一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料及其制备方法技术

技术编号:21878584 阅读:24 留言:0更新日期:2019-08-17 10:10
本发明专利技术公开了一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料及其制备方法,其中铁氧体材料,包括主成分和添加剂,其中,主成分包括含量为51.5~53.5mol%的Fe2O3、含量为11~14mol%的ZnO、含量为0.1~0.6mol%的CoO,其余为MnO;添加剂包括CuO、V2O5、CaCO3、Nb2O5、Ta2O5、TiO2,以主成分的总重量计算,添加剂添加总量为2000~5000ppm。本发明专利技术采用上述技术方案,为改善宽温范围内的功率损耗,CuO与CoO的添加重量比例为0.25~7.5之间,为降低烧结温度,同时添加了CuO和V2O5两种助熔剂,它们的添加总量为600~4000ppm。

A Soft Magnetic Ferrite Material with Wide Temperature and Ultra-Low Loss and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料及其制备方法
本专利技术属于氧化物法制备磁性材料领域,具体涉及在25℃~120℃范围内具有超低功率损耗的软磁铁氧体材料及其制备方法。
技术介绍
在当前信息化越来越深入日常生活中的情况下,各种电子设备,如电视机、电脑、充电器、汽车电子设备、节能灯具等等,已经进入千家万户,这些设备在工作时会消耗大量的电能,这些设备的能耗与效率对节能减排有十分重要的影响,因此,降低这些电子设备在运行中的能量损耗是十分必要的。而在这些设备中,其负责提供能量转换的开关电源的损耗对总损耗有重要影响。通常情况下,开关电源设计时通常都是根据最大功率输出时的温升进行设计,让开关变压器工作在铁氧体功率损耗的谷点温度附近,而在电子设备实际运行中,环境温度及非满载运行的情况对开关电源实际运行的温升有重要影响,这导致开关电源中的铁氧体材料并不是工作在损耗最小的状态,因此,改善铁氧体损耗的温度特性是非常重要的。传统的铁氧体材料均将最低损耗控制在90℃~100℃左右,后来TDK推出的宽温铁氧体材料PC95将25℃~120℃的功率损耗在350kW/m3以下,100℃最低功耗在290kW/m3,展示出了非常良好的宽温性能。这些性能优异的宽温铁氧体材料对于降低电子设备在实际运行中的功耗有十分重要的作用,能够有效提升设备的运行效率。目前国内的各大厂家,如东磁、天通、联丰、风华高科等已经推出了相当于PC95材料的宽温铁氧体材料,打破了TDK、西门子、飞利浦等外国厂商对高端铁氧体的垄断,取得了良好的社会经济效益。而在当前对于电子设备能耗要求的进一步提升,就需要更好的基础材料来进行支撑
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种能够在25℃~℃120℃范围内具有超低损耗的软磁铁氧体材料及其制备方法。为解决上述技术问题,本专利技术采用如下技术方案:一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料,包括主成分和添加剂,其中,主成分包括含量为51.5~53.5mol%的Fe2O3、含量为11~14mol%的ZnO、含量为0.1~0.6mol%的CoO,其余为MnO;添加剂包括CuO、V2O5、CaCO3、Nb2O5、Ta2O5、TiO2,以主成分的总重量计算,添加剂添加总量为2000~5000ppm且各成份的添加量如下:CuO:500~4000ppm,V2O5:50~500ppm,CaCO3:100~500ppm,Nb2O5:100~600ppm,Ta2O5:50~400ppm,TiO2:400~1600ppm。可选的,所述Fe2O3的含量为52.4~53.2mol%,ZnO的含量为11.5~13mol%,CoO含量为0.15~0.5mol%,其余为MnO。可选的,所述CuO的含量为1000~3500ppm,所述V2O5的含量为100~400ppm,所述CaCO3的含量为200~400ppm,所述Nb2O5的含量为200~400ppm,所述Ta2O5的含量为100~300ppm,所述TiO2的含量为600~1200ppm。可选的,所述CuO和V2O5的添加总量为600~4000ppm。可选的,高熔点氧化物Nb2O5和Ta2O5的添加总量与低熔点氧化物CuO和V2O5的总添加量之比控制在0.07~0.25之间。可选的,所述CuO添加重量与CoO的重量比例为0.25~7.5之间。可选的,高熔点氧化物Nb2O5和Ta2O5的添加总量与低熔点氧化物CuO和V2O5的总添加量之比控制在0.1~0.2之间,所述CuO添加重量与CoO的重量比例为0.5~3之间。本专利技术还提供了一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料,包括如下步骤:(1)原料混合:主成分根据设定的配比进行配料后,使用翻转式振磨机进行振磨20±2分钟,使四种原材料进行充分的混合,且松装密度控制在1.0±0.1g/cm3以内;(2)造球:将振磨混合好的原料放入圆盘造球机,视粉料的干燥度,适当喷入去离子水,利用雪球效应将粉料造成3~8mm圆球;(3)预烧:混合好的原料进入回转窑预烧,预烧温度为920~1000℃,预烧时间为30~60分钟,使粉料进行初步的化学反应,部分生成铁氧体;(4)砂磨:将预烧后的粉料先在振动机中使用不同大小的钢球按比例混合进行粗磨,形成平均粒度≤10um的小颗粒粉末,然后再加入添加剂组合、纯水、PVA、消泡剂后进行砂磨,砂磨使粉料的颗粒粒径保持在0.8~1.5μm之间;(5)喷雾造粒:将砂磨后的浆料在喷雾塔中进行喷雾造粒,粉料的松装比重控制在1.38~1.45g/cm3,颗粒分布要求60目~160目≥75%;(6)将喷雾造粒的粉料使用成型机压制成生坯,在钟罩窑中使用1240~1320℃之间的温度烧结3~6小时,降温段气氛使用平衡方程进行设定,冷却后即得到所述的软磁铁氧体材料。可选的,所述的步骤(4)中,振动机粗磨时不同大小的钢球直径分别为16.67mm和22.23mm,两者的数量比例为3:4,砂磨使用的钢球直径分别为3.5mm和6.5mm,两者的数量比例为4:5。可选的,所述的步骤(6)中,升温过程中600℃以后开始通入纯氮气,在800℃左右炉内氧含量降至0.04%以下,1000℃~1320℃后的升温速率控制在1.2~2.5℃/min,气氛平衡方程中的a值设定在7.75~7.90之间,且根据烧结炉实际气氛含量将1200℃、1100℃、1000℃三处的a值进行修正,修正值为±0.03以内,1200℃~1000℃的降温速率必须控制在1.3~2.0℃/min。本专利技术采用上述技术方案,具有如下有益效果:1、由于Co2+具有正的磁晶各向异性常数K1,能够对铁氧体基体的进行补偿,在宽温范围内使K1趋近于零,改善铁氧体材料的温度特性,尤其是降低常温和高温下的功率损耗。2、添加剂添加总量为2000~5000ppm,过高或者过低的添加量均不利于铁氧体材料形成晶粒均匀、晶界清晰、气孔率低的微观组织结构。其中,CuO、V2O5能够促进晶粒生长,有效降低烧结温度,且CuO能够调整功率损耗的谷点温度,但是过高的添加量使晶粒过度生长,反而会降低烧结密度,影响功耗损耗和饱和磁通密度;CaCO3集中分布于晶界上,能够和原料中的SiO2反应形成高阻的晶界,可以显著改善铁氧体的功率损耗;Nb2O5、Ta2O5具有阻止晶粒生长的作用,可以避免晶粒异常生长;TiO2能够进入晶格,可以调整铁氧体中Fe2+的含量,阻止电子在Fe2+和Fe3+之间跳跃,提高晶格内的电阻率,能改善功率损耗,同时能够对铁氧体的磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩系数λs产生影响,可调整谷点温度和提高起始磁导率。3、为形成均匀致密的晶粒结构,在促进晶粒生长的同时必须抑制晶粒异常生长,高熔点氧化物Nb2O5和Ta2O5的添加总量与低熔点氧化物CuO和V2O5的总添加量之比控制在0.07~0.25之间,优选为0.10~0.20之间,此可有效提升饱和磁通密度和改善功率损耗,尤其是改善高温下的功率损耗。4.为改善宽温范围内的功率损耗,CuO与CoO的添加重量比例为0.25~7.5之间,优选为0.5~3之间,这是因为在100kHz/200mT下,功率损耗由磁滞损耗和涡流损耗构成,在低温下,磁滞损耗占主导地位,而在高温下涡流损耗占主导地位。主配方中CoO和添加剂中CuO本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料,其特征在于:包括主成分和添加剂,其中,主成分包括含量为51.5~53.5mol%的Fe2O3、含量为11~14mol%的ZnO、含量为0.1~0.6mol%的CoO,其余为MnO;添加剂包括CuO、V2O5、CaCO3、Nb2O5、Ta2O5、TiO2,以主成分的总重量计算,添加剂添加总量为2000~5000ppm且各成份的添加量如下:CuO:500~4000ppm,V2O5:50~500ppm,CaCO3:100~500ppm,Nb2O5:100~600ppm,Ta2O5:50~400ppm,TiO2:400~1600ppm。

