專利名稱：一種高精度高穩定性溫控錳鋅MnZn軟磁鐵氧體材料的制備方法及所得磁芯產品的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高精度高穩定性溫控錳鋅MnZn軟磁鐵氧體材料的制備方法及所 得磁芯產品，尤其涉及一種居里溫度范圍窄的錳鋅MnZn軟磁鐵氧體材料的制備方法。
背景技術：
隨著工業生產和科學技術的發展，對精度較高的測控元件需求日益突出。作為軟 磁鐵氧體材料重要分支的溫敏鐵氧體材料及其傳感器的誕生、發展適應了現代化科技、工 業和生活的需要。除此外，近十年來，磁性溫敏傳感器還在汽車工業中應用，這為它的發展 開辟了一個新的途徑。電子線路中有大量的電子元器件在工作時都會發出熱量，如電容、晶 體管、電子變壓器、扼流圈等，從而引起電路周邊環境溫度的升高，當溫度升高到一定程度 的時候，部分電子元器件會發生失效，從而導致整個電路的癱瘓，甚至會引起火災。有必要 對電路設置一個溫控回路來應對電路周圍環境溫度的過分升高。MnZn軟磁鐵氧體存在一個 居里溫度，當外界溫度一旦超過這個溫度，軟磁鐵氧體的導磁能力將會大幅下降，可下降至 原來的千分之一。可利用這種特性制成的溫敏器件被廣泛地應用于控溫、限溫和預警等領 域，在汽車、空調、辦公自動化和家用電器等行業中作用很大。但由于磁材的居里溫度不容 易控制，使得相應的器件溫控準確度不高。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供一種具有精準的居里溫度及較高的磁導率確 保有效地進行溫度自動控制和自動保護的磁芯的制備方法。本發明要解決的技術問題是通過以下技術方案實現的一種高精度高穩定性溫控 錳鋅MnZn軟磁鐵氧體材料的制備方法，步驟為(1) 一次配料按摩爾百分比為Fe20351 52mol%,Mn0 22 24mol%,Zn0 24 27mol%進行配料；(2)預燒將步驟(1)配好的料 通過一次球磨、噴霧干燥造粒后，在空氣推板窯中進行預燒，預燒溫度為870 960°C，預 燒時間為1 3小時；(3) 二次配料將步驟(2)的預燒料加入輔助料，所述的輔助料是以下 物質的三種或以上，它們在整個預燒料中的重量百分比為=CaCO3 0. 01 0. 05wt%, Nb2O5 0. 01 0. 04wt%、Ti02 0 . 01 0. 07wt%、B0 0. 01 0. 04wt%、BiO 0. 01 0. 05wt%、Mo0 0.01 0. 07wt%;(4)成型將步驟(3)配好的粉料經過二次球磨、噴霧干燥造粒后，采用全 自動干壓機進行干壓成型；(5)燒結將上述成型后的成型坯件放進燒結爐，在0. 005% 7%氧體積含量的N2氣氛中進行高溫燒結，燒結溫度為1260 1380°C，燒結保溫時間為2 4. 5小時，燒結后在N2氣氛中降溫后即得MnZn軟磁鐵氧體磁芯。進一步在上述高精度高穩定性溫控錳鋅MnZn軟磁鐵氧體材料的制備方法中， 所述的步驟(2)后還包括試驗測居里溫度，即將上述預燒后的預燒料直接進行小試實驗， 將所得實驗品進行燒結，燒結后測試其居里溫度(初次居里溫度)，再加入Fe2O3或ZnO來 調節以達到目標居里溫度的步驟，因為如果需要提高居里溫度1°C需加入Fe2O3 0. 001 0. 6wt%，降低居里溫度1°C需加入ZnO 0. 01 0. 7wt%，根據這樣的經驗理論值來進一步 調節配料。比如溫敏要達到精確的溫度自動控制和自動保護器件，其核心部分磁芯必須具 有精準的居里溫度，實際生產中必須嚴格控制成分偏移，成分的微小偏移都可能對性能產 生很大的影響。在生產粉料制備過程中會發生一系列物理、化學變化，以及成分的損失等， 這些都會在一定程度上造成基方中三氧化二鐵、四氧化錳及氧化鋅配比的偏移，因此必須 采取有效措施進行精確補償。所述步驟(5)保溫燒結過程在0.005% 7%氧體積含量的 N2氣氛中進行，降溫速率為1 15°C /min。這是為了確保產品的一致性和穩定性，即批量 生產的磁芯居里溫度都一樣，必須對批量生產的平衡氣氛燒結曲線和燒結工藝進行準確調 配。與現有技術相比，本發明特別注重磁芯制備方法中工藝步驟的順序，燒結溫度的 控制，再次是材料的配方，尤其是工藝過程中的小試驗，方便調節居里溫度的工藝步驟，使 得出軟磁鐵氧體材料具有高精度高穩定性溫控的性能，由該方法所得的磁芯產品具備精確 的居里溫度范圍。即由該方法所得的磁芯產品在IOKHz時磁導率為4800 7200，其居里 溫度中心值X的偏差是士3°C，X的范圍為0 200°C。由該磁芯制造的溫控元件有效地進 行溫度自動控制和自動保護。
