專利名稱：LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于Mnai系鐵氧體材料及其制備技術領域，具體涉及一種LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料，并且還涉及該鐵氧體材料的制備方法。
背景技術：
隨著家用電器開關電源、LED節能照明燈、LED顯示屏、液晶TV等向小型化和輕薄化多功能化方向的發展，軟磁鐵氧體磁性材料在這些設備中得到了越來越廣泛的應用。其中，具有高頻低損耗、高Bs和高居里溫度等性能的錳鋅鐵氧體磁性材料越來越成廣泛地應用于LED照明及LED顯示屏、液晶TV、開關電源等，并且成為縮小變壓器體積、降低溫升、提高變壓器的輸出功率的不可缺少的組件。由于這些電子組件的工作時間較長，因而要求具有體積小、損耗低、耗電量少、壽命長、溫升低和輸出效率高，且具有高穩定性和高可靠性， 特別是在倡導節能環保、綠色能源的今天顯得更為重要；另一方面由于該類磁性組件大部分是在大電流或有直流偏磁場的條件下使用，磁性組件在工作狀態下在恒定的大電流通過時，磁性元件隨磁芯溫度的升高其電感的跌落的比例的大小尤其重要，因此材料及鐵氧體磁芯產品是否具有優良的直流疊加特性即隨溫高的升高，磁芯疊加一定大小的電流后電感跌落的比例，對器件的設計和正常使用至關重要。一般來說，Bs越高，Bs與Br差值越大，則磁芯的直流疊加特性越好。中國發明專利申請公開號CN101183584A公開了“一種用于節能燈和電子鎮流器的MnSi鐵氧體材料及磁芯”，其中含有作為主成分的氧化鋅在換算成ZnO時在6 10md%的范圍內，氧化錳換算成MnO時，在34 40md%范圍內，其余為氧化鐵，另外還含有作為副成分 COO、SnO2, TiO2, Nb2O5 等，所得磁芯的 Bs 為 405，Tc=172°C，其 Bs 及 Tc 較低；
磁芯材料及器件》2002年第2期刊載了 “高分辨率顯示器用功率鐵氧體材料的研制”，采用氧化物陶瓷生產工藝，用市場上的 ^203、Μη304、ZnO為主成分，在二磨中加入 CaCO3, TiO2, Ta2O5等，按平衡氣氛嚴格控制燒結工藝，制得的高分辨率顯示器用高性能鐵氧體材料的 Bs=5O5 (25 0C )，Tc=241°C。
發明內容
本發明的目的是要提供一種具有理想的起始磁導率，且在25°C 100°C具有較高的Bs，在25°C 100°C溫度范圍內具有相對較低的高頻功耗，居里溫度達260°C的疊加特性優異和居里溫度較高的LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料。本發明的另一目的是要提供一種LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs 鐵氧體材料的制備方法，該方法能保障鐵氧體材料的技術效果的全面體現。本發明的目的是這樣來達到的，一種LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高 Bs鐵氧體材料，包括主成分和副成分，主成分包括氧化鐵、氧化錳和氧化鋅，其特征在于 所述主成分以各自標準物計的摩爾百分比含量是Fii2O3:50mol% Mmol%，Mn0:39mol% 42mol%, Zn0:5mol% 9moW ；所述副成分包括鈣氧化物、鎳氧化物、鉍氧化物和鉬氧化物， 相對所述主成分總量，所述鈦氧化物、鎳氧化物、鉍氧化物和鉬氧化物以其標準物CaC03、 NiO、Bi2O3和MoO3計的總重量百分比含量為0. 2(Γθ. 90wt%。在本發明的一個具體的實施例中，相對所述的主成分總量，所述副成分以各自標準物計的重量百分比含量分別為CaC03:250 1200ppm,NiO:200 5000ppm,Bi2O3:100 IOOOppm, MoO3:80 600ppm。在本發明的另一個具體的實施例中，所述副成分還包括輔助成分，輔助成分包括鈮氧化物、鉀氧化物和釩氧化物中的至少一種，相對所述主成分總量，該輔助成分以其標準物Nb205、K2O和V2O5計的總重量百分比含量為30(Tl200ppm。