高频锰锌铁氧体材料制造技术

本发明专利技术涉及高频锰锌铁氧体材料，材料主成分以各自氧化物计算分别为Fe2O3：53mol%~62mol%，ZnO：0.5mol%~10.0mol%，其余为MnO；副成分I类和II类，以主成分计，分别以CaCO3、Nb2O5、SiO2、V2O5和Li2CO3计的I类副成分的总含量为0.02 wt%~0.15 wt%，分别以ZrO3、Co2O3、TiO2和SnO2计的II类副成分的总含量为0.10 wt%~0.75 wt%，副成分组合中至少包含一种II类副成分。本发明专利技术在0℃到125℃的温度范围内，具有低的功率损耗和高的工作频率范围：在f≤5MHz、B≤30mT条件下的损耗为500kW/m3或者更低；其功率损耗变化率小，性能稳定，用于制作各类电感器、变压器，应用于高频领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于软磁铁氧体材料
，具体涉及到可用于制作变压器或电感器磁心的，适合于工作在1MHz至10MHz范围的，具有宽工作温度范围、高频低损耗的锰锌铁氧体材料及其制备方法。
技术介绍
随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活之间的联系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统稳压电源技术比较成熟，但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器和滤波器。开关型稳压电源采用功率半导体作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前地小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新
的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。目前市场上开关电源转换频率较多的集中在十几千赫兹到几百千赫兹。随着谐振开关电路的出现，开关频率获得极大提高。铁氧体磁心成为开关电源小型化、轻便化的关键器件，工作频率在300kHz以下的铁氧体材料不能满足高频开关电源设计配套需求。随着开关电源高频化设计的运用和不断发展成熟，更高工作频率、更高工作密度的铁氧体材料将成为发展的重要方向。
技术实现思路
针对现有铁氧体材料与未来开关电源对材料需求之间的差异，本专利技术的目的是提供一种可供高频开关电源应用的高频锰锌铁氧体材料。本专利技术所采取的技术方案是，一种高频锰锌铁氧体材料，由主成分和副成分组成，所述主成分以各自氧化物计算分别为Fe2O3：53mol%~62mol%，ZnO：0.5mol%~10.0mol%，其余为MnO；作为副成分包括两种以上的CaCO3、Nb2O5、SiO2、V2O5、Li2CO3、ZrO3、Co2O3、TiO2和SnO2之间的组合。所述副成分可以分为两类，I类副成分主要包括CaCO3、Nb2O5、SiO2、V2O5和Li2CO3；II类副成分主要包括ZrO3、Co2O3、TiO2和SnO2。为提高材料的频率特性，以主成分计的I类、II类副成分的含量如下：分别以CaCO3、Nb2O5、SiO2、V2O5和Li2CO3计的I类副成分的总含量为0.02wt%~0.15wt%，分别以ZrO3、Co2O3、TiO2和SnO2计的II类副成分的总含量为0.10wt%~0.75wt%。作为优选，副成分组合中至少包含一种II类副成分。本专利技术的高频锰锌铁氧体材料，在0℃到125℃的温度范围内，具有低的功率损耗和高的工作频率范围：在f≤5MHz、B≤30mT条件下的损耗为500kW/m3或者更低。本专利技术的高频锰锌铁氧体材料，在增加磁化场后，功率损耗变化率δH≤100%。大量实验研究发现，对高频材料施加一较高的外加磁化场影响后，再次测试功率损耗的结果，与初次测试结果相比较会出现较大的变化。这一变化我们定义为功率损耗变化率δH，计算方法如下：δH=(PcvH-Pcv)/Pcv*100%其中Pcv是功率损耗的初次测试结果，PcvH是对材料施加一较高的外加磁化场后功率损耗的测试结果。根据本专利技术，可以提供在1MHz至10MHz高频范围稳定工作的高频锰锌铁氧体材料，该材料功率损耗变化率小，性能稳定，用于制作各类电感器、变压器，应用于高频领域。具体实施方式首先，对本专利技术的高频锰锌铁氧体材料的组成限定理由进行详述。Fe2O3：53mol%~62mol%Fe2O3是锰锌铁氧体材料主成分的必须原材料。配方中Fe2O3含量过多或过少，均会导致材料高频条件下的功率损耗变大。因此，本专利技术中将Fe2O3含量规定为53mol%~62mol%，优选的Fe2O3含量为55mol%~62mol%。