專利名稱：寬溫超低損耗MnZn軟磁鐵氧體材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景MnZn鐵氧體材料目前是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的軟磁鐵氧體材 料。而且隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，MnZn鐵氧體被廣泛應(yīng)用于 各種電子元器件中，如功率變壓器、扼流線圈、脈沖寬帶變壓器、磁 偏轉(zhuǎn)裝置和傳感器等。 一般地，依據(jù)應(yīng)用場合不同，MnZn鐵氧體大 體可分為主要用于信號傳輸和轉(zhuǎn)換的高導(dǎo)鐵氧體和主要用于功率傳 輸與轉(zhuǎn)換的功率鐵氧體兩大類。MnZn功率鐵氧體主要用于各種開關(guān)電源變壓器和功率型電感器 件中，因此要求MnZn功率鐵氧體材料具有(l)高飽和磁感應(yīng)強度 (Bs)和高磁導(dǎo)率((a)以提高功率轉(zhuǎn)換效率并避免飽和；(2)盡量 低的功率損耗(Pl)，并希望呈負溫度系數(shù)，以避免變壓器在高頻下 發(fā)熱；(3)為了在高溫下保持所需要的BJ直，材料的居里溫度Tc應(yīng)當比較高。隨著高頻開關(guān)電源的工作頻率發(fā)展到0.5 2MHz，相應(yīng)MnZn功 率鐵氧體也已批量生產(chǎn)。目前，世界上具有代表性的產(chǎn)品是日本TDK 公司的電源用PC系列材料(PC44、 PC45、 PC46)。但這些材料都有 明顯的缺點，就是一旦偏移損耗最低點，則損耗會急劇上升。為此， TDK于2003年上半年又推出了PC95材料，它綜合了 PC45、 PC46、PC47這些材料的優(yōu)點，在25。C 12(TC溫度范圍內(nèi)具有超低損耗。目前，國內(nèi)尚未見同類報道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有寬溫低損耗特性的 MnZn軟磁鐵氧體材料，同時還提供此MnZn軟磁鐵氧體材料的制備方法。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，寬溫超低損耗 MnZn軟磁鐵氧體材料，其特征在于，其主成分按摩爾百分比，以氧 化物計算65~75mol%Fe203， 13 20mol%ZnO， 0.0001 0.5mol%TiO2, 余量為Mn304;摻雜劑按重量百分比，以氧化物計算0.01~0.1wt%CaO、 0.01 0.09wt%Nb2O5， 0.(H 0.1wt%V2O5， 0.001 0.1wt%ZrO2 ，以及 0.05~lwt%Co2O3。進一步的，主成分按摩爾百分比，以氧化物計算68.3moP/。Fe203， 17.3mol%ZnO， 14.2mol%Mn304和0.2mol%TiO2;摻雜劑按重量百分 比，以氧化物計算0.05wt%CaO， 0.05wt%Nb2O5， 0.01wt%V2O5， 0.04wt%ZrO2和0,5wt%Co2O3。本發(fā)明還提供一種寬溫超低損耗MnZn軟磁鐵氧體材料制備方 法，包括以下步驟l)65 75mol%Fe203， 13 20mol%ZnO， 0.00(H~0.5mol%TiO2，余 量為Mn304;球磨混合均勻；2)將步驟1)所得粉料800 110(TC下預(yù)燒；保溫時間為1~4小時；3) 將步驟2)所得粉料按質(zhì)量比加入以下添加劑0.01 0.1wt%CaO ，0.01 0.09wt%Nb2O5 ，0.01~0.1wt%V2O5 ， 0.001 0.1wt%ZrO2， 0.05~lwt%Co2O3，并再次球磨，使球磨后的粉料粒徑達到亞微米級；4) 將步驟3)所得的二次球磨料烘干后造粒，成型，制成生坯樣品；5) 將步驟4)所得的生坯樣品進行燒結(jié)。進一步的，所述步驟4)為將步驟3)所得的粉料按質(zhì)量比加 入7 15wt。/。的有機粘合劑，混勻，造粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制 成坯件；所述步驟5)為將步驟4)成型所得的坯件置于氣氛燒結(jié) 爐內(nèi)燒結(jié)，在1250 140(TC保溫2 8個小時，其中保溫段氧分壓為 1 8%;降溫過程在平衡氣氛燒結(jié)。本發(fā)明的寬溫超低損耗MnZn鐵氧體材料晶粒均勻致密，平均晶 粒尺寸約為12 18pm,如圖2。


圖1寬溫超低損耗MnZn功率鐵氧體材料的制備方法工藝流程圖。圖2為制備的寬溫超低損耗MnZn功率鐵氧體材料的SEM照片。
具體實施方式
