一种高频低功耗NiZn软磁铁氧体材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及磁性材料技术领域，公开了一种高频低功耗NiZn软磁铁氧体材料的制备方法。该方法包括：1）一次配料：分别称取含有Fe、Ni、Zn、Cu元素的化合物作为主成分；2）一次球磨；3）一次烧结：置于空气气氛中进行预烧；4）二次配料：分别称取含有Co、Nb、Ti、V、Bi、Ca、Si元素的化合物作为副成分，将含有Cu元素的化合物或将含有Cu元素的化合物和副成分一起添加到一次烧结粉料；5）二次球磨；6）造粒；7）压制成型；8）二次烧结：将生胚在空气氛围中进行烧结，冷却即得。本发明专利技术得到的NiZn软磁铁氧体材料通过添加Cu、Co、Nb、Ti等元素，显著降低软磁铁氧体材料5‑10MHz时的功率损耗。

A preparation method of NiZn soft ferrite material with high frequency and low power consumption

【技术实现步骤摘要】
一种高频低功耗NiZn软磁铁氧体材料的制备方法
本专利技术涉及磁性材料
，尤其是涉及一种高频低功耗NiZn软磁铁氧体材料的制备方法。
技术介绍
功率铁氧体广泛应用于电子、通讯领域的电源变压器，而变压器特别是在大功率变压器模块，要进一步小型化，减小开关电源体积是关键，而低损耗的材料是关键中的关键。功率铁氧体材料从20世纪70年代出现第一代产品，工作频率为20KHz；80年代出现第二代产品，其工作频率达100～500KHz，如TDK公司的PC30、PC40；90年代出现第三代产品，工作频率达到0.5～1MHz，如TDK公司的PC50。由于IT产业向高频发展，工作频率在1～3MHz的产品也相应问世，FERROCUBE公司的3F4、3F45和3F5是这类产品的代表。目前国内外生产厂家大量生产MnZn功率铁氧体的是第二代产品及第三代产品，而第四代产品则市场份额较小。国外生产的MnZn功率铁氧体则集中在第三代及第四代产品的高档产品，类似TDK公司的PC44、PC50和FERROCUBE的3F4、3F45、3F5等，从目前市场应用情况，受器件小型化影响，该类市场逐步扩大。台达、华为等企业提出几年内变压器设计频率达到1～3MHz高频，未来可能向更高频率(≥3MHz)发展。然而现有锰锌铁氧体频率为3～5MHz时损耗偏高，更别提铁氧体频率为5～10MHz时的损耗，严重制约了开关电源向高频化方向的发展。如中国专利公开号CN102491739公开了一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料及其制备方法的专利技术专利，其制备方法包括以下几个步骤：配料、依次球磨、材料预烧、二次球磨、压制成型、高温烧结和去应力处理，由于材料配方中不含有重金属Pb，解决了污染环境的问题，但是此材料在频率达到7.6MHz时损耗严重。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术NiZn软磁铁氧体材料在高频条件下损耗严重的问题，提供一种高频低功耗NiZn软磁铁氧体材料的制备方法。本专利技术得到的NiZn软磁铁氧体材料通过添加Cu、Co、Nb、Ti等元素，显著降低软磁铁氧体材料5~10MHz时的功率损耗。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高频低功耗NiZn软磁铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：1）一次配料：分别称取含有Fe、Ni、Zn、Cu元素的化合物作为主成分，备用；2）一次球磨：将步骤1）中含有Fe、Ni、Zn元素的化合物均匀混合后破碎，球磨得一次球磨粉料；3）一次烧结：将一次球磨粉料置于空气气氛中进行预烧，冷却得一次烧结粉料；4）二次配料：分别称取含有Co、Nb、Ti、V、Bi、Ca、Si元素的化合物作为副成分，将步骤1）中含有Cu元素的化合物或将步骤1）中含有Cu元素的化合物和副成分一起添加到一次烧结粉料中得二次配料粉料；5）二次球磨：将二次配料粉料均匀混合后进行球磨得二次球磨粉料；6）造粒：向二次球磨粉料中添加聚乙烯醇溶液，预压，研磨过筛得颗粒物料；7）压制成型：向颗粒物料中添加聚乙烯醇溶液，压制成生胚；8）二次烧结：将生胚在空气氛围中进行烧结，冷却得NiZn软磁铁氧体材料。对于主成分的选择，为了获得更宽的使用频率，要求在10MHz的使用频率下，磁导率没有出现明显下降，且居里温度较高，所以根据Snoek极限，选择Zn含量较低，磁导率较低，饱和磁感应强度较高的主配方。对于广泛应用于各种元器件的高频NiZn铁氧体材料，通常希望其能在更高的使用频率下和更宽的温度范围内具有很低的功率损耗，本专利技术通过在二次配料中添加Cu、Co、Nb、Ti、V、Bi、Ca、Si元素，通过不同添加剂离子的联合替代与离子相互之间的作用机制，以及在烧结工艺上的合理控制，得到的产品NiZn铁氧体材料特征是：在25℃下饱和磁通密度高于460mT，初始磁导率高于150，在10mT、100℃、10MHz的测试条件下，其功率损耗低于300Kw/m3，在5mT、100℃、10MHz的测试条件下，其功率损耗低于130Kw/m3，在20～120℃范围内，损耗随温度的变化不超过30％，材料的居里温度大于260℃。本专利技术得到的NiZn软磁铁氧体材料通过添加Cu、Co、Nb、Ti等元素，显著降低软磁铁氧体材料5~10MHz时的功率损耗作为优选，所述步骤1）中主成分为分别含有Fe、Ni、Zn、Cu元素的氧化物。作为优选，所述主成分包括以下质量百分比组分：Fe2O3:45~55mol%，CuO:2~12mol%，ZnO:5~35mol%，NiO:余量。