锰锌铁氧体材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锰锌铁氧体材料及其制备方法。一种锰锌铁氧体材料，包括主成分及辅助成分，所述主成分以摩尔百分比计，包括54％～56％的三氧化二铁，38％～42％的四氧化三锰及4％～6％的氧化锌，所述辅助成分选自CaCO3、SiO2、K2CO3、Y2O3、NiO、Co3O4及Al2O3中的至少五种。上述锰锌铁氧体材料在(0.1～1)MHz宽频率范围内都具有很低的自身功率损耗。

【技术实现步骤摘要】
锰锌铁氧体材料及其制备方法
本专利技术涉及一种锰锌铁氧体材料及其制备方法。
技术介绍
电子电器设备、电动汽车等内部用到大量的开关电源模块，以得到各功能板块所需的电压、电流供应。开关电源中电子变压器(或功率电感)由铁氧体磁心和线包组成，其传输功率的能力Pth与磁心的工作频率f、横截面积Ae、可用磁通偏移量ΔB成正相关关系，表示为Pth∝f×ΔB×Ae。因此要变换同等大小的功率，在保持其它条件不变的情况下，提高开关电源工作频率f，可以减小所需磁心的有效磁路截面积Ae，从而实现电源模块的小型化。提高开关电源工作频率，带来的副作用是磁心的自身损耗大幅度增加，磁心自身的损耗PCV与频率f是成指数关系的，表示为PCV∝fmΔBn，m是一个大于1的指数。磁心在传输变换电能的同时，若自身消耗大多的能量，会使整个电源模块的效率下降、发热变大。因此高频率低损耗锰锌铁氧体材料是使电子整机的开关电源模块小型化、轻量化、集成化、高效率化的关键所在。铁氧体磁心的损耗由三部分组成：磁滞损耗Phv、涡流损耗Pe、剩余损耗Pr。这三种损耗所占总损耗的比例与磁心工作频率有关，在低于200kHz，磁滞损耗Phv占据主导，涡流损耗Pe次之，基本上可以忽略剩余损耗Pr。而在200kHz以上的不大于500kHz工作频率，涡流损耗Pe占据主导，磁滞损耗Phv次之，剩余损耗Pr随着频率的提高，也开始有了明显的增长，但其所占比例还没有另外两种损耗大。超过500kHz，剩余损耗Pr和涡流损耗Pe会所占的比例将会越来越大，而磁滞损耗作用逐渐可以忽略。当前主流的用于制作开关电源磁心的锰锌功率铁氧体材料为PC40、PC44两个级别，它们的最优工作频率在200kHz以下，尤其适合用于100kHz左右的开关工作频率。超过200kHz以上的工作频率，由于这类的磁心微观晶粒尺寸较大，一般在10um以上，故高频下表现出来的涡流损耗会很大，其在低频下表现出来的自身低功耗特性会逐渐消失，进而导致开关电源的转换效率会明显下降。现有的锰锌铁氧体材料不能实现(0.1～1)MHz宽频率范围内的低损耗特性，当前在(0.1～1)MHz使用的铁氧体材料，只能在一个较狭窄的频率段里做到很好的低损耗特性，故要生产多种不同材料来对应(0.1～1)MHz范围内不同频率段的应用需求。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种在0.1～1MHz宽频率低损耗的锰锌铁氧体材料及其制备方法。一种锰锌铁氧体材料，包括主成分及辅助成分，所述主成分以摩尔百分比计，包括54％～56％的三氧化二铁，38％～42％的四氧化三锰及4％～6％的氧化锌，所述辅助成分选自CaCO3、SiO2、K2CO3、Y2O3、NiO、Co3O4及Al2O3中的至少五种。在一个实施例中，以所述辅助成分在所述锰锌铁氧体材料中的质量百分含量计，所述CaCO3为50ppm～600ppm、SiO2为50ppm～200ppm、K2CO3为200ppm～500ppm、Y2O3为100ppm～500ppm、NiO为100ppm～1000ppm、Co3O4为500ppm～2000ppm、Al2O3为100ppm～500ppm。一种锰锌铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：以摩尔百分比计，将54％～56％的三氧化二铁，38％～42％的四氧化三锰及4％～6％的氧化锌混合后搅拌化浆、砂磨、搅拌加胶得到浆料，将所述浆料喷雾干燥得到粉体；将所述粉体进行预烧处理得到预烧粉体；将所述预烧粉体与辅助成分混合后球磨化浆、砂磨、搅拌加胶得到混合浆料，将所述混合浆料喷雾干燥得到混合粉体，其中所述辅助成分选自CaCO3、SiO2、K2CO3、Y2O3、NiO、Co3O4及Al2O3中的至少五种；将所述混合粉体压制成生坯；及将所述生坯进行烧结处理得到所述锰锌铁氧体材料。在一个实施例中，所述预烧在回转窑中进行。在一个实施例中，所述预烧处理具体为：在30min～100min从25℃升温至500℃，再在50min～90min从500℃升温至900℃，然后在900℃下预烧60min～90min，最后在60min～90min从900℃降温至25℃。在一个实施例中，所述烧结处理具体为：在空气气氛下以0.5℃/min～4℃/min的升温速率从25℃升温至500℃，再在空气气氛下以10℃/min～20℃/min的升温速率从500℃升温至750℃，然后在平衡气氛下以3℃/min～6℃/min的升温速率从750℃升温至1210℃，之后在含氧量体积比不高于2.5％的条件下1180℃～1210℃保温2小时～6小时，最后在平衡气氛下以3℃/min～6℃/min的降温速率冷却至室温。在一个实施例中，所述将所述混合粉体压制成生坯的操作中，将润滑剂加入所述混合粉体中，搅拌混合得到颗粒料，再将所述颗粒料压制成生坯。在一个实施例中，所述润滑剂选自硬脂酸锌、油酸和石腊中的至少一种。