鐵氧體的損耗主要包括磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗三部分。 當頻率低于500kHz時，磁滯損耗和渦流損耗在總損耗中占主導(dǎo)地位，剩余損耗可忽略不計。而在寬溫范圍內(nèi)，磁滯損耗在低溫下占主導(dǎo)地 位，而高溫下則是渦流損耗占主導(dǎo)地位。因此，盡可能的降低低溫下 的磁滯損耗和高溫下的渦流損耗是寬溫超低損耗鐵氧體材料制備的 關(guān)鍵。磁滯損耗主要與材料的起始磁導(dǎo)率有關(guān)，起始磁導(dǎo)率越大，磁滯損耗越低。對于MnZn鐵氧體，提高起始磁導(dǎo)率最有效的方法是減 小磁晶各向異性常數(shù)。F^+和C(^+具有正的磁晶各向異性常數(shù)，因此 適量的F^+和C^+可以起到磁晶各向異性常數(shù)正負補償?shù)淖饔?，使?晶各向異性常數(shù)在某一溫度為零，起始磁導(dǎo)率最大，從而改善起始磁 導(dǎo)率的溫度特性。從而實現(xiàn)磁滯損耗在80 10(TC間最低。渦流損耗 主要與材料的電阻率p有關(guān)。降低渦流損耗主要是采用添加劑在晶界 形成高阻層以提高晶界電阻率以及晶粒內(nèi)的電阻率。目前國內(nèi)外普遍 采用的方法是用CaO和Si02做添加劑，引起富集于晶界，能夠形成 高電阻率晶界層，可起到降低渦流損耗的目的。但是，Si02可以與 Fe203反應(yīng)生成Fe2(Si03)3，其熔點為1150°C，較鐵氧體燒結(jié)溫度 1250 150(TC低，容易在燒結(jié)時出現(xiàn)異常晶粒長大現(xiàn)象。本發(fā)明的要 點在于，主配方的改進，亞微米(<l|^m)高活性粉體的制備，添加 劑及添加量優(yōu)化組合的確定，用鋼球球磨實現(xiàn)亞微米粉體的制備，最 終在1300 140(TC溫度下制備了寬溫超低損耗MnZn鐵氧體材料。為 了避免上述實驗現(xiàn)象發(fā)生，本發(fā)明選用了CaO、 Nb205、 V205、 Zr02 以及0)203作為最優(yōu)添加劑組合，且考慮到材料渦流損耗隨溫度的升 高而增加的特點，采用加大0)203摻入量，使起始磁導(dǎo)率最大值即磁 滯損耗最低點大約在80 10(TC間，實現(xiàn)損耗的寬溫特性。本發(fā)明的寬溫超低損耗MnZn軟磁鐵氧體材料主成分按摩爾百分比，以氧化物計算65 75mol%Fe203， 13 20mol%ZnO， 0.000l 0.5mol%TiO2，余量 為Mn304;摻雜劑按重量百分比，以氧化物計算0.01 0.1wt%CaO、 0.01 0.09wt%Nb2O5 ， 0.01 0.1wt%V2O5， 0.0(H 0.1wt%ZrO2 ，以及 0.05 lwt%Co2O3。作為一個實施例，主成分按摩爾百分比，以氧化物計算68.3mol%Fe203， 17.3mol%ZnO， 14.2mol%Mn304禾Q 0.2mol%TiO2; 摻雜劑按重量百分比，以氧化物計算0.05wt%CaO， 0.05wt%Nb2O5， 0.01wt%V2O5， 0.04wt。/oZr02和0.5wt%Co2O3。參見圖l。本發(fā)明的制備方法包括以下步驟1) 65~75mol%Fe203， 13~20mol%ZnO， 0.000 l 0.5mol%TiO2, 余量為Mri304;球磨混合均勻；2) 將步驟1)所得粉料800 110(TC下預(yù)燒；保溫時間為1~4小時；3) 將步驟2)所得粉料按質(zhì)量比加入以下添加劑 0,01 0.1wt%CaO 、0.01 0.09wt%Nb2O5 、0.01 0.1wt%V2O5 、 0.001 0.1wt%ZrO2禾n 0.05 lwt%Co2O3，并再次球磨，使球磨后的粉 料粒徑達到亞微米級(<lpm);4) 將步驟3)所得的二次球磨料烘干后造粒，成型，制成生坯樣品；5)將步驟4)所得的生坯樣品按一定的燒結(jié)溫度曲線和氣氛曲 線進行燒結(jié)。進一步的所述步驟4為將步驟3所得的粉料按質(zhì)量比加入 7 15wt。/。的有機粘合劑，混勻，造粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件。所述步驟5為將步驟4成型所得的坯件置于氣氛燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，在1250 140(TC保溫2 8個小時，其中保溫段氧分壓為1~8%; 降溫過程在平衡氣氛燒結(jié)。更具體的實施例如下1) 采用68.3mol%Fe203 ， 17.3mol%ZnO， 14.2mol°/。Mn304和 0.2mol%TiO2;將以上粉料在球磨機內(nèi)球磨1小時，使粉料混合均勻， 球磨介質(zhì)為鋼球；2) 預(yù)燒將步驟l)所得的粉料89(TC下預(yù)燒2小時；3) 摻雜將步驟2)所得的粉料按重量比加入以下添加劑0.05wt%CaO 、 0.05wt%Nb2O5 、 0,01wt0/oV205 、 0.04wt0/。