【技术特征摘要】
1.一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料,其特征在于:包括主成分和添加剂,其中,主成分包括含量为51.5~53.5mol%的Fe2O3、含量为11~14mol%的ZnO、含量为0.1~0.6mol%的CoO,其余为MnO;添加剂包括CuO、V2O5、CaCO3、Nb2O5、Ta2O5、TiO2,以主成分的总重量计算,添加剂添加总量为2000~5000ppm且各成份的添加量如下:CuO:500~4000ppm,V2O5:50~500ppm,CaCO3:100~500ppm,Nb2O5:100~600ppm,Ta2O5:50~400ppm,TiO2:400~1600ppm。2.根据权利要求1所述的一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料,其特征在于:所述Fe2O3的含量为52.4~53.2mol%,ZnO的含量为11.5~13mol%,CoO含量为0.15~0.5mol%,其余为MnO。3.根据权利要求2所述的一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料,其特征在于:所述CuO的含量为1000~3500ppm,所述V2O5的含量为100~400ppm,所述CaCO3的含量为200~400ppm,所述Nb2O5的含量为200~400ppm,所述Ta2O5的含量为100~300ppm,所述TiO2的含量为600~1200ppm。4.根据权利要求3所述的一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料,其特征在于:所述CuO和V2O5的添加总量为600~4000ppm。5.根据权利要求4所述的一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料,其特征在于:高熔点氧化物Nb2O5和Ta2O5的添加总量与低熔点氧化物CuO和V2O5的总添加量之比控制在0.07~0.25之间。6.根据权利要求5所述的一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料,其特征在于:所述CuO添加重量与CoO的重量比例为0.25~7.5之间。7.根据权利要求6所述的一种宽温超低损耗软磁铁氧体材料,其特征在于:高熔点氧化物Nb2O5和Ta2O5的添加总量与低熔点氧化物CuO和V2O5的总添加量之比控制在0.1~0.2之间,所述CuO添加重量与CoO的重量比例为0.5~3...

【专利技术属性】
技术研发人员:王微达李永劬郭凤鸣严建强李明治
申请(专利权)人:海宁联丰磁业股份有限公司
类型:发明
国别省市:浙江,33

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