一种无线充电用锰锌铁氧体磁片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种无线充电用锰锌铁氧体磁片及其制备方法，其中，无线充电用锰锌铁氧体磁片包括主成分和掺杂成分，所述主成分包括67～72wt％的Fe2O3、22～27wt％的Mn3O4和3～9wt％的ZnO；所述掺杂成分包括Nb2O5、SnO2、Co3O4、TiO2、ZrO2、CaO中的至少1种，以质量分数的ppm为计量，所述掺杂成分的总添加量小于等于6000ppm。本发明专利技术通过优化主成分合理配比及掺杂成分合理掺杂，在提高材料磁导率、降低材料单位体积功率损耗的同时，还提高了材料温度稳定性，提高锰锌铁氧体薄片烧结平整性，提高产品外观良率。

Manganese zinc ferrite chip for wireless charging and preparation method thereof

The invention relates to a manganese-zinc ferrite magnet for wireless charging and a preparation method thereof, in which the manganese-zinc ferrite magnet for wireless charging comprises a principal component and a doping component, which comprises 67-72 wt% Fe2O3, 22-27 wt% Mn3O4 and 3-9 wt% ZnO, and the doping components include Nb2O5, SnO 2, Co3O4, titanium dioxide and ZrO. 2. At least one kind of CaO is measured by the mass fraction of ppm. The total amount of the doped component is less than or equal to 6000 ppm. By optimizing the rational proportion of the principal component and doping composition, the invention can improve the permeability of the material, reduce the power loss per unit volume of the material, improve the temperature stability of the material, improve the sintering smoothness of the manganese-zinc ferrite sheet, and improve the appearance yield of the product.

