專利名稱：一種光伏逆變器用磁性材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光伏逆變器用磁性材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)于可再生能源的關(guān)注越來越多。在太陽能、 風(fēng)能、潮汐能等各類可再生能源中，太陽能成為了人們的首選。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池等共同組成。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏逆變器是整個(gè)太陽能系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，是光伏系統(tǒng)的核心，太陽能是通過電池板轉(zhuǎn)化產(chǎn)生電能的。 但是，電池板所轉(zhuǎn)化的電力是直流電，要真正成為多數(shù)場(chǎng)合可使用的交流電就少不了一個(gè)特殊的裝備——逆變器，逆變器的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，光伏逆變器為光伏系統(tǒng)核心器件。逆變器性能的改進(jìn)對(duì)于提高系統(tǒng)的可靠性、效率，提高系統(tǒng)的壽命、降低成本至關(guān)重要。逆變電源按變換方式可分為工頻變換和高頻變換，但無論哪一種變換方式都需要使用磁性材料。在逆變器采用工頻變壓器的主電路中，起隔離及功率變換作用的電磁元件是工頻變壓器，由于工作頻率較低，只有50或60Hz，磁性材料多數(shù)采用冷軋取向硅鋼片疊裝而成，因此，工頻變壓器體積大，重量重；在逆變器采用高頻變壓器絕緣的主電路中，起隔離及功率變換作用的電磁元件是高頻變壓器，早期電路工作頻率在15 20KHz之間，由于冷軋取向硅鋼片在此頻率下功率損耗(簡(jiǎn)稱功耗)過大，已不能使用，而采用鐵硅鋁磁粉心或MnSi軟磁鐵氧體等磁性材料制造成磁芯；但隨著逆變器逆變技術(shù)正向著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展，電路工作頻率不斷提高，鐵硅鋁磁粉心的功耗隨著工作頻率的提高急劇增大而無法使用，在這種情況下只能采用MnSi鐵氧體材料磁芯，這是由于MnSi鐵氧體在高頻下的具有較低的功耗，MnSi鐵氧體材料另一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是其成本要大大低于鐵硅鋁磁粉心。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的特殊性，逆變器工作電路中直流疊加成分較多，同時(shí)工作磁場(chǎng)強(qiáng)度較大，因此并非普通的MnSi鐵氧體材料磁芯都能滿足要求。工作于光伏逆變器中的 MnZn鐵氧體材料磁芯必須具有較好的電磁性能，即高頻低功耗，同時(shí)其直流疊加特性優(yōu)良。另外，對(duì)于IKW以上的大功率光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于轉(zhuǎn)換功率較大，往往需要使用大尺寸的MnSi鐵氧體材料磁心，這些磁心的重量都在IKg以上，甚至達(dá)到16Kg，由于工作在高頻強(qiáng)場(chǎng)下，磁心溫度較高，為保證逆變器安全可靠的工作，要求磁心具有較低的熱膨脹系數(shù)，否則大尺寸的鐵氧體磁心受熱膨脹時(shí)很容易將繞組或骨架撐破，從而無法正常工作；另一個(gè)無法忽視的方面是，大尺寸的鐵氧體磁心工作在高頻強(qiáng)場(chǎng)下其磁致伸縮累積效應(yīng)更明顯，會(huì)大大影響逆變器工作的可靠性與穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)周圍的電器產(chǎn)生明顯的電磁干擾，影響其它電子設(shè)備的正常工作。因此，要求鐵氧體材料的磁致伸縮系數(shù)盡可能的低。綜上所述，用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的MnSi鐵氧體材料，必須同時(shí)具有以下兩方面的特性一方面是熱膨脹系數(shù)以及磁致伸縮系數(shù)要盡可能的低，另一方面要求高頻強(qiáng)場(chǎng)下功耗較低、直流疊加特性優(yōu)良。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般電子電路變壓器(例如開關(guān)電源變壓器)和扼流圈對(duì)MnSi鐵氧體材料磁芯的要求，這是由于一般電子電路變壓器通常尺寸較小，轉(zhuǎn)換功率較低，通常在幾瓦到幾百瓦之間，因此，一般電子電路變壓器對(duì)MnSi鐵氧體材料磁芯通常只有上述第二方面的要求。人們?cè)诮档筒牧系墓?、改善直流疊加特性等方面做了大量的工作，在中國(guó)發(fā)明專利ZL 01112082. 7中公布了通過控制P元素的含量，并改進(jìn)燒結(jié)工藝，獲得高頻電源變壓器用低功耗鐵氧體材料的方法；在中國(guó)發(fā)明專利ZL 00U6316. 1中公布了通過引入Si02、CaO、NiO以及等，
