超低功率损耗软磁铁氧体材料及磁芯制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种超低功率损耗软磁铁氧体材料及磁芯制备方法和应用，优选主配方和有效的掺杂，开发超低功率损耗的软磁铁氧体材料，最终产品晶粒尺寸为3～5μm，起始磁导率ui达到2400以上，高温100℃、100kHz、200mT条件下功率损耗在280kW/m3以下，100℃Bs值在410mT以上；采用多段式平衡气氛烧结方法，控制铁氧体材料的密度、晶粒尺寸、气孔率以及它们在晶粒内部和晶粒之间的分布，使软磁铁氧体的微观结构得到更有效地控制，从而确保材料的主要特性参数达到和谐的统一；最终产品高温体积损耗将达到250kw/m3，高温损耗值降低20～31.7％。

Preparation methods and applications of ultra low power loss soft ferrite materials and cores

The invention provides a preparation method and application of ultra-low power loss soft ferrite material and magnetic core, optimizes the main formula and effective doping, develops ultra-low power loss soft ferrite material, the final product grain size is 3-5 micron, the initial permeability UI reaches more than 2400, high temperature 100 C, 100 kHz, 200 mT power conditions. The loss rate is below 280 kW/m3 and the value of Bs is above 410 mT at 100 C. The density, grain size, porosity and their distribution in and between grains of ferrite are controlled by multi-stage balanced atmosphere sintering method, which makes the microstructure of soft ferrite more effectively controlled and ensures the main properties of the material. The characteristic parameters are harmoniously unified, and the high temperature volume loss of the final product will reach 250kw/m3, and the high temperature loss will be reduced by 20-31.7%.