【技术实现步骤摘要】
一种无线充电用锰锌铁氧体磁片及其制备方法
本专利技术涉及一种锰锌铁氧体材料
，特别涉及一种无线充电用锰锌铁氧体磁片及其制备方法。
技术介绍
近年随着手机屏幕越来越大、性能越来越高、功能越来越多样化的发展趋势，对电池能量的消耗也成倍增加。然而3C产品如手机、平板电脑等所用的锂离子电池能量密度增长却非常有限，有数据表明，近10年间，锂电池容量密度增长有限，每年增长仅5～10％。且随着能量密度越来越趋近理论值，能量密度更高的替代新材料目前尚未看到希望的今天，锂电池成为制约移动消费类电子产品发展最大的瓶颈，产品连续使用只有3～8h，极大的降低了便携产品的用户体验。无线充电充电具有的方便、快捷等特点，在办公室、餐厅、卧室等都可随时放置充电，发展无线充电不失为解决电池电池续航能力不足的一个好方法。手机配置无线充电最早可追溯到2012年Nokia发布的Lumia920手机，采用WPC的Qi无线充电标准，但由于充电功率低、配套无线充电少、智能手机市场崛起后Nokia市场影响力持续走低等原因，并未能将手机无线充电普及开来，2012～2016几年间，仅有三星等厂家在少数旗舰机型上增加无线充电功能。随着苹果公司在2017年秋季新品发布会上的iPhone8系列与iPhoneX支持Qi无线充电标准，其他如小米、华为、Sony等厂家纷纷跟进，手机无线充电市场持续升温，带动无线充电市场，甚至无线充电组件所需的被动电子元件、磁性材料、线圈、IC等市场也跟着火热。为提升Qi标准等感应式无线充电效率，就需提高发射线圈、接收线圈之间耦合系数。此外，还得考虑充电时电磁场对手机天线、IC、线路板等的影响。通常做法是在发射端、接收端两个线圈外侧附上导磁的磁性材料，降低发射、接收线圈耦合整个空间磁路磁阻，以增强线圈之间的磁感应强度。同时线圈外侧的磁性材料起屏蔽作用，防止交变磁场对线圈后面的手机其他金属件产生涡流导致发热，对设备内部的天线、电子元件等造成干扰。在手机无线充电接收端中，如果没有电磁屏蔽片，无线充电近距离充电效率将大打折扣。在磁性材料选择上，常用的材料为镍锌软磁铁氧体、纳米晶/非晶等材料。镍锌软磁铁氧体材料具有高磁导率、高电阻率、低损耗、生产工艺成熟等优点，在中高频中有不可替代的作用，苹果Iphone8、Iphone8Plus、IphoneX等机型以及Nokia的Lumia920等早期机型，无线充电方案选择镍锌软磁铁氧体。但镍锌软磁铁氧体劣势为其饱和磁化强度较低，只有200～300mT，在大功率参数使用时材料磁化强度容易饱和，造成温度快速升高，充电效率降低。三星系列手机无线充电方案则目前选择纳米晶/非晶，纳米晶/非晶优势在于磁导率高，饱和磁化强度高等优点，纳米晶/非晶带材在辊压碾碎后后，其磁导率及功耗大幅降低，适用于Qi标准无线充电频率范围(f＝100～205kHz)。但纳米晶/非晶也有其劣势，主要表现在：(1)使用频率比铁氧体低，频率f≤200kHz时单位体积功耗比锰锌铁氧体有优势，但为提高无线充电功率，频率进一步提高后则功耗快速增加，比锰锌铁氧体材料更大；(2)在大功率励磁条件如H≥900A/m时，功耗同样快速增加，器件更容易发热；(3)纳米晶/非晶材料电导率高，如果纳米晶/非晶磁片模切后边缘碎屑掉落在组件内部，有线路发生短路的安全事故风险；(4)在Qi标准(f＝100～205kHz)下，磁感应强度B≤50mT时，锰锌铁氧体单位体积损耗Pcv比纳米晶/非晶损耗更低，而由于磁感应无线充电磁路为开路，实际使用时，磁性材料内部磁感应强度并不大；(5)价格高，纳米晶/非晶是多层叠压，大量消耗胶带等辅材，价格比铁氧体高出50％至一倍。为满足手机类移动消费类电子产品追求轻薄短小的要求，对铁氧体材料来说，在满足使用性能前提下，需要把磁片做到很薄(≤0.2mm)。采用陶瓷流延方法在制备陶瓷类薄片产品在工艺上有天然的优势，流延成型具有效率高、操作简单、可连续生产、一致性好等特点。目前国内外公开专利中，利用流延方法主要制备镍锌铁氧体片，用于生产锰锌铁氧体片专利公开不多，且没能对锰锌铁氧体片难点如烧结变形、磁性能等问题改善方法有提及，如：CN201710293734公开了一种电磁感应无线充电用锰锌铁氧体磁片及其制备方法，其主要方法是采用铁氧体造粒料干压成型获得坯体，烧结后通过研磨处理，得到符合尺寸要求的锰锌铁氧体片。该方法优势在于成本低廉，技术难度低，易于批量生产；但局限性在于通过研磨减薄磁片，厚度最薄只能做到0.5～0.8mm，再薄则难以加工，磁片容易碎裂，难以符合手机接收端装配要求。CN201710496522公开了一种软磁废料制备无线充电器铁氧体磁片的方法，其步骤包括：废弃磁芯按比例添加一定量SiO2、Bi2O3、V2O5、CuO、ZnO，加水球磨后过筛，然后制浆流延为坯片，坯片排胶、烧结，烧结后磁片贴膜、碎磁，获得所需磁片产品。该方法优势在于成本低，但由于铁氧体薄片烧结过程易于变形，产品性能要求高，采用废磁芯重复利用生产铁氧体磁片不仅性能差，且烧结生产产品易变形，实际生产难以获得外观优良的铁氧体片。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线充电用锰锌铁氧体磁片及其制备方法，以解决现有的无线充电技术中没有对锰锌铁氧体片锰锌铁氧体片的烧结变形、磁性能等问题进行改善的技术问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种无线充电用锰锌铁氧体磁片，适用于无线充电领域，通过优化主相配方并合理掺杂，在提高材料磁导率、降低材料单位体积功率损耗同时，还提高了材料温度稳定性，提高锰锌铁氧体薄片烧结平整性，提高产品外观不良率。包括主成分和掺杂成分，所述主成分包括67～72wt％的Fe2O3、22～27wt％的Mn3O4和3～9wt％的ZnO；所述掺杂成分包括Nb2O5、SnO2、Co3O4、TiO2、ZrO2、CaO中的至少1种，以质量分数的ppm为计量，所述掺杂成分的总添加量小于等于6000ppm。铁氧体的损耗主要由涡流损耗、磁滞损耗和剩余损耗三部分组成，但在一定条件下通常只有一种损耗占据主导地位，锰锌铁氧体根据铁含量的不同又分为缺铁、正铁和过铁三种配方；在未达到共振频率前的低频段，锰锌铁氧体的剩余损耗主要是磁滞后效损耗，随着工作频率的上升铁氧体的磁滞后效损耗逐渐增大，成为损耗的主要部分，在以磁滞后效损耗为主要损耗的情况下，能够提供较多的Fe2+的过铁配方具有较小的损耗，然而随着Fe2+含量的增加涡流损耗也在不断地增大，Fe2+含量过高会使总损耗增大。此外从降低磁滞损耗考虑，磁体越致密越好，从降低材料损耗，提高材料电阻率、降低Fe2+含量考虑，采用过铁配方，Fe2O3的含量定为67～72wt％。锰锌铁氧体材料磁导率随着氧化锌含量增加而增加，阻抗却随锌离子取代的增加而减少。因而在一定范围内，ZnO添加量增大，有利材料磁导率的提升，但含量过高将使材料居里温度降低、温度稳定性降低，饱和磁化强度，不利于无线充电实际使用条件。本专利技术中采用ZnO含量为3～9wt％。同理为了使材料在工作频率范围具有合适的磁导率和较低的磁损耗，Mn3O4的含量定为22～27wt％。掺杂成分可起到降低材料单位体积功率损耗，提高材料温度稳定性，提高烧结平整性，提高产品良率，降低生产工艺控制难度等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线充电用锰锌铁氧体磁片，其特征在于，包括主成分和掺杂成分，所述主成分包括67～72wt％的Fe2O3、22～27wt％的Mn3O4和3～9wt％的ZnO；所述掺杂成分包括Nb2O5、SnO2、Co3O4、TiO2、ZrO2、CaO中的至少1种，以质量分数的ppm为计量，所述掺杂成分的总添加量小于等于6000ppm。