從而獲得了用于電源變壓器的具有低功耗和高飽和磁通密度的鐵氧體材料。上述這些專利主要是為了降低開關(guān)電源變壓器或者是扼流圈用MnSi鐵氧體材料功耗并提高其飽和磁通密度，而對(duì)如何降低磁心熱膨脹系數(shù)和磁致伸縮系數(shù)基本沒有考慮，這是由于一般電子電路變壓器通常尺寸較小，轉(zhuǎn)換功率較低，通常在幾瓦到幾百瓦之間，因此，一般電子電路變壓器對(duì)MnSi鐵氧體材料磁芯的熱膨脹系數(shù)和磁致伸縮系數(shù)通常不作考慮。目前用于光伏逆變器的Mnai鐵氧體材料其大致性能特性是熱膨脹系數(shù)約為12X10—6 ；磁致伸縮系數(shù)約為-0. 6X10—6 ；在25°C下的磁導(dǎo)率為2300士25% ；在25°C 和100°C條件下的飽和磁通密度分別是5 IOmT和400mT ；在100°C、25KHz X 200mT以及 IOOKHz X 200mT條件下的功耗分別為70mW/cm3和420mW/cm3。該材料在頻率在25KHz以下工作還是比較合適的，但隨著逆變技術(shù)朝著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展，逆變器需要綜合性能更好的MnSi鐵氧體材料。本發(fā)明正是基于該現(xiàn)狀而提出的，其目的在于，提供得到同時(shí)具有低熱膨脹系數(shù)和低磁致伸縮系數(shù)以及高頻低功耗、高飽和磁通密度的性能優(yōu)異的磁性材料及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種光伏逆變器用低熱膨脹系數(shù)和低磁致伸縮系數(shù)、高頻低功耗、高飽和磁通密度的性能優(yōu)異的磁性材料及制備方法，。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種光伏逆變器用磁性材料，其特征是該磁性材料是一種MnSi鐵氧體，包括主成分和輔助成分，主成分包含換算為(摩爾比)Je2O3 :51. 5 57. 5mol%, ZnO :4. 5 15. 5mol%，余量為MnO ；輔助成分包括Eu203、Al2O3 ；另外還包括其他輔助成分CaO、SiO2, MgO、Nb2O5和^O2中的1種或1種以上，所述輔助成分相對(duì)于主成分總量含量如下(重量比)Eu2O3 0. 05 0. 15wt%, Al2O3 :0. 008 0. IOwt CaO 0 0. 15wt %、SiO2 :0 0. 035wt %、MgO :0 0. 50wt %、Nb2O5 0 0. 06wt %、ZrO2 0 0. 055wt%。下面，對(duì)本發(fā)明的主成分和輔助成分的數(shù)值范圍的限定理由進(jìn)行說明。當(dāng)Fii2O3的組成小于51. 5mol %，或ZnO的組成大于15. 5mol %時(shí)，難以獲得較高的飽和磁通密度。當(dāng)狗203的組成大于57. 5mol%，盡管可以獲得較高的飽和磁通密度，但是功耗明顯加大。此外，當(dāng)SiO的組成小于4. 5m0l%時(shí)，產(chǎn)品功耗亦明顯加大。本發(fā)明涉及的鐵氧體，作為輔助成分，加入0. 01 0.Eu2O3和0. 008 0. 10wt%的Al2O3是為了獲得較低的熱膨脹系數(shù)和較低的磁致伸縮系數(shù)。當(dāng)Eu2O3的含有量小于0. 05Wt%，或Al2O3的含有量小于0. 008Wt%時(shí)，對(duì)降低材料的熱膨脹系數(shù)和磁致伸縮系數(shù)效果不明顯。而當(dāng)Eu2O3的含有量大于0. 15wt%，或Al2O3的含有量大于0. 10wt%時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致鐵氧體功耗明顯上升，同時(shí)飽和磁通密度下降。此外，Eu2O3和Al2O3需要同時(shí)添加， 單獨(dú)添加Al2O3時(shí)，會(huì)使鐵氧體功耗明顯上升，而飽和磁通密度下降；單獨(dú)添加Eu2O3時(shí)，盡管會(huì)使飽和磁通密度明顯上升，鐵氧體功耗下降，但降低材料的熱膨脹系數(shù)和磁致伸縮系數(shù)效果不很明顯。本發(fā)明涉及的鐵氧體，作為其他輔助成分010、3102、1%0、他205和&02，需要加入其中至少1種或1種以上，加入0 0. 15wt % Ca0、0 0. 035wt %的SiO2,主要是為了在鐵氧體燒結(jié)時(shí)，在鐵氧體的晶粒邊界上形成高電阻層，從而達(dá)到降低鐵氧體功耗的目的。當(dāng)CaO的含有量大于0. 15wt%時(shí)，或SW2的含有量大于0. 035wt%時(shí)，將會(huì)使鐵氧體在燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生不連續(xù)晶粒生長(zhǎng)，從而使鐵氧體的功耗急劇上升；加入0 0. 