ZrO2 、 0.5wt%Co2O3，將粉料在行星式球磨機中球磨4小時，球磨介質(zhì)為鋼 球；4) 成型將步驟3)所得的粉料按重量比加入8wt。/。有機粘合劑， 混勻，造粒后，在壓機上將粒狀粉料壓制成坯件；5) 氣氛燒結(jié)將步驟4成型所得的坯件在氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，在1380 "C保溫6個小時，其中保溫段氧分壓為4%。經(jīng)過以上工藝制備出的寬溫超低損耗MnZn功率鐵氧體材料，其 性能指標如下起始磁導(dǎo)率lii: 3300±25%;損耗在25'C和120。C時損耗為350kW/m3,在8(TC時損耗為 280 kW/m3 ，在100°C時損耗為290 kW/m3;飽和磁感應(yīng)強度Bs:在25。C時為530mT， 60。C時為480mT， 100 。C時為410mT， 120。C時為380mT;居里溫度Te: $215°C;剩磁Br:在25。C時為85mT， 6(TC時為70mT， IO(TC時為60mT， 120。C時為55mT;矯頑力Hc:在25'C時為9.5mT， 60'C時為7.5mT， IO(TC時為 6.5mT， 120。C時為6mT;電阻率6.0Q'm(25。C);密度4.9x103kg/m3。
權(quán)利要求
1、寬溫超低損耗MnZn軟磁鐵氧體材料，其特征在于，其主成分按摩爾百分比，以氧化物計算65～75mol％Fe2O3，13～20mol％ZnO，0.0001～0.5mol％TiO2，余量為Mn3O4；摻雜劑按重量百分比，以氧化物計算0.01～0.1wt％CaO、0.01～0.09wt％Nb2O5，0.01～0.1wt％V2O5，0.001～0.1wt％ZrO2，以及0.05～1wt％Co2O3。
2、 如權(quán)利要求1所述的寬溫超低損耗MnZn軟磁鐵氧體材料， 其特征在于，主成分按摩爾百分比，以氧化物計算68.3m0l%Fe203， 17.3mol%ZnO， 14.2mol%Mn304和0.2mol%TiO2;摻雜劑按重量百分 比，以氧化物計算0.05wt%CaO， 0.05wt%Nb2O5， 0.01wt%V2O5， 0.04wt%ZrO2和0.5wt%Co2O3。
3、 寬溫超低損耗MnZn軟磁鐵氧體材料制備方法，其特征在于， 包括以下步驟1) 、 65 75mol%Fe203， 13 20mol%ZnO， 0.0001 0.5mol%TiO2，余量為Mll304;球磨混合均勻；2) 、將步驟1)所得粉料800 110(TC下預(yù)燒；保溫時間為1 4小時；3) 、將步驟2)所得粉料按質(zhì)量比加入以下添加劑 0.01 0.1wt%CaO ，0.01 0.09wt%Nb2O5 ，0.01 0.1wt%V2O5 ， 0.001~0.1wt%ZrO2， 0.05 lwt%Co2O3，并再次球磨，使球磨后的粉料 粒徑達到亞微米級；4) 、將步驟3)所得的二次球磨料烘干后造粒，成型，制成生坯樣品；5) 、將步驟4)所得的生坯樣品進行燒結(jié)。
4、如權(quán)利要求3所述的寬溫超低損耗MnZn軟磁鐵氧體材料制 備方法，其特征在于，所述步驟4)為將步驟3)所得的粉料按質(zhì) 量比加入7 15wt。/。的有機粘合劑，混勻，造粒后，在壓機上將粒狀粉 料壓制成坯件；所述步驟5)為將步驟4)成型所得的坯件置于氣 氛燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，在1250 140(TC保溫2 8個小時，其中保溫段氧分 壓為1 8%;降溫過程在平衡氣氛燒結(jié)。
全文摘要
寬溫超低損耗MnZn軟磁鐵氧體材料及制備方法，本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域。其主成分按摩爾百分比，以氧化物計算65～75mol％Fe₂O₃，13～20mol％ZnO，0.0001～0.5mol％TiO₂，余量為Mn₃O₄；摻雜劑按重量百分比，以氧化物計算0.01～0.1wt％CaO、0.01～0.09wt％Nb₂O₅，0.01～0.1wt％V₂O₅，0.001～0.1wt％ZrO₂，以及0.05～1wt％Co₂O₃。本發(fā)明的寬溫超低損耗MnZn鐵氧體材料晶粒均勻致密，平均晶粒尺寸約為12～18μm。
文檔編號H01F1/12GK101256866SQ20071005105
公開日2008年9月3日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日
發(fā)明者忠 余, 蘭中文, 姬海寧, 科 孫, 李樂中, 蔣曉娜 申請人:電子科技大學