【技术实现步骤摘要】
超低功率损耗软磁铁氧体材料及磁芯制备方法和应用
本专利技术涉及软磁铁氧体材料，尤其涉及一种超低功率损耗软磁铁氧体材料及磁芯制备方法和应用。
技术介绍
软磁铁氧体材料自1935年由荷兰菲利普实验室研发成功后，至今已有80多年历史，由于铁氧体的磁性来源于亚铁磁性，其饱和磁化强度Ms较金属磁低，但比金属磁的电阻率ρ又高得多，故具备良好的高频特性。在弱电高频
，软磁铁氧体具有独特的优点。用这类材料制作的磁芯是各种电感器、电子变压器、扼流线圈、抑制器、滤波器等的核心部件。软磁铁氧体材料作为电子信息技术基础材料被列入国家发改委等部门公布的《当前优先发展的高新技术产业化重点领域指南(2011年度)》以及国家科技部公布的《国家重点支持的高新
目录(2015)》。广泛应用于计算机、家用电器、节能灯及LED、网络通讯、汽车及电动车、高铁、风力和核力发电等支柱产业及新兴产业。随着智能手机的日益普及，人们日常生活中对智能手机的依赖度也日益增加，各种应用功能也不断加强，手机电池显得越来越不够用，而高容量电池技术进步缓慢，于是快速充电技术应运而生。目前手机快速充电主要分为两大类：低压快充和高压快速充电技术。手机快速充电技术主要有四种：VOOC闪充、FastCharge、QuickCharge、PumpExpress。其中VOOC闪充手机快速充电技术较为成熟，高通、联发科快速充电技术还在发展中。国内OPPO手机的VOOC闪充系统采用了增加microUSB接口针数和电池金属触点数的方式实现了快速充电技术。要实现智能手机快速充电，须要满足三要素：充电器、电池、chargeIC。充电器需要满足足够的输出电流以及输出电压，一般充电器的走线都会有很大的寄生电阻，而快充功能充电器若要实现较大的充电电流，其带载输出电压需要更高，所以必须提高充电器功率至18W及以上。因此，需要将软磁铁氧体材料在高温工作点的损耗大幅降低，而损耗的大幅降低利于大功率元器件对于温升的控制要求，从而可以实现磁芯、电子元器件和电子整机设备的小型化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种超低功率损耗软磁铁氧体材料及磁芯制备方法和应用。本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术提供了一种超低功率损耗软磁铁氧体材料，该铁氧体粉料包括主成分和添加物成分，其中，各主成分的配比分别为：Fe2O370～72mol％MnO20～22mol％ZnO7～9mol％各主成分的配比总计为100mol％；相对所述主成分总量，各添加物成分的重量百分比分别为：在以上技术方案的基础上，优选的，所述纳米SiO2的颗粒尺寸范围为50～200nm。另一方面，本专利技术提供了一种超低功率损耗软磁铁氧体磁芯的制备方法，包括以下步骤，S1，将各主成分和各添加物成分混合，经球磨、造粒、预烧得到锰锌铁氧体材料；S2，对步骤S1得到的锰锌铁氧体材料进行模压成型、烧结、研磨，得到最终产品。在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S1中，球磨工序中加入纯水、分散剂、粘合剂和消泡剂，控制粒度分布100～300μm，含水的重量百分比为0.15～0.25％。在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S1中，造粒时添加7wt％～10wt％的PVA溶液，并采用喷雾干燥。在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S1中，预烧温度为950～1050℃，预烧时间为30～90min。在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S2中，所述步骤S2中，烧结过程包括，S2-1，在大气气氛中，以0.5～2.0℃/min的升温速率从室温升至900℃；S2-2，调整氧分压为0.4～0.5％，以1.0～3.0℃/min的升温速率从900℃升至1200℃；S2-3，调整氧分压为5～7％,以3～10℃/min的升温速率从1200℃升至1360～1370℃，保温4.2～7h；S2-4，在平衡氧分压条件下降温，得到烧结密度为4.75～4.90kg/m3的磁芯。在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S2-4中，先从最高烧结温度降到900℃，降温速率为2.5～5℃/min，氧分压控制在0.02％～0.5％；然后再从900℃至室温，降温速率为1.5～4℃/min，氧分压控制在0～0.005％。在以上技术方案的基础上，优选的，最终产品晶粒尺寸为3～5μm，起始磁导率ui达到2400以上，高温100℃、100kHz、200mT条件下功率损耗在280以下，100℃Bs值在410mT以上。第三方面，本专利技术提供了第一方面所述超低功率损耗软磁铁氧体材料在快速充电充电器领域的应用。本专利技术的超低功率损耗软磁铁氧体材料及磁芯制备方法和应用相对于现有技术具有以下有益效果：(1)优选主配方和有效的掺杂，开发超低功率损耗的软磁铁氧体材料，最终产品晶粒尺寸为3～5μm，起始磁导率ui达到2400以上，高温100℃、100kHz、200mT条件下功率损耗在280kW/m3以下，100℃Bs值在410mT以上；(2)采用多段式平衡气氛烧结方法，控制铁氧体材料的密度、晶粒尺寸、气孔率以及它们在晶粒内部和晶粒之间的分布，使软磁铁氧体的微观结构得到更有效地控制，从而确保材料的主要特性参数达到和谐的统一；(3)最终产品高温体积损耗将达到250kw/m3，高温损耗值降低20～31.7％，材料在高温工作点的损耗大幅降低，而损耗的大幅降低利于大功率元器件对于温升的控制要求，从而可以实现磁芯、电子元器件和电子整机设备的小型化，节省组装空间同时满足实现大功率输出，在电子设备快速充电领域应用前景广阔，生产成本降低20％以上。具体实施方式下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例的软磁铁氧体材料，包括主成分和添加物成分，其中，各主成分的配比分别为：Fe2O370molMnO22molZnO8mol相对所述主成分总量，各添加物成分的重量比率分别为：颗粒尺寸范围为50～100nm的纳米SiO250PPM。高Bs值、低功率损耗软磁铁氧体磁芯的制备步骤如下：首先，称量各主成分和各添加物成分，混合均匀。其次，将混合物料中加入纯水、分散剂、粘合剂和消泡剂，进行球磨，控制粒度分布100～300μm，含水的重量百分比为0.15％。然后，对球磨得到的粉料添加7wt％的PVA溶液，并采用喷雾干燥造粒。接着，在空气气氛下，在950℃预烧，预烧时间为30min，得到锰锌铁氧体材料。最后，对预烧得到的锰锌铁氧体材料进行模压成型，然后在以下条件下进行烧结，得到最终产品：S2-1，在大气气氛中，以0.5℃/min的升温速率从室温升至900℃；S2-2，调整氧分压为0.4％，以1.0℃/min的升温速率从900℃升至1200℃；S2-3，调整氧分压为5％,以3℃/min的升温速率从1200℃升至1350℃，保温4.2h；S2-4，先从最高烧结温度降到900℃，降温速率为2.5℃/min，氧分压控制在0.02％～0.5％；然后再从900℃至室温，降温速率为1.5℃/min，氧分压控制在0～0.005％，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超低功率损耗软磁铁氧体材料，其特征在于：该铁氧体粉料包括主成分和添加物成分，其中，各主成分的配比分别为：Fe2O3 70～72mol％MnO 20～22mol％ZnO 7～9mol％各主成分的配比总计为100mol％；相对所述主成分总量，各添加物成分的重量百分比分别为：

【技术特征摘要】
1.一种超低功率损耗软磁铁氧体材料，其特征在于：该铁氧体粉料包括主成分和添加物成分，其中，各主成分的配比分别为：Fe2O370～72mol％MnO20～22mol％ZnO7～9mol％各主成分的配比总计为100mol％；相对所述主成分总量，各添加物成分的重量百分比分别为：2.权利要求1所述的超低功率损耗软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于：所述纳米SiO2的颗粒尺寸范围为50～200nm。3.权利要求1所述的超低功率损耗软磁铁氧体磁芯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，S1，将各主成分和各添加物成分混合，经球磨、造粒、预烧得到锰锌铁氧体材料；S2，对步骤S1得到的锰锌铁氧体材料进行模压成型、烧结、研磨，得到最终产品。4.如权利要求3所述的超低功率损耗软磁铁氧体磁芯的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，球磨工序中加入纯水、分散剂、粘合剂和消泡剂，控制粒度分布100～300μm，含水的重量百分比为0.15～0.25％。5.如权利要求3所述的超低功率损耗软磁铁氧体磁芯的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，造粒时添加7wt％～10wt％的PVA溶液，并采用喷雾干燥。6.如权利要求3所述的超低功率损耗软磁铁氧体磁芯的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，预烧温度为950～1050℃，预烧时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭皓，黄刚，李崇华，
申请(专利权)人：湖北华磁电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42