50襯％的Mg0、0 0. 06wt% 的Nb205、0 0. 055wt%的，可以降低鐵氧體的燒結(jié)溫度，降低鐵氧體的功耗，并提高鐵氧體的飽和磁通密度。當(dāng)MgO的含有量大于0. 5wt%,Nb2O5的含有量大于0. 06wt%,Zr02的含有量大于0. 055wt%時(shí)，容易引起鐵氧體晶粒異常生長(zhǎng)，從而有惡化鐵氧體性能的傾向。本發(fā)明一種光伏逆變器用磁性材料及制備方法，其特征是包括以下步驟1〕將主成分F%03、Mn3O4, ZnO加入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)或球磨機(jī)中進(jìn)行研磨、然后再經(jīng)過噴霧干燥造粒、在回轉(zhuǎn)窯或箱式爐中850 950°C預(yù)燒，得到鐵氧體預(yù)燒料；2〕將鐵氧體預(yù)燒料同輔助成分一道加入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)或球磨機(jī)中進(jìn)行研磨，得到鐵氧體料漿，隨后加入10%的PVA溶液(濃度為10% )進(jìn)行噴霧干燥造粒，得到鐵氧體粉料；3〕將鐵氧體粉料經(jīng)壓機(jī)壓制得到密度為3. 0士0. 2g/cm3的鐵氧體毛坯，鐵氧體毛坯可以是各種形狀。將毛坯在真空燒結(jié)爐或鐘罩爐或N2保護(hù)推板窯內(nèi)，在氧分壓為1 10%的平衡氣氛中，在1280 1380°C溫度下燒結(jié)2 5小時(shí)。通過這樣的制造方法，就能容易地制造本發(fā)明的磁性材料。本發(fā)明的有益效果是獲得了一種光伏逆變器用高頻低功耗、高飽和磁通密度、低熱膨脹系數(shù)和低磁致伸縮系數(shù)的性能優(yōu)異的磁性材料。滿足了逆變器進(jìn)一步朝著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展的迫切需求。利用本發(fā)明方法制備的磁性材料的特征是熱膨脹系數(shù)小于8X 10_6 ；磁致伸縮系數(shù)小于-0. 3X IO"6 ；在25°C下的磁導(dǎo)率為2100士25% ；在25°C和100°C條件下的飽和磁通密度分別大于530mT和430mT ；在100°C、2^(Hz X 200mT以及100KHzX200mT條件下的功耗分別小于 65mW/cm3 和 320mW/cm3。
具體實(shí)施例方式以下，基于實(shí)施方式說明本發(fā)明。1)原材料稱量按主成分配方稱取原材料，原材料為 ^203、Ζη0以及Μη304。主成分配方包含換算為(摩爾比):Fe203 :51. 5 57. 5mol %，ZnO 4. 5 15. 5mol %，余量為MnO02) 一次砂磨將稱量好的原材料放入砂磨機(jī)中，進(jìn)行濕式砂磨，料漿含水量 30% 50%，砂磨時(shí)間0. 5 1. 0小時(shí)；3) 一次噴霧干燥造粒在原材料料漿中加入約10% PVA溶液(濃度為10% )，進(jìn)行一次噴霧干燥造粒；
4)預(yù)燒將一次噴霧干燥造粒粉料通過回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，燒溫度為850 950°C ；5)輔助成分添加添加下列輔助成分，輔助成分相對(duì)于主成分總量含量如下(重量百分比)Eu2O3 0. 05 0. 15wt Al2O3 :0. 008 0. IOwt %,另夕卜，還需再添加 CaO 0 0. 15wt %、SiO2 :0 0. 035wt %、MgO :0 0. 50wt %、Nb2O5 0 0. 06wt %、ZrO2 0 0. 055wt%中的1種或1種以上。6) 二次砂磨將鐵氧體預(yù)燒料及上述輔助成分放入砂磨機(jī)中，進(jìn)行濕式砂磨，料漿含水量30% 50%，砂磨時(shí)間1. 5 2. 5小時(shí)；；7) 二次噴霧干燥造粒在鐵氧體料漿中加入約10% PVA溶液(濃度為10% )，進(jìn)行二次噴霧干燥造粒；8)成型將二次噴霧干燥造粒鐵氧體粉料進(jìn)行壓制成密度為3. 0 士0. 2g/cm3的鐵氧體毛坯；9)燒結(jié)將毛坯在真空燒結(jié)爐或鐘罩爐或N2保護(hù)推板窯內(nèi)，按以下燒結(jié)溫度曲線和氣氛控制從室溫到600°C，此為排膠階段，升溫較為平緩，這有利于排膠充分，升溫速率 50 150°C /hr,空氣氣氛；排膠結(jié)束后，升溫速率提高到150 300°C /hr,空氣氣氛；燒結(jié)溫度1280 1380°C，保溫2 5小時(shí)，燒結(jié)平衡氧分壓為1 10% ；保溫結(jié)束到1100°C左右的降溫階段，氧含量控制在0. 05 2%，降溫速率100 150°C /hr ；從1100°C開始，快速降溫到室溫，降溫速率150 250°C /h，氧含量控制在0. 01%以下。上述配方和制備方法完全能使磁性材料達(dá)到本發(fā)明所述性能參數(shù)。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，然而本發(fā)明并不限定于這些設(shè)施例。