圖1是居里溫度Tc定義曲線；圖2是實施例1樣品(圓環T25*15*7. 5)測試居里溫度μ i_T曲線圖；
具體實施例方式本發明的主旨是選擇合適的工藝方法、燒結溫度、材料的配方，尤其是工藝過程中 的小試驗，方便調節居里溫度的工藝步驟，制造的磁芯具備精確的居里溫度范圍。即由該方 法所得的磁芯產品在IOKHz時磁導率為4800 7200，其居里溫度中心值X的偏差是士 3°C， X的范圍為0 200。由該磁芯制造的溫控元件有效地進行溫度自動控制和自動保護。以 下的實施例是以舉例來進一步說明本發明，材料配方、工藝參數的選擇并不導致磁芯產品 特性的實質性差異，僅屬因地因事而異的區別。實施例1制備居里溫度中心值X為100°C，居里溫度范圍97 103°C，磁芯在IOKHz時磁導 率為4800 7200的材料。(1) 一次配料稱取 Fe2O3 51. 5mol% ；MnO 22. 5mol% ；ZnO 26. Omol % ；(2)預燒將上述配好的料加入純水經過一次球磨2小時后進行噴霧干燥造粒，然 后在空氣推板窯中進行預燒，預燒溫度為880°C，預燒時間為2. 5小時；(3)小試檢驗將上述預燒后的預燒料直接進行小試實驗，將所得實驗環進行燒 結，燒結后測試其居里溫度為96°C ；(4) 二次配料將上述預燒后的預燒料加入按重量百分比的輔助成分CaC03 0. 04wt% ；Nb2O5 0. 035wt% ；TiO2 0. 055wt% ；BO 0. 025wt%，并且為了提高居里溫度，加入 主成分 Fe2O3L 5wt% ；(5)成型將上述二次配好的粉料加入純水經過二次球磨2小時后進行噴霧干燥造粒，采用全自動干壓機進行干壓成型；(6)燒結將上述成型后的坯件放進燒結爐在1300°C高溫保溫燒結，其中氧含量 為5. 1%，保溫時間為3小時，燒結后在N2保護中以8°C /min降溫速率降溫后即得到MnZn 軟磁鐵氧體磁芯圓環。樣品的初始磁導率用Agilent4284進行測量(測試條件為10KHZ、1V)，如表1所 示；在國內外著名軟磁企業產品目錄中尚沒有發現與X= 100同等的材料，只與日本 FDK 2H15、2H15B材料性能相似，但比這些材料具有更加精確的居里溫度，優化的溫度曲線。 本發明磁芯材料與國外FDK材料技術性能對比，本發明的材料屬于首創技術，在軟磁行業 中只與高磁導率日本FDK 2H15及2H15B在居里溫度和一些性能上類似，但X= 100嚴格控 制居里溫度范圍，實際生產內控標準在士3°C。X= 100屬于高精度溫度控制材料，用其制 作成的溫敏器件具有高的可靠性、優良的耐環境性、噪聲電壓小，一致性良好，能夠有效起 到控溫、限溫和預警等作用。測試居里溫度是在恒溫油浴鍋內進行，居里溫度Tc定義以溫度為橫坐標，以μ i 為縱坐標，畫出感量與溫度的曲線，找出80% ymax所處溫度即為Tc，該實施例中的居里 溫度如圖1所示(測試條件為測試頻率ΙΟΚΗζ，電壓IV ；測試磁芯的尺寸是T25*15*7. 5 ； 測試儀器是ΗΡ4284Α)。連續測試了實施例1中的三個最終磁芯圓環，其μ i_T曲線見 圖2(測試條件為測試頻率ΙΟΚΗζ，電壓IV ；測試磁芯的尺寸是T25*15*7. 5 ；測試儀器是 ΗΡ4284Α)。試驗調節前后的居里溫度如表2所示，即該磁芯具備精確的居里溫度范圍。即由 該方法所得的磁芯在IOKHz時磁導率為4800 7200，其居里溫度嚴格控制在97 103°C表1:
廠商名稱FDK 2H15FDK 2H15B風華微碩μ i 25 0C15000 士 25%15000 士 20%6000 士 20%Tc (°C )> 100> 100100 士 3表2