【技术特征摘要】
1.一种无线充电用锰锌铁氧体磁片，其特征在于，包括主成分和掺杂成分，所述主成分包括67～72wt％的Fe2O3、22～27wt％的Mn3O4和3～9wt％的ZnO；所述掺杂成分包括Nb2O5、SnO2、Co3O4、TiO2、ZrO2、CaO中的至少1种，以质量分数的ppm为计量，所述掺杂成分的总添加量小于等于6000ppm。2.如权利要求1所述的一种无线充电用锰锌铁氧体磁片，其特征在于，所述掺杂成分中各成分的含量为50～5000ppm。3.如权利要求2所述的一种无线充电用锰锌铁氧体磁片，其特征在于，所述掺杂成分包括50～400ppm的Nb2O5、200～1000ppm的SnO2、1000～5000的Co3O4、200～1000ppm的TiＯ2、50～400ppm的ZrO2、50～800ppm的CaO中的至少1种。4.一种无线充电用锰锌铁氧体磁片的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：S1、将包括67～72wt％的Fe2O3、22～27wt％的Mn3O4和3～9wt％的ZnO的主成分原材料和包括总添加量小于等于6000ppm的Nb2O5、SnO2、Co3O4、TiO2、ZrO2、CaO中的至少1种的掺杂成分原材料经过一次研磨、预烧、二次研磨，获得锰锌铁氧体粉末；S2、所述锰锌铁氧体粉末通过与有机物的混合获得浆料；S3、所述浆料经过流延获得流延坯片；S4、所述流延坯片经过烧结获得锰锌铁氧体磁片；S5、烧结后的所述锰锌铁氧体磁片的两面均覆单面胶或双面胶后，再辊压破碎获得无线充电用锰锌铁氧体磁片。5.如权利要求4所述的一种无线充电用锰锌铁氧体磁片的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述主成分原料和掺杂成分原料经过一次球磨或砂磨混合均匀，一次球磨或砂磨后混合原材料激光粒度D50≤1μm；一次球磨或砂磨后的粉末再进过干燥后预烧，预烧温度为900～1050℃，预烧时间为1～5h，预烧气氛为空气烧结；预烧后粉料经二次球磨或砂磨，二次球磨或砂磨后混合原材料激光粒度D50＝1～2μm；二次球磨/砂磨后粉料经干燥、过筛，得到所需的锰锌铁氧体粉末；所述一次球磨或砂磨和所述二次球磨或砂磨的研磨介质均为铁球或氧化锆球，所述一次球磨或砂磨的研磨介质粒径为D50＝0.8～10μm，二次球磨或砂磨的研磨介质粒径为D50≤1～10μm；所述烘干方法为喷雾干燥或烘箱干燥。6.如权利要求4所述的一种无线充电用锰锌铁氧体磁片的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，将锰锌铁氧体粉末与溶剂、分散剂进行混合，将混合好的浆料投入到球磨机或砂磨机中进行润湿分散，向分散好的浆料中投入增...

【专利技术属性】
技术研发人员：张素荣，黄参，
申请(专利权)人：上海安费诺永亿通讯电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31