為進(jìn)一步說明本發(fā)明的有益效果，列舉了比較例1和比較例2。其中比較例1對(duì)應(yīng)的MnSi鐵氧體材料主要用于開關(guān)電源變壓器或者是扼流圈用有關(guān)領(lǐng)域，盡管鐵氧體功耗較小，但其熱膨脹系數(shù)和磁致伸縮系數(shù)較大，熱膨脹系數(shù)為 15. 5X 10_6，磁致伸縮系數(shù)約為-1. OX 10_6，但由于熱膨脹系數(shù)和磁致伸縮系數(shù)較大，不適宜制作大尺寸高功率鐵氧體磁心，另外，其飽和磁通密度不夠高，因而其直流疊加特性不夠優(yōu)良；比較例2對(duì)應(yīng)的Mnai鐵氧體材料，因熱膨脹系數(shù)和磁致伸縮系數(shù)有所減小，盡管在目前仍能作為光伏逆變器用鐵氧體材料，但由于其功耗偏高，飽和磁通密度不夠高，其直流疊加特性不夠優(yōu)良，因而不能滿足光伏逆變器進(jìn)一步朝著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展的需求。表1列出實(shí)施例1和比較例2中用于光伏逆變器的鐵氧體磁心尺寸、重量、傳輸功率以及允許通過的最大電流。盡管兩者電感量相同，電感量為1. OOmH左右，但實(shí)施例1中磁心尺寸和重量明顯小于比較例2，其中，實(shí)施例1磁心尺寸為UU120X 160X 20，長(zhǎng)160mm、 寬120mm、厚20mm，重量為1. 24Kg,比較例2中磁心尺寸為UU120 X 310 X 20mm，長(zhǎng)310mm、寬 120mm、厚20mm，重量為2. IlKgo由于實(shí)施例1中鐵氧體材料具有高頻功耗更低和飽和磁通密度更高，因而其直流疊加特性明顯優(yōu)于比較例2，實(shí)施例1中磁心允許通過的最大直流電流為23A(當(dāng)電感器中通入直流電時(shí)，電感量會(huì)下降，其電感量下降10%所對(duì)應(yīng)的直流電流稱為允許通過的最大直流電流)，而比較例2中磁心允許通過的最大直流電流為20A，因而實(shí)施例1磁心能在更高的磁通密度下工作，在體積和重量減小的情況下，能夠傳輸基本相同的功率，其中實(shí)施例1最大輸出功率3. 23KW，比較例2最大傳輸功率3. 14KW。
表2列出實(shí)施例1和比較例2中兩種用于光伏逆變器的鐵氧體磁心的直流疊加特性，實(shí)施例1中磁心電感在通入23A時(shí)，電感量下降10%，比較例2中磁心電感在通入20A 時(shí)，電感量下降10%，顯然實(shí)施例1中磁心直流疊加特性更加優(yōu)良。本發(fā)明一種光伏逆變器用磁性材料，是一種具有更低熱膨脹系數(shù)和更低磁致伸縮系數(shù)同時(shí)具有高頻低功耗和更高飽和磁通密度的性能優(yōu)異的MnSi鐵氧體材料，完全能滿足光伏逆變器進(jìn)一步朝著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展的需求。實(shí)施例1 按主成分配方(摩爾比)=Fe2O3 :54. 6mol %, ZnO :10. 8mol %, MnO 34. 6mol %，稱取F%03、Mn3O4和加0。投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，料漿含水量 40%,砂磨時(shí)間0. 5小時(shí)，將料漿在一次噴霧造粒后，在850度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒。 隨后預(yù)燒料投入預(yù)先加有去離子水砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，料漿含水量30 %，砂磨過程中相對(duì)所述主成分含量，加入Eu2O3 :0. 06wt%, Al2O3 :0. 09wt%，另外，還添加CaO :0. 08wt %, SiO2 :0. 005wt%, MgO :0. 03wt%, Nb2O5 :0. 02wt%，砂磨時(shí)間 1. 5 小時(shí)，控制砂磨的平均粒徑為1. 1 士 0.3μπι。最后進(jìn)行二次噴霧得到MnSi鐵氧體顆粒料粉。取該顆粒料成型壓制 Φ 25mmX Φ 15mmX7. 5mm、密度大約為 3. 0士0. 2g/cm3 的圓環(huán)。另外，為研究其在光伏逆變器上實(shí)際應(yīng)用情況，壓制成U型大尺寸磁心，燒結(jié)后兩只磁心拼接構(gòu)成一個(gè)近似方環(huán)形磁心(保留一定的氣隙)，尺寸為UU120X160X20，長(zhǎng) 160mm、寬120mm、厚20mm，重量為1. 24Kg。在其上繞制兩組各60匝直徑為3mm的絕緣銅線繞組，測(cè)量其電感直流疊加特性，以及輸出功率。表1示出測(cè)量結(jié)果，電感量為1. OlmH，最大輸出功率3. 23KW，允許通過的最大直流電流為23A。