在一个实施例中，以所述辅助成分在所述锰锌铁氧体材料中的质量百分含量计，所述CaCO3为50ppm～600ppm、SiO2为50ppm～200ppm、K2CO3为200ppm～500ppm、Y2O3为100ppm～500ppm、NiO为100ppm～1000ppm、Co3O4为500ppm～2000ppm、Al2O3为100ppm～500ppm。在一个实施例中，所述搅拌加胶得到浆料的操作中加入聚乙烯醇溶液；所述搅拌加胶得到混合浆料的操作中，加入聚乙烯醇溶液。上述锰锌铁氧体材料在在(0.1～1)MHz宽频率范围内都具有很低的自身功率损耗，经测试，在100kHz、200mT、100℃条件下，功率损耗Pcv≤380mW/cm3；在300kHz、100mT、100℃条件下，功率损耗Pcv≤350；在500kHz、50mT、100℃功率损耗Pcv≤55mW/cm3，1MHz、30mT、100℃功率损耗Pcv≤85mW/cm3；同时上述锰锌铁氧体材料具有较高的居里温度，Tc≥270℃。附图说明图1是实施例2得到的样环的内部晶粒SEM图；图2是对比例1得到的样环的内部晶粒SEM图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。一实施方式的锰锌铁氧体材料，包括主成分及辅助成分。主成分以摩尔百分比计，包括54％～56％的三氧化二铁，38％～42％的四氧化三锰及4％～6％的氧化锌。辅助成分选自CaCO3、SiO2、K2CO3、Y2O3、NiO、Co3O4及Al2O3中的至少五种。优选的，以辅助成分在锰锌铁氧体材料中的质量百分含量计，CaCO3为50ppm～600ppm、SiO2为50ppm～200ppm、K2CO3为200ppm～500ppm、Y2O3为100ppm～500ppm、NiO为100ppm～1000ppm、Co3O4为500ppm～2000ppm、Al2O3为100ppm～500ppm。上述锰锌铁氧体材料在在(0.1～1)MHz宽频率范围内都具有很低的自身功率损耗，经测试，在1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锰锌铁氧体材料，其特征在于，包括主成分及辅助成分，所述主成分以摩尔百分比计，包括54％～56％的三氧化二铁，38％～42％的四氧化三锰及4％～6％的氧化锌，所述辅助成分选自CaCO3、SiO2、K2CO3、Y2O3、NiO、Co3O4及Al2O3中的至少五种。

【技术特征摘要】
1.一种锰锌铁氧体材料，其特征在于，包括主成分及辅助成分，所述主成分以摩尔百分比计，包括54％～56％的三氧化二铁，38％～42％的四氧化三锰及4％～6％的氧化锌，所述辅助成分选自CaCO3、SiO2、K2CO3、Y2O3、NiO、Co3O4及Al2O3中的至少五种，所述锰锌铁氧体材料在100kHz、200mT、100℃条件下，功率损耗Pcv≤380mW/cm3，在300kHz、100mT、100℃条件下，功率损耗Pcv≤350mW/cm3，在500kHz、50mT、100℃功率损耗Pcv≤55mW/cm3，1MHz、30mT、100℃功率损耗Pcv≤85mW/cm3，上述锰锌铁氧体材料的制备包括以下步骤：以摩尔百分比计，将54％～56％的三氧化二铁，38％～42％的四氧化三锰及4％～6％的氧化锌混合后搅拌化浆、砂磨、搅拌加胶得到浆料，将所述浆料喷雾干燥得到粉体；将所述粉体进行预烧处理得到预烧粉体，所述预烧处理具体为：在30min～100min从25℃升温至500℃，再在50min～90min从500℃升温至900℃，然后在900℃下预烧60min～90min，最后在60min～90min从900℃降温至25℃；将所述预烧粉体与辅助成分混合后球磨化浆、砂磨、搅拌加胶得到混合浆料，将所述混合浆料喷雾干燥得到混合粉体，其中所述辅助成分选自CaCO3、SiO2、K2CO3、Y2O3、NiO、Co3O4及Al2O3中的至少五种；将所述混合粉体压制成生坯；及将所述生坯进行烧结处理得到所述锰锌铁氧体材料，所述烧结处理具体为：在空气气氛下以0.5℃/min～4℃/min的升温速率从25℃升温至500℃，再在空气气氛下以10℃/min～20℃/min的升温速率从500℃升温至750℃，然后在平衡气氛下以3℃/min～6℃/min的升温速率从750℃升温至1210℃，之后在含氧量体积比不高于2.5％的条件下1180℃～1210℃保温2小时～6小时，最后在平衡气氛下以3℃/min～6℃/min的降温速率冷却至室温。2.根据权利要求1所述的锰锌铁氧体材料，其特征在于，以所述辅助成分在所述锰锌铁氧体材料中的质量百分含量计，所述CaCO3为50ppm～600ppm、SiO2为50ppm～200ppm、K2CO3为200ppm～500ppm、Y2O3为100ppm～500ppm、NiO为100ppm～1000ppm、Co3O4为500ppm～2000ppm、Al2O3为100ppm～500ppm。3.一种锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以摩尔百分比计，将54％～56％的三氧化二铁，38％～42％的四氧化三锰及4％～6％的氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋胜勇，姚木有，胡春元，王京平，周锋，赖永学，吴勇华，
申请(专利权)人：广东风华高新科技股份有限公司，广东肇庆微硕电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44