在本發明的又一個具體的實施例中，相對所述主成分總量，所述輔助成分中，鈮氧化物、鉀氧化物和釩氧化物各自以其標準物Nb205、K2O和V2O5計的重量百分比含量分別為， Nb2O5:100 600ppm，K20:100 400ppm，V2O5:100 600ppm。在本發明的再一個具體的實施例中，所述鐵氧體材料具有1800士25%的超始磁導率，在500KHz、50mT時80°C及100°C溫度功耗均在80kw/m3以下；Bs在25°C時達到510、80°C 時達到470和100°C時達到430。在本發明的另一個具體的實施例中，所述鐵氧體材料的居里溫度Tc達到260°C。本發明的另一目的達到一種LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料的制備方法，包括以下步驟
A)將主成分中的狗203、Mn3O4和ZnO原料混合均勻后經過振磨機振磨，制得平均粒徑 Φ=0. 90 士0. 20 μ m的主成分粉料；
B)將所述主成分粉料經干燥、預燒、搗細和過篩，再加入純水和分散劑進行砂磨，在砂磨過程中加入副成分、PVA和消泡劑制得平均粒徑Φ =0. 85士0. 20 μ m的混合粉料；
C)將混合粉料經干燥后壓制成型，在130(TC-1350°C的溫度和氧氣氛控制下保溫4 6小時，在降溫段采用平衡氣氛方式冷卻，得到高頻低損耗高Bs鐵氧體材料。在本發明的更而一個具體的實施例中，步驟B)和C)中所述干燥的干燥過程是采用噴霧造粒方法；步驟C)中所述壓制成型后的半成品毛坯的密度為3. 00士0. 2g/cm3，燒結后的密度為4.92士0. 15 g/cm3。在本發明的進而一個具體的實施例中，步驟B)中所述的副成分還包括有輔助成分，輔助成分包括鈮氧化物、釩氧化物和鉀氧化物，其中鈮氧化物是以Nb2O5的形式加入、 釩氧化物以V2O5形式以及鉀氧化物是以K2CO3的形式加入的，鈮氧化物、鉀氧化物和釩氧化物各自以其標準物Nb205、V2O5和K2O計的重量百分比含量分別為，Nb2O5IlOO 600ppm， K20:100 400ppm，V2O5:100 600ppm。本發明提供的技術方案的所得到的高頻低損耗高Bs鐵氧體材料具有1800士25% 的超始磁導率，且在500KHz、50mT時，80°C和100°C溫度功耗均在80kw/m3以下；Bs在25°C 達510、80°C達到470、100°C達到430 ；鐵氧體粉料具有良好的成型性且經過燒結工序燒結時氣氛適應范圍較寬，燒結產品達到預期的技術指標。
具體實施例方式實施例1 A)稱取53. 2mol% 的 Fe203>40. 45mol% 的 MnO 和 6. 35mol% 的 ZnO，其中 MnO 的原材料為Mn3O4，采用中國湖南省金瑞科技有限公司生產銷售的牌號為CR-06號氧化錳，其純度 Mn%彡71%，Fe2O3采用中國上海寶鋼產品，其純度!^e2O3彡99. 3%，ZnO使用中國上海京華化工廠產品，其重量百分比含量&i0% ^ 99. 7%，將上述三種原材料按比例進行混合后，投入振磨機中進行振磨，控制平均粒徑為0. 90士0. 20 μ m，得到主成分粉料；
B)將由步驟A)得到的主成分粉料振磨達到工藝要求后進行造粒并干燥，而后在 910士30°C溫度下用電熱式回轉窯進行預燒，預燒完成后將預燒料投入砂磨機中進行循環砂磨，在循環砂磨過程中，加入純水，分散劑和消泡劑以及PVA，同時加入副成分和輔助成分，相對所述主成分總量，副成分添加量=CaCO3:250 1200ppm, NiO:200 5000ppm, Bi2O3:100 lOOOppm，MoO3:80 600ppm ；輔助成分的添加量Nb2O5:100 600ppm， K20:100 400ppm, V2O5:100 600ppm，控制砂磨的平均粒徑Φ=0. 85 士 0. 20 μ m的混合粉料。)將由步驟B)得到的混合粉料干燥后砂磨達到工藝要求后進行噴霧造粒得到 MnZn鐵氧體顆粒料，該顆粒料成型壓制Φ 25mm*15mm*7. 5mm的環形磁芯和PQ3225磁芯，成型密度為3. 02士0. 2g/cm3，在1330°C下控制氧含量下進行燒結，保溫6小時，平衡氣氛下冷卻，得到高頻低損耗高BS鐵氧體磁芯，即得到高頻低損耗高Bs錳鋅系鐵氧體磁芯。本實施例中的粉料的物理性能如下顆粒含水量為0. 