燒結(jié)后燒結(jié)按以下燒結(jié)溫度曲線和氣氛控制從室溫到600°C，此為排膠階段，升溫較為平緩，這有利于排膠充分，升溫速率50 150°C /hr，空氣氣氛；排膠結(jié)束后，升溫速率提高到150 300°C /hr，空氣氣氛；燒結(jié)溫度1335°C，保溫3小時(shí)，平衡氧分壓為8%;從保溫結(jié)束到1100°C左右的降溫階段，氧含量控制在0. 05 2%，降溫速率100 150°C /hr ； 從1100°C開始，快速降溫到室溫，降溫速率150 250°C /hr，氧含量控制在0. 01%以下。獲得的磁環(huán)性能為熱膨脹系數(shù)為7. 9X 10_6 ；磁致伸縮系數(shù)約為-0. 29X10^ ；在 25°C下的磁導(dǎo)率為2250 ；在25°C和100°C條件下的飽和磁通密度分別是M5mT和445mT ；在 100°C>25KHzX200mT 以及 IOOKHz X 200mT 條件下的功耗分別為 58mW/cm3 和 ^5mW/cm3。實(shí)施例2 按主成分配方(摩爾比)=Fe2O3 :53. 5mol %, ZnO :12. 5mol %, MnO 34. Omol %，稱取F%03、Mn3O4和加0。投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，料漿含水量40 %，砂磨時(shí)間0. 5小時(shí)，將料漿在一次噴霧造粒后，在900度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒。隨后預(yù)燒料投入預(yù)先加有去離子水砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，料漿含水量30%，砂磨過程中相對(duì)所述主成分含量，加入 Eu2O3 0. IOwt Al2O3 0. 05wt %, CaO :0. 03wt %, SiO2 0. Olwt %，另夕卜，還添加 CaO 0. 03wt %, SiO2 :0. Olwt %、MgO :0. IOwt Nb2O5 :0. 03wt %,
: 0 . 03wt%，砂磨時(shí)間1.5小時(shí)，控制砂磨的平均粒徑為1. 1 士0. 3μπι。最后進(jìn)行二次噴霧得到MnSi鐵氧體顆粒料粉。取該顆粒料成型壓制Φ25πιπιΧ Φ 15mmX7. 5mm、密度大約為3.0士0. 2g/cm3的圓環(huán)，燒結(jié)按以下燒結(jié)溫度曲線和氣氛控制從室溫到600°C，此為排膠階段，升溫較為平緩，這有利于排膠充分，升溫速率50 150°C /hr，空氣氣氛；排膠結(jié)束后，升溫速率提高到150 300°C /hr，空氣氣氛；燒結(jié)溫度1325°C，保溫3小時(shí)，平衡氧分壓為5% ；從保溫結(jié)束到1100°C左右的降溫階段，氧含量控制在0. 05 2%，降溫速率100 150°C /hr ；從1100°C開始，快速降溫到室溫，降溫速率150 250°C /h，氧含量控制在0.01%以下。獲得的磁環(huán)性能為熱膨脹系數(shù)為7. 5 X ΙΟ"6 ；磁致伸縮系數(shù)約為-0. 24X10^ ；在 25°C下的磁導(dǎo)率為2350 ；在25°C和100°C條件下的飽和磁通密度分別是MOmT和438mT ；在 100°C>25KHzX200mT 以及 IOOKHz X 200mT 條件下的功耗分別為 55mW/cm3 和 300mW/cm3。實(shí)施例3 按主成分配方(摩爾比)=Fe2O3 :51. 9mol %, ZnO :15. Imol %, MnO 33. Omol %，稱取F%03、Mn3O4和加0。投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，料漿含水量 40%,砂磨時(shí)間0. 5小時(shí)，將料漿在一次噴霧造粒后，在870度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒。 隨后預(yù)燒料投入預(yù)先加有去離子水砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，料漿含水量30 %，砂磨過程中相對(duì)所述主成分含量，加入Eu2O3 :0. 15wt %、Al2O3 :0. 03wt %，另外，還添加CaO :0. (Mwt %、 SiO2 0. 015wt%, Nb2O5 :0. 02wt%, ZrO2 :0. 03wt%，砂磨時(shí)間 1. 5 小時(shí)，控制砂磨的平均粒徑為1. 1 士 0.3μπι。最后進(jìn)行二次噴霧得到MnSi鐵氧體顆粒料粉。取該顆粒料成型壓制 Φ25πιπιΧ Φ15πιπιΧ7. 5mm、密度大約為3. 0士0. 2g/cm3的圓環(huán)，燒結(jié)按以下燒結(jié)溫度曲線和氣氛控制從室溫到600°C，此為排膠階段，升溫較為平緩，這有利于排膠充分，升溫速率 50 150°C /hr,空氣氣氛；排膠結(jié)束后，升溫速率提高到150 300°C /hr,空氣氣氛；燒結(jié)溫度1315°C，保溫3小時(shí)，平衡氧分壓為3% ；從保溫結(jié)束到1100°C左右的降溫階段，氧含量控制在0. 