ZnO：0.5mol%~10.0mol%ZnO是锰锌铁氧体材料主成分的必须原材料。可以根据ZnO的含量控制锰锌铁氧体材料的截止频率和损耗系数。ZnO含量越低，材料的截止频率越高，损耗系数越小，材料在高频条件下的功率损耗越低。所以将ZnO含量的上限规定为10.0mol%。然而，当ZnO含量低于0.5mol%时，则缺少了铁氧体材料所必须的尖晶石相易构成因素，影响材料的电磁特性。因此，本专利技术中将ZnO含量规定为0.5mol%~10.0mol%，优选的ZnO含量为0.5mol%~5.0mol%。本专利技术的高频锰锌铁氧体材料中，作为主成分，除了Fe2O3和ZnO之外，还含有MnO作为剩余组成。本专利技术的高频锰锌铁氧体材料中，除含有上述主成分外，还含有以下副成分。通过将这些副成分进行组合优化，可控制材料的高频功率损耗。I类副成分：以主成分计，分别以CaCO3、Nb2O5、SiO2、V2O5、Li2CO3计的I类副成分的总含量为0.02wt%~0.15wt%。I类副成分在材料烧结后，主要存在于晶界相中，极少量的该类物质会进入晶粒内部。晶界上类似物质含量的增加，会增大材料的电阻率，降低材料的功率损耗。晶界物质的增多，还能够抑制晶粒的生长。一般高频材料的晶粒尺寸控制在8μm-15μm为宜。作为优选，SiO2的添加量应控制在以SiO2计的0.03wt%以下。II类副成分：以主成分计，分别以ZrO3、Co2O3、TiO2、SnO2计的II类副成分的总含量为0.10wt%~0.75wt%。II类副成分在材料烧成后，主要存在于尖晶石相晶格中。不同元素的原子具有不同的原子半径，使晶格系数产生变化，优化晶格高频振动和材料截止频率。不同元素原子的外层电子以及磁矩分布又不相同，进而影响尖晶石相中原子间的超交换作用和磁晶各向异性常数，优化磁畴转动和畴壁位移效果，降低材料高频损耗。本专利技术的高频锰锌铁氧体材料的制备依次包括混合、预烧、粉碎、造粒、压制和烧结等工序。使用工业级或同等级商用氧化铁、氧化锰、氧化锌粉末作为原材料，原材料粉末比表面积可以在3~30m2/g范围内适当选择。将主成分按要求比例混合均匀，然后进行预烧结。预烧结温度可以在800~1100℃之间，时间0~4小时。预烧粉体的粉碎粒径控制在0.5~1.8μm之间，粒径分布集中，具有较好的正态分布。粉碎料浆使用压力喷雾干燥塔造粒，特性根据压制需要进行调整。烧结在平衡氧分压气氛下进行，烧结温度控制在1050℃~1250℃之间，保温3~7小时。按所述方法制造的高频锰锌铁氧体材料，在0℃到125℃的温度范围内，具有低的功率损耗和高的工作频率范围：在f≤5MHz、B≤30mT条件下的损耗为500kW/m3或者更低；功率损耗变化率δH≤100%；可以应用在1MHz至10MHz高频范围工作的高频开关电源、新能源领域的变压器、电感器磁心方面。表1本专利技术实施例环形磁心材料性能实施例1：以氧化铁、氧化锰、氧化锌粉末作为原料，按照表1中所示的组成进行称量。按照下述的制备条件制备环形MnZn铁氧体磁心。将主成分按要求比例混合均匀，然后进行预烧结。预烧结温度可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频锰锌铁氧体材料，由主成分和副成分组成，其特征在于，所述主成分以各自氧化物计算分别为Fe2O3：53mol%~62mol%，ZnO：0.5mol%~10.0mol%，其余为MnO；作为副成分包括碳酸钙CaCO3、五氧化二铌Nb2O5、二氧化硅SiO2、五氧化二钒V2O5、碳酸锂Li2CO3、氧化锆ZrO3、氧化钴Co2O3、二氧化钛TiO2和二氧化锡SnO2中的两种以上；所述副成分分为两类，I类副成分包括CaCO3、Nb2O5、SiO2、V2O5和Li2CO3；II类副成分包括ZrO3、Co2O3、TiO2和SnO2，所述副成分至少包含一种II类副成分。

【技术特征摘要】
1.一种高频锰锌铁氧体材料，由主成分和副成分组成，其特征在于，所述主成分以各自氧化物计算分别为Fe2O3：53mol%~62mol%，ZnO：0.5mol%~10.0mol%，其余为MnO；
作为副成分包括碳酸钙CaCO3、五氧化二铌Nb2O5、二氧化硅SiO2、五氧化二钒V2O5、碳酸锂Li2CO3、氧化锆ZrO3、氧化钴Co2O3、二氧化钛TiO2和二氧化锡SnO2中的两种以上；所述副成分分为两类，I类副成分包括CaCO3、Nb2O5、...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢冰冰，潘晓东，张强原，顾张新，
申请(专利权)人：天通控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33