30wt%^0. 60wt% ；松裝密度為1. 30 1. 55g/cm3，安息角彡30°。實驗證明本發明通過合理的主成分配比和優化的復合摻雜體系同時降低二磨平均粒徑，增加材料的活性，形成均勻、一致性好，無異常晶粒的微觀結構，同時輔以適當的燒結工藝氣氛、溫度曲線燒結，形成氣孔率低、密度高、無另相的鐵氧體；本發明制得的磁芯具有較高的磁導率，起始磁導率在1800士25%，且在500KHz、50mT時，80°C和100°C溫度下功耗均在80kw/m3以下；Bs在25°C時達到510、80°C時達到470以及100°C時達到430 ；居里溫度達到260 0C ；
經上述過程所制備的磁芯，使用美國2330功耗測試儀、HP4284電感儀、HP42841A直流磁化電源、日本理研BHS-40直流特性測試儀、恒溫箱和電阻率測試儀等儀器測得磁芯的相關性能參數如表1。實施例2
A)稱取51. 8mol% 的 Fe203>40. 95mol% 的 MnO 和 7. 25mol% 的 ZnO，其中 MnO 的原材料為 Mn3O4,采用中國湖南省金瑞科技有限公司生產銷售的牌號為CR-06號，其純度Mn%彡71%， Fe2O3采用中國上海寶鋼產品，其純度狗203% ^ 99. 3%，ZnO使用上海京華，其重量百分比含量&i0% ^ 99. 7%，將上述三種原材料按比例進行混合后，投入振磨機中進行振磨，控制平均粒徑為0. 95 士 0. 20 μ m,得到主成分粉料；
B)將由步驟A)得到的主成分粉料振磨達到工藝要求后進行造粒并干燥后在 900士30°C溫度下用電熱式回轉窯進行預燒，預燒完成后將預燒料投入砂磨機中進行循環砂磨，在循環砂磨過程中，加入純水，分散劑和消泡劑、PVA,同時加入副成分和輔助成分，相對所述主成分總量，副成分添加量=CaCO3 250 1200ppm，NiO 200 5000ppm，Bi2O3 100 lOOOppm, MoO3:80 600ppm ；輔助成分的添加量Nb2O5:100 600ppm，K20:100 400ppm， V2O5IlOO 600ppm，控制砂磨的平均粒徑Φ=0. 85 士0. 20 μ m的混合粉料；C)將由步驟B)得到的混合粉料干燥后砂磨達到工藝要求后進行噴霧造粒得到MnSi鐵氧體顆粒料，取該顆粒料成型壓制Φ25πιπι*15πιπι*7. 5mm的環形磁芯和磁芯，成型密度為3. 02士0. 2g/cm3，在1350°C下控制氧含量下進行燒結，保溫4小時，平衡氣氛下冷卻， 得到高頻低損耗高BS鐵氧體磁環。其余均同實施例1的描述。經上述過程所制備的磁芯，使用美國2330功耗測試儀、HP4284電感儀、HP42841A 直流磁化電源、日本理研BHS-40直流特性測試儀、恒溫箱和電阻率測試儀等儀器測得磁芯的相關性能參數如表1。表1 本發明得到的環形磁芯材料性能
權利要求
1.一種LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料，包括主成分和副成分，主成分包括氧化鐵、氧化錳和氧化鋅，其特征在于所述主成分以各自標準物計的摩爾百分比含量是 Fii2O3 50mol% 54mol%，MnO 39mol% 42mol%，ZnO 5mol% 9mol% ；所述副成分包括鈣氧化物、鎳氧化物、鉍氧化物和鉬氧化物，相對所述主成分總量，所述鈦氧化物、 鎳氧化物、鉍氧化物和鉬氧化物以其標準物CaC03、NiO, Bi2O3和MoO3計的總重量百分比含量為 0. 20 0· 90wt%o
2.根據權利要求1所述的LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料， 其特征在于相對所述的主成分總量，所述副成分以各自標準物計的重量百分比含量分別為CaC03:250 1200ppm，NiO:200 5000ppm，Bi2O3:100 lOOOppm，MoO3:80 600ppm。
3.根據權利要求1所述的LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料， 其特征在于所述副成分還包括輔助成分，輔助成分包括鈮氧化物、鉀氧化物和釩氧化物中的至少一種，相對所述主成分總量，該輔助成分以其標準物Nb205、K2O和V2O5計的總重量百分比含量為30(Tl200ppm。