05 1. 5%，降溫速率100 150°C /hr ；從1100°C開始，快速降溫到室溫，降溫速率150 250°C /h，氧含量控制在0.01%以下。獲得的磁環(huán)性能為熱膨脹系數(shù)為7. OX 10_6 ；磁致伸縮系數(shù)約為-0. 20X ΙΟ"6 ；在 25°C下的磁導(dǎo)率為2180 ；在25°C和100°C條件下的飽和磁通密度分別是530mT和430mT ；在 100°C>25KHzX200mT 以及 IOOKHz X 200mT 條件下的功耗分別為 61mW/cm3 和 305mW/cm3。實(shí)施例4 按主成分配方(摩爾比)=Fe2O3 :55. 3mol %，ZnO 9. 5mol %, MnO 35. 2mol %，稱取F%03、Mn3O4和加0。投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，料漿含水量 40%,砂磨時(shí)間0. 5小時(shí)，將料漿在一次噴霧造粒后，在920度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒。 隨后預(yù)燒料投入預(yù)先加有去離子水砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，料漿含水量30%，砂磨過程中相對(duì)所述主成分含量，加入Eu2O3 0. IOwt %、Al2O3 :0. 06wt %，另外，還添加CaO :0. 06wt %、 SiO2 :0. OlOwtMgO :0. 30wt%, Nb2O5 :0. 06wt%，砂磨時(shí)間 2. 0 小時(shí)，控制砂磨的平均粒徑為1. 1 士 0.3μπι。最后進(jìn)行二次噴霧得到MnSi鐵氧體顆粒料粉。取該顆粒料成型壓制 Φ 25mmX Φ 15mmX7. 5mm、密度大約為3. 0士0. 2g/cm3的圓環(huán)，燒結(jié)按以下燒結(jié)溫度曲線和氣氛控制從室溫到600°C，此為排膠階段，升溫較為平緩，這有利于排膠充分，升溫速率 50 150°C /hr,空氣氣氛；排膠結(jié)束后，升溫速率提高到150 300°C /hr,空氣氣氛；燒結(jié)溫度1355°C，保溫4小時(shí)，平衡氧分壓為2% ；從保溫結(jié)束到1100°C左右的降溫階段，氧含量控制在0. 05 1%，降溫速率100 150°C /hr ；從1100°C開始，快速降溫到室溫，降溫速率150 250°C /h，氧含量控制在0.01%以下。獲得的磁環(huán)性能為熱膨脹系數(shù)為7. 6X 10_6 ；磁致伸縮系數(shù)約為-0. 25X 10_6 ；在 25°C下的磁導(dǎo)率為2050 ；在25°C和100°C條件下的飽和磁通密度分別是550mT和435mT ；在 100°C>25KHzX200mT 以及 IOOKHz X 200mT 條件下的功耗分別為 63mW/cm3 和 312mW/cm3。實(shí)施例5 按主成分配方(摩爾比)=Fe2O3 :57. Omol %，ZnO 5. Omol %, MnO 38. Omol %，稱取F%03、Mn3O4和加0。投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，料漿含水量40%,砂磨時(shí)間0. 5小時(shí)，將料漿在一次噴霧造粒后，在950度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒。 隨后預(yù)燒料投入預(yù)先加有去離子水砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，料漿含水量30 %，砂磨過程中相對(duì)所述主成分含量，加入Eu2O3 :0. 15wt%, Al2O3 :0. 08wt%，另外，還添加CaO :0. IOwt SiO2 0. 015wt%, MgO :0. 50wt%, ZrO2 :0. 055wt%，砂磨時(shí)間 2. 0 小時(shí)，控制砂磨的平均粒徑為1. 1 士 0.3μπι。最后進(jìn)行二次噴霧得到MnSi鐵氧體顆粒料粉。取該顆粒料成型壓制 Φ25πιπιΧ Φ15πιπιΧ7. 5mm、密度大約為3. 0士0. 2g/cm3的圓環(huán)，燒結(jié)按以下燒結(jié)溫度曲線和氣氛控制從室溫到600°C，此為排膠階段，升溫較為平緩，這有利于排膠充分，升溫速率 50 150°C /hr,空氣氣氛；排膠結(jié)束后，升溫速率提高到150 300°C /hr,空氣氣氛；燒結(jié)溫度1370°C，保溫5小時(shí)，平衡氧分壓為；從保溫結(jié)束到1100°C左右的降溫階段，氧含量控制在0. 05 2%，降溫速率100 150°C /hr ；從1100°C開始，快速降溫到室溫，降溫速率150 250°C /h，氧含量控制在0. 01%以下。獲得的磁環(huán)性能為熱膨脹系數(shù)為7. 4X ΙΟ"6 ；磁致伸縮系數(shù)約為-0. 