編號初始磁導舉μ 1小試檢驗居里最終樣品居里溫度Tc (°C)溫度Tc CC)圓環-1617196100圓環-2605596100圓環-3597496100實施例2制備居里溫度中心值X為90°C，居里溫度范圍87 93°C，磁芯在IOKHz時磁導率 為4800 7200的材料。(1) 一次配料稱取 Fe2O3 51. 5mol % ；MnO 23. Omol % ；ZnO 25. 5mol % ；(2)預燒將上述配好的料加入純水經過一次球磨2. 5小時后進行噴霧干燥造粒，然后在空氣推板窯中進行預燒，預燒溫度為900°C，預燒時間為2. 0小時；(3)小試檢驗將上述預燒后的預燒料直接進行小試實驗，將所得實驗環進行燒 結，燒結后測試其居里溫度為95°C ；(4) 二次配料將上述預燒后的預燒料加入按重量百分比的輔助成分CaC03 0. 03wt% ；Nb2O5 0. 02wt% ；TiO2 0. 05wt% ；BO 0. 025wt%，并且為了降低居里溫度，加入主 成分 ZnO 2. 5wt% ；(5)成型將上述二次配好的粉料加入純水經過二次球磨2小時后進行噴霧干燥 造粒，采用全自動干壓機進行干壓成型；(6)燒結將上述成型后的坯件放進燒結爐在1320°C高溫保溫燒結，其中氧含量 為4. 5%，保溫時間為3. 5小時，燒結后在N2保護中以8. 50C /min降溫速率降溫后即得到 MnZn軟磁鐵氧體磁芯圓環。樣品的初始磁導率用Agilent4284進行測量(測試條件為10KHZ、IV)，居里溫度在 恒溫油浴鍋內進行，調整前后樣品測試結果如表3所示。表 3
編號初始磁導率μ i小試檢驗居里最終樣品居里溫度Tc (°C)溫度Tc (O)隱—162509590圓環-2615595901員I壞-362749590
權利要求
一種高精度高穩定性溫控錳鋅MnZn軟磁鐵氧體材料的制備方法，步驟為(1)一次配料按摩爾百分比為Fe2O351～52mol％、MnO22～24mol％、ZnO24～27mol％進行配料；(2)預燒將步驟(1)配好的料通過一次球磨、噴霧干燥造粒后，在空氣推板窯中進行預燒，預燒溫度為870～960℃，預燒時間為1～3小時；(3)二次配料將步驟(2)的預燒料加入輔助料，所述的輔助料是以下物質的三種或以上，它們在整個預燒料中的重量百分比為CaCO3 0.01～0.05wt％、Nb2O5 0.01～0.04wt％、TiO2 0.01～0.07wt％、BO 0.01～0.04wt％、BiO 0.01～0.05wt％、MoO 0.01～0.07wt％；(4)成型將步驟(3)配好的粉料經過二次球磨、噴霧干燥造粒后，采用全自動干壓機進行干壓成型；(5)燒結將上述成型后的成型坯件放進燒結爐，在0.005％～7％氧體積含量的N2氣氛中進行高溫燒結，燒結溫度為1260～1380℃，燒結保溫時間為2～4.5小時，燒結后在N2氣氛中降溫后即得MnZn軟磁鐵氧體磁芯。
2.根據權利要求1所述的高精度高穩定性溫控錳鋅MnZn軟磁鐵氧體材料的制備方法， 其特征在于所述的步驟(2)后還包括試驗測居里溫度，再加入Fe2O3或ZnO來調節居里溫 度的步驟。
3.根據權利要求2所述的高精度高穩定性溫控錳鋅MnZn軟磁鐵氧體材料的制備方法， 其特征在于所述步驟(5)保溫燒結過程在0. 005% 7%氧體積含量的N2氣氛中進行，降 溫速率為1 15°C /min ；
4.一種根據權利要求1-3擇一所述的制備方法所得的磁芯產品，其特征在于磁芯 在IOKHz時磁導率為4800 7200，其居里溫度中心值X的偏差是士3°C，X的范圍為0 200 "C。
全文摘要
一種高精度高穩定性溫控錳鋅MnZn軟磁鐵氧體材料的制備方法及所得磁芯產品，步驟為1.按摩爾百分比為Fe2O351～52mol％、MnO22～24mol％、ZnO24～27mol％進行配料。2.將步驟1配好的料通過一次球磨、噴霧干燥造粒后進行預燒，預燒溫度為870～960℃。3.將步驟2的預燒料加入輔助料，所述的輔助料是三種或以上。4.將步驟3配好的粉料經過二次球磨、噴霧干燥造粒后進行干壓成型。5.將成型坯件放進燒結爐即得MnZn軟磁鐵氧體磁芯。即由該方法所得的磁芯產品居里溫度中心值X的偏差是±3℃，X的范圍為0～200℃。該磁芯制造的溫控元件有效地進行溫度自動控制和保護。
文檔編號C04B35/622GK101921102SQ20101022495
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月9日 優先權日2010年7月9日
發明者葉紹均, 周鋒, 王京平, 王宏, 胡春元, 胡永清, 蔣勝勇, 賀娟, 賴永學 申請人:廣東風華高新科技股份有限公司;廣東肇慶微碩電子有限公司;肇慶海特電子有限公司