4.根據權利要求3所述的LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料， 其特征在于相對所述主成分總量，所述輔助成分中，鈮氧化物、鉀氧化物和釩氧化物各自以其標準物Nb2O5, K2O和V2O5計的重量百分比含量分別為，Nb2O5:100 600ppm, K20:100 400ppm, V2O5:100 600ppm。
5.根據權利要求1-4任一權利要求所述的LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高 Bs鐵氧體材料，其特征在于所述鐵氧體材料具有1800士25%的超始磁導率，在500KHz、50mT 時，80°C 1和00°C溫度時功耗均在80kw/m3以下；Bs在25°C時達到510、80°C時達到470和 100°C時達到430。
6.根據權利要求1-5任一權利要求所述的LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高 Bs鐵氧體材料，其特征在于所述鐵氧體材料的居里溫度達到260°C。
7.—種如權利要求1所述的LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟A)將主成分中的狗203、Mn3O4和ZnO原料混合均勻后經過振磨機振磨，制得平均粒徑 Φ =0. 90 士0. 20 μ m的主成分粉料；B)將所述主成分粉料經干燥、預燒、搗細和過篩，再加入純水和分散劑進行砂磨，在砂磨過程中加入副成分、PVA和消泡劑制得平均粒徑Φ =0. 85士0. 20 μ m的混合粉料；C)將混合粉料經干燥后壓制成型，在1300°C-1350°C的溫度和氧氣氛控制下保溫4 6小時，在降溫段采用平衡氣氛方式冷卻，得到高頻低損耗高Bs鐵氧體材料。
8.根據權利要求7所述的LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料的制備方法，其特征在于步驟B)和C)中所述干燥的干燥過程是采用噴霧造粒方法；步驟 C)中所述壓制成型后的半成品毛坯的密度為3. 00士0. 2g/cm3，燒結后的密度為4. 92士0. 15/ 3g/cm ο
9.根據權利要求7所述的LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料的制備方法，其特征在于步驟B)中所述的副成分還包括有輔助成分，輔助成分包括鈮氧化物、釩氧化物和鉀氧化物，其中鈮氧化物是以Nb2O5的形式加入、釩氧化物以V2O5形式以及鉀氧化物是以K2CO3的形式加入的，鈮氧化物、鉀氧化物和釩氧化物各自以其標準物Nb205、V2O5和K2O計的重量百分比含量分別為，Nb2O5 100 600ppm, K2O 100 400ppm, V2O5 100 600ppmo
全文摘要
一種LED照明及開關電源變壓器用高頻低損耗高Bs鐵氧體材料及其制備方法，屬于MnZn系鐵氧體材料及其制備技術領域。包括主成分和副成分，主成分包括氧化鐵、氧化錳和氧化鋅，特點主成分以各自標準物計的摩爾百分比含量是Fe2O3:50mol%～54mol%，MnO:39mol%～42mol%，ZnO:5mol%～9mol%；副成分包括鈣氧化物、鎳氧化物、鉍氧化物和鉬氧化物，相對主成分總量，鈦氧化物、鎳氧化物、鉍氧化物和鉬氧化物以其標準物CaCO3、NiO、Bi2O3和MoO3計的總重量百分比含量為0.20~0.90wt%。優點具有理想的超始磁導率，且在25℃～100℃具有較高的Bs，在25℃～100℃溫度范圍內具有相對較低的高頻功耗；鐵氧體粉料具有良好的成型性且經過燒結工序燒結時氣氛適應范圍較寬，燒結產品達到預期的技術指標。
文檔編號C04B35/26GK102311263SQ20111027786
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月19日 優先權日2011年9月19日
發明者劉運, 孟力, 徐良保 申請人:蘇州冠達磁業有限公司