24X ΙΟ"6 ；在 25°C下的磁導(dǎo)率為1980 ；在25°C和100°C條件下的飽和磁通密度分別是560mT和460mT ；在 100°C>25KHzX200mT 以及 IOOKHz X 200mT 條件下的功耗分別為 65mW/cm3 和 320mW/cm3。比較例1 按主成分配方(摩爾比):Fe203 :53. 5mol %, ZnO :12. 5mol %, MnO 34. Omol %，稱取F%03、Mn3O4和加0。投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，料漿含水量 40%,砂磨時(shí)間0. 5小時(shí)，將料漿在一次噴霧造粒后，在900度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒。 隨后預(yù)燒料投入預(yù)先加有去離子水砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，料漿含水量30 %，砂磨過程中相對(duì)所述主成分含量，加入 CaO 0. 03wt%, SiO2 :0. 01wt%, MgO :0. 1 OwtNb2O5 :0. 03wt%,
: 0 . 03wt%，砂磨時(shí)間1.5小時(shí)，控制砂磨的平均粒徑為1. 1 士0. 3μπι。最后進(jìn)行二次噴霧得到MnSi鐵氧體顆粒料粉。取該顆粒料成型壓制Φ25πιπιΧ Φ 15mmX7. 5mm、密度大約為3.0士0. 2g/cm3的圓環(huán)，燒結(jié)按按以下燒結(jié)溫度曲線和氣氛控制從室溫到600°C，此為排膠階段，升溫較為平緩，這有利于排膠充分，升溫速率50 150°C /hr，空氣氣氛；排膠結(jié)束后，升溫速率提高到150 300°C /hr，空氣氣氛；燒結(jié)溫度1325°C，保溫3小時(shí)，平衡氧分壓為5% ；從保溫結(jié)束到1100°C左右的降溫階段，氧含量控制在0. 05 2%，降溫速率 100 150°C /hr ；從1100°C開始，快速降溫到室溫，降溫速率150 250°C /h，氧含量控制在0.01%以下。獲得的磁環(huán)性能為熱膨脹系數(shù)為15. 5X ΙΟ"6 ；磁致伸縮系數(shù)約為-1. OX 10_6 ；在 25°C下的磁導(dǎo)率為M50 ；在25°C和100°C條件下的飽和磁通密度分別是530mT和420mT ；在 100°C>25KHzX200mT 以及 IOOKHz X 200mT 條件下的功耗分別為 55mW/cm3 和 ^5mW/cm3。比較例2 按主成分配方(摩爾比)=Fe2O3 :53. 5mol %, ZnO :12. 5mol %, MnO 34. Omol %，稱取F%03、Mn3O4和加0。投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，料漿含水量40 %，砂磨時(shí)間0. 5小時(shí)，將料漿在一次噴霧造粒后，在900度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒。隨后預(yù)燒料投入預(yù)先加有去離子水砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，料漿含水量30%，砂磨過程中相對(duì)所述主成分含量，加入 Al2O3 0. 05wt%, CaO :0. 03wt %, SiO2 :0. Olwt %、MgO 0. IOwt %、Nb2O5 :0. 03wt %、ZrO2 :0. 03wt %，砂磨時(shí)間1. 5小時(shí)，控制砂磨的平均粒徑為1.1 士0.3 μ m。最后進(jìn)行二次噴霧得到MnSi鐵氧體顆粒料粉。取該顆粒料成型壓制 Φ 25mmX Φ 15mmX7. 5mm、密度大約為 3. 0士0. 2g/cm3 的圓環(huán)。另外，為研究其在光伏逆變器上實(shí)際應(yīng)用情況，壓制成U型大尺寸磁心，燒結(jié)后兩只磁心拼接構(gòu)成一個(gè)近似方環(huán)形磁心(保留一定的氣隙)，尺寸為UU120X310X20，長(zhǎng) 310mm、寬120mm、厚20mm，重量為2. IlKgo在其上繞制兩組各65匝直徑為3mm的絕緣銅線繞組，測(cè)量其電感直流疊加特性，以及輸出功率。表1示出測(cè)量結(jié)果，電感量為1. 02mH，最大輸出功率3. 14KW，允許通過的最大直流電流為20A。燒結(jié)按按以下燒結(jié)溫度曲線和氣氛控制從室溫到600°C，此為排膠階段，升溫較為平緩，這有利于排膠充分，升溫速率50 150°C /hr，空氣氣氛；排膠結(jié)束后，升溫速率提高到150 300°C /hr，空氣氣氛；燒結(jié)溫度1325°C，保溫3小時(shí)，平衡氧分壓為5%;從保溫結(jié)束到1100°C左右的降溫階段，氧含量控制在0. 05 2%，降溫速率100 150°C /hr ；從 1100°C開始，快速降溫到室溫，降溫速率150 250°C /h，氧含量控制在0. 01%以下。獲得的磁環(huán)性能為熱膨脹系數(shù)為12\10_6;磁致伸縮系數(shù)約為-0.6\10_6;在 25°C下的磁導(dǎo)率為2500 ；在25°C和100°C條件下的飽和磁通密度分別是510mT和410mT ；在 100°C>25KHzX200mT 以及 IOOKHz X 200mT 條件下的功耗分別為 70mW/cm3 和 420mW/cm3。表 1

