分含量，其中所添加的副成分各物質的重量百分比含量分別為Bi203=0. 003wt%、V2O5=O. 005wt%、TiO2=O. 008wt%、Co2O3=O. 32wt%、CaO=O. 005wt%、PbO=O. 005wt%,稱取的副成分材料為純度 99. 9% 的 Bi2O3粉，純度99. 0%的V2O5粉，純度99. 0%的TiO2粉，純度99. 5%的Co2O3粉，純度99. 0%的CaO粉，純度為99. 0%的PbO粉(其中三氧化二鉍由淄博偉杰稀土有限公司生產、氧化鈣由新鄉永強鈣業有限公司生產、三氧化二鈷由吳江綠艷化工廠提供、二氧化鈦由錦州朋大鈦白粉制造有限公司生產、五氧化二釩由河南中都化工有限公司生產、一氧化鉛由湖北欣達利生化有限公司生產)。將稱取的副成分同預燒粉料加入高能球磨罐中進行機械濕磨，轉速200 220rpm，球磨時間15 18小時(二次球磨)，將二次球磨的粉料用電動壓機將處理好的粉料壓制成預定模具形狀的坯件，壓模壓力300 400MPa，保壓5 10s，壓制過程中可添加硬脂酸鋅潤滑劑I I. 5wt%0 ;壓制成0>25X OU5X7. 5mm環形磁芯和所需的壺形磁芯，成型密度3. 05±0. 15g/cm3，于真空高溫燒結爐中燒結，采用氮氣保護在平衡氣氛下燒結冷卻，燒結工藝曲線如圖2所示。將上述工藝過程制備的磁芯，用GHY-6型功耗儀、JK2772型電感儀、JS1772A型直流磁化電源、CN61M型直流特性測試儀等儀器測得磁芯的相關性能數據如表I所示。
表I本發明制得環形磁芯材料性能
權利要求
1.一種寬溫超低損耗錳鋅功率鐵氧體材料，其特征在于該材料成分包括主成分和副成分，主成分包括氧化鐵、氧化錳、氧化鋅，所述主成分以各自標準物計的摩爾百分比含量是Fe2O3 :53 55mol%, MnO :32 35mol%, ZnO :11 13mol% ;副成分包括鉍氧化物、釩氧化物、鈦氧化物、鈷氧化物、鈣氧化物、鉛氧化物，相對所述主成分總量，所述鉍氧化物、釩氧化物、鈦氧化物、鈷氧化物、鈣氧化物、鉛氧化物以其標準物Bi203、V2O5, TiO2, Co2O3計的總重量百分比含量為0. 091wt% 0. 82wt%,所述副成分Bi2O3為0. 003wt% 0. 10wt%、V2O5為0.003wt% 0. 12wt%> TiO2 為 0. 005wt% 0. 20wt%> Co2O3 為 0. 08wt% 0. 40wt%。
2.根據權利要求I所述的鐵氧體材料，其特征在于鐵氧體材料副成分還包括鈣氧化物或鈣氧化物和鉛氧化物，相對所述主成分總量，該副成分以其標準物CaO和PbO計的總重量百分比含量為 0. 003wt% 0. 15wt%,其 CaO 為 0 0. 05wt%、PbO 為 0 0. 05wt%。
全文摘要
本發明涉及一種寬溫超低損耗錳鋅功率鐵氧體材料，該鐵氧體材料成分包括主成分和副成分，主成分包括氧化鐵、氧化錳、氧化鋅，副成分包括鉍氧化物、釩氧化物、鈦氧化物、鈷氧化物、鈣氧化物、鉛氧化物。該鐵氧體材料具有良好的成型性能，采用該材料制得的磁芯具有較高的其實磁導率，且在25～120℃溫度范圍內體積功耗值Pv低于350kW/m3，功耗曲線平緩，疊加特性優異。
文檔編號C04B35/26GK102795849SQ20121033857
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者鄒興政, 李方, 王宏, 張十慶, 唐銳, 李濟林, 劉海定 申請人:重慶材料研究院