作为优选，所述步骤4）中含有Co、Nb、Ti、V、Bi、Ca、Si元素的化合物为氧化物、碳酸盐或硅酸盐。作为优选，所述副成分为含有Co、Nb、Ti、V、Bi、Ca、Si元素的化合物为氧化物；副成分的添加量为主成分的0~1.5wt%；所述副成分中各组分的添加量占主成分质量分数如下：Co2O3:500~12000ppm，Nb2O5:50~2000ppm，TiO2:0~5000ppm；V2O5:0~2000ppm，Bi2O3：0~2000ppm，CaO:0~3000ppm，SiO2:0~2000ppm。Co2O3作为添加剂，虽然材料的磁导率会有所降低，但能够引发材料内部的局部单轴各向异性，阻碍畴壁移动，显著提高材料的截止频率，降低材料在高频下的畴壁共振和涡流损耗引起的功率损耗，同时材料的磁谱呈现明显的共振型，有利于材料在更高频率下使用。但是加入过量会导致磁导率明显下降，同时会导致功率损耗的温度稳定性降低。加入Nb2O5细化晶粒，增多晶界提高晶界电阻率，降低高频、高磁通密度和高温下的涡流损耗，从而使材料功耗显著下降。TiO2能降低烧结温度而不促进晶粒的生长，能降低材料的磁滞损耗和剩余损耗。Ca和Si是业内制备NiZn铁氧体常加的添加剂，CaO和SiO2基本不进入磁性主相中，主要作用于晶界部分，会增大晶界电阻率从而增大整个材料的电阻率，使得材料的涡流损耗能够明显降低。但是，Ca和Si离子容易分布于晶粒间的三叉晶界处，这样不利于整体电阻率的增加，所以需要加入一些其他价态的阳离子如V5+，或者其它离子造成一定的晶格畸变，从而促使材料晶粒内部产生离子空位，使得Ca，Si离子更容易运动到两个晶粒之间的晶界，而不是三个晶粒间的三叉晶界，是一种离子间的协同作用。V2O5和Bi2O3都是常见的助烧剂，但是他们的助烧机理不完全相同，所以其加入量也有所区别，Bi2O3主要的助烧机理是由于其本身是低熔点氧化物，通过形成液相烧结，可以促进烧结过程晶粒间的传质过程，促进烧结，降低烧结温度，三价Bi离子的离子半径为比材料中其它金属离子的半径要大很多，所以基本不进入晶粒内部，不影响主相成分而是在晶界富集，形成高电阻层，降低功率损耗；而V2O5也是低熔点化合物，但是五价V离子的离子半径与材料内金属离子半径接近，甚至要更低，所以在烧结过程中能进入晶粒内部，又由于其价态较高，为维持电荷平衡，能够产生一些离子空位，这样的离子空位就促进了晶粒内部的纯质过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频低功耗NiZn软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1）一次配料：分别称取含有Fe、Ni、Zn、Cu元素的化合物作为主成分，备用；/n2）一次球磨：将步骤1）中含有Fe、Ni、Zn元素的化合物均匀混合后破碎，球磨得一次球磨粉料；/n3）一次烧结：将一次球磨粉料置于空气气氛中进行预烧，冷却得一次烧结粉料；/n4）二次配料：分别称取含有Co、Nb、Ti、V、Bi、Ca、Si元素的化合物作为副成分，将步骤1）中含有Cu元素的化合物或将步骤1）中含有Cu元素的化合物和副成分一起添加到一次烧结粉料中得二次配料粉料；/n5）二次球磨：将二次配料粉料均匀混合后进行球磨得二次球磨粉料；/n6）造粒：向二次球磨粉料中添加聚乙烯醇溶液，预压，研磨过筛得颗粒物料；/n7）压制成型：向颗粒物料中添加聚乙烯醇溶液，压制成生胚；/n8）二次烧结：将生胚置于空气氛围中进行烧结，冷却得NiZn软磁铁氧体材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高频低功耗NiZn软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）一次配料：分别称取含有Fe、Ni、Zn、Cu元素的化合物作为主成分，备用；
2）一次球磨：将步骤1）中含有Fe、Ni、Zn元素的化合物均匀混合后破碎，球磨得一次球磨粉料；
3）一次烧结：将一次球磨粉料置于空气气氛中进行预烧，冷却得一次烧结粉料；
4）二次配料：分别称取含有Co、Nb、Ti、V、Bi、Ca、Si元素的化合物作为副成分，将步骤1）中含有Cu元素的化合物或将步骤1）中含有Cu元素的化合物和副成分一起添加到一次烧结粉料中得二次配料粉料；
5）二次球磨：将二次配料粉料均匀混合后进行球磨得二次球磨粉料；
6）造粒：向二次球磨粉料中添加聚乙烯醇溶液，预压，研磨过筛得颗粒物料；
7）压制成型：向颗粒物料中添加聚乙烯醇溶液，压制成生胚；
8）二次烧结：将生胚置于空气氛围中进行烧结，冷却得NiZn软磁铁氧体材料。


2.根据权利要求1所述的一种高频低功耗NiZn软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中主成分为分别含有Fe、Ni、Zn、Cu元素的氧化物。


3.根据权利要求1或2所述的一种高频低功耗NiZn软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述主成分包括以下质量百分比组分：
Fe2O3:45-55mol%，CuO:2-12mol%，ZnO:5-35mol%，NiO:余量。


4.根据权利要求1所述的一种高频低功耗NiZn软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中含有Co、Nb、Ti、V、Bi、Ca、Si元素的化合物为氧化物、碳酸盐或硅酸盐。


5.根据权利要求1或4所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈军林，
申请(专利权)人：横店集团东磁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33