表 權(quán)利要求
1.一種光伏逆變器用磁性材料，其特征在于該材料是一種Mnai鐵氧體材料，包括主成分 ^203、Ζη0、Μη0及輔助成分，主成分包含換算為(摩爾比)=Fe2O3 :51. 5 57. 5mol %， ZnO 4. 5 15. 5mol%，余量為MnO ；所述輔助成分包括Eu203、Al2O3，相對(duì)所述主成分總量， Eu2O3 和 Al2O3 的總含量為 0. 05 0. 25wt%0本發(fā)明方法制備的磁性材料其特征在于熱膨脹系數(shù)小于8X10—6;磁致伸縮系數(shù)小于-0. 3X IO"6 ；在25°C下的磁導(dǎo)率為2100士25% ；在25°C和100°C條件下的飽和磁通密度分別大于530mT和430mT ；在100°C、2^(Hz X 200mT以及100KHzX200mT條件下的功耗分別小于 65mW/cm3 和 320mW/cm3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏逆變器用磁性材料，其特征在于所述輔助成分相對(duì)于主成分的含量分別是Eu2O3 0. 05 0. 15wt%,Al2O3 :0. 008 0. IOwt%
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光伏逆變器用磁性材料，其特征在于所述輔助成分進(jìn)一步包括CaO、SiO2, MgO、Nb2O5和^O2中的1種或1種以上，相對(duì)所述主成分總量，這些輔助成分總含量為0 0. 80Wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光伏逆變器用磁性材料，其特征在于所述輔助成分相對(duì)于主成分的含量分別是CaO 0 0. 15wt%, SiO2 0 0. 035wt%, MgO 0 0. 50wt%, Nb2O5 :0 0. 06wt %、ZrO2 0 0. 055wt %。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4所述的一種光伏逆變器用磁性材料的制備方法，其特征在于 包括以下步驟1〕將對(duì)應(yīng)各主成分的主原料狗203、Mn3O4, ZnO加入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)或球磨機(jī)中進(jìn)行研磨、將料漿在一次噴霧造粒后、在回轉(zhuǎn)窯或箱式爐中850 950°C預(yù)燒，得到鐵氧體預(yù)燒料；2〕將鐵氧體預(yù)燒料同輔助成分一道加入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)或球磨機(jī)中進(jìn)行研磨，得到平均粒徑為1. 1 士0. 3 μ m的鐵氧體料漿，隨后加入10%的PVA 溶液(濃度為10% )進(jìn)行噴霧干燥造粒，得到鐵氧體粉料；3〕將鐵氧體粉料經(jīng)壓機(jī)壓制得到密度為3. 0士0. 2g/cm3的鐵氧體毛坯，鐵氧體毛坯可以是各種形狀。將毛坯在真空燒結(jié)爐或鐘罩爐或N2保護(hù)推板窯內(nèi)，在氧分壓為1 10%的平衡氣氛中，在1280 1380°C溫度下燒結(jié)2 5小時(shí)。
全文摘要
一種光伏逆變器用磁性材料，其特征在于該材料是一種MnZn鐵氧體材料，包括主成分Fe2O3、ZnO、MnO及輔助成分，主成分包含換算為(摩爾比)Fe2O351.5～57.5mol％，ZnO4.5～15.5mol％，余量為MnO；所述輔助成分包括Eu2O3、Al2O3；另外還包括其它輔助成分CaO、SiO2、MgO、Nb2O5和ZrO2中的1種或1種以上，所述輔助成分相對(duì)于主成分總量含量如下(重量比)Eu2O30.05～0.15wt％、Al2O30.008～0.10wt％、CaO0～0.15wt％、SiO20～0.035wt％、MgO0～0.50wt％、Nb2O50～0.06wt％、ZrO20～0.055wt％。所述磁性材料的特征是熱膨脹系數(shù)小于8×10-6；磁致伸縮系數(shù)小于-0.3×10-6；在25℃下的磁導(dǎo)率為2100±25％；在25℃和100℃條件下的飽和磁通密度分別大于530mT和430mT；在100℃、25KHz×200mT以及100KHz×200mT條件下的功耗分別小于65mW/cm3和320mW/cm3。
文檔編號(hào)C04B35/26GK102173767SQ20111000863
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者陸明岳 申請(qǐng)人:臨沂中瑞電子有限公司