專利名稱：一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于氧化物磁性材料技術領域，尤其是涉及一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體 材料KP6B及其制備方法。
背景技術：
個人電腦、網絡通訊、信息家電、汽車電子等IT技術的飛速發展，對電子器件提出 了愈來愈高的要求。隨著電子器件的小型化和高效率化，在電氣電子設備中對小型、高效率 的變壓器的需求越來越大。特別是作為車用變壓器線圈產品的MnZn鐵氧體磁心材料，為了 使之在外界氣溫變化和發動機室發熱等惡劣溫度條件下也能起作用，除了要求在高溫下功 耗低外，還要求在高溫條件下能保持很高的飽和磁通密度(Bs)。而且普通的電氣電子產品 所用的線圈產品如果使用具有高飽和磁通密度的MnZn磁心材料，也同樣可控制因自發熱 等造成的飽和磁通密度的下降，并能實現線圈的小型化設計。高Bs、低功耗MnZn軟磁鐵氧體的開發，其技術難點在于一種材料上同時實現高飽 和磁通密度和低損耗。一般而言，要實現高飽和磁通密度，主配方中Fe203的含量較高，ZnO 含量較低。而要使材料的高溫Bs高，則主要考慮提高材料的TC。在單元鐵氧體中，FeFe204、 NiFe204和LiO. 5Fe2. 504的居里溫度較高。所以除了采用富鐵主配方外，加入適量的NiO 和Li20有利于高溫Bs的提高。但富鐵配方的選擇、NiO和Li20的加入，會使材料的磁晶 各向異性常數Kl和磁致伸縮系數增大，使材料的功耗特性惡化。高Bs材料也就是功率鐵氧體材料，其飽和磁通密度Bs越高，則磁心處于正常工作 狀態時越不容易飽和。新的設計理念不再偏重使磁心在高磁通密度下工作以降低銅線繞 組功耗，因為Mn-Zn鐵氧體磁心在這種情況下功耗會急劇增大，繞組功耗的降低遠不能抵 償磁心材料功耗的增加。所以，新的設計理念是以低的交流勵磁電平而不再以高的勵磁電 平激勵元件，即讓磁心工作在“可用磁通密度”，而不是硬飽和狀態，以避免勵磁使磁通密度 處于磁滯回線非線性區域時導致磁導率陡直下降，磁心繞組因阻抗降低而惡性發熱甚至燒 毀。一般“可用磁通密度”為飽和磁通密度的80%，提高Bs的途徑不外乎調整工藝，如增大 磁心密度和優選配方及有效添加物。雖然TDK公司陸續推出了 PC33和PE33兩種高Bs材料，使MnZn鐵氧體在100°C下 的Bs達到450mT，但由于功耗較高而沒有引起人們的廣泛注意。2003年3月，FDK公司宣布成功地開發出了一種在高溫條件下飽和磁通密度非常 高的MnZn鐵氧體材料“4H系列”。推出了 100°C條件下飽和磁通密度為450mT的“4H45材 料”和470mT的“4H47材料”兩種產品。使FDK公司的高Bs錳鋅鐵氧體材料的研究與生產 處于國際領先水平。但4H45和4H47在100°C條件下的功耗仍然較高4H45為450kW/m3， 4H47 為 650kW/m3。2004年9月，TDK公司推出了高Bs低功耗MnZn鐵氧體材料PC90。該材料在100°C 條件下飽和磁通密度為450mT，與4H45材料相當。但室溫下飽和磁通密度為540mT，比4H45 材料的高。尤為重要的是，PC90材料在100°C條件下的功耗為320kW/m3，與4H45材料相比功耗大大降低，已經接近PC44材料的功耗水平。所以該材料一經推出，立即在業界引起轟 動。被認為是突破了 MnZn功率鐵氧體生產的性能極限。FDK公司4H系列和TDK公司PC90 材料的推出，引發了國際上新一輪MnZn功率鐵氧體的開發熱潮。作為車用和液晶顯示器用變壓器線圈產品的軟磁錳鋅鐵氧體材料，為了使之在外 界氣溫變化和發動機室發熱等惡劣溫度條件下也能起作用，就要求在高溫條件下也要保持 很高的飽和磁通密度，而普通的電氣電子產品所用的線圈產品難以控制因自發熱等條件而 造成的飽和磁通密度的下降。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種同時具備高飽 和磁感應強度(Bs)的低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料及其制備方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材 料，其特征在于，該材料包括主料和微量添加物，所述的主料包括組分和摩爾百分含量氧 化鐵54-58%，氧化鋅2-4%，氧化錳余量；所述的微量添加物選自Nb205、Ta2O5, NiO、Li2O, CaCO3中的2種或者2種以上，其加入量為材料總重量的600-3000ppm。所述的微量添加物中每種微量添加物的加入量為300-800ppm。一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步 驟(1)混合按原料中主料配方的組分和摩爾百分含量，稱取氧化鐵54-58%，氧化 鋅2-4%，氧化錳余量，采用砂磨機混合30-60分鐘得到含主料的粉料，再經噴霧造粒得到 大小均勻的顆粒料；(2)預燒將上述顆粒料投入回轉窯預燒，預燒溫度在800 950°C，預燒時間為 40 70分鐘，控制混和粉料流量為5-7公斤/分鐘，回轉窯轉速為5 20轉/分鐘，使紅 色的混和料初步發生固相反應，并使混和料由紅色轉變成黑色混合物；(3)粗粉碎將上述預燒得到的黑色混合物采用振動球磨機進行粗粉碎，粉碎時 間為30 60分鐘，使顆粒大小分布均勻，用水沖法過200目篩網過篩；(4)砂磨將上述過篩后的粗粉碎含主成份的黑色粉末與微量添加物在砂磨機中 進行砂磨，整個砂磨時間為80 140分鐘，得到細粉碎后含主成份的黑色粉末；(5)制漿砂磨過程結束時，將細粉碎后含主成份的黑色粉末在制漿桶里攪拌1-2 小時使其料漿充分攪拌均勻，再投入膠水和消泡劑，膠水和消泡劑的總加入量為料漿的 0. 5 lwt% ；(6)噴霧干燥經過制漿后的漿料，控制進口溫度在290°C 350°C，出口溫度在 80°C 100°C下通過噴霧造粒塔噴成表面干燥、中間濕潤、具有良好流動性與分散性的顆 粒，即得產品。步驟(1)中所述的粉料的粒徑為0. 8-1. 0 μ m。步驟⑷中所述的黑色粉末的粒徑分布控制在0. 8 1. 0 μ m之間。步驟(4)中所述的砂磨采用濕法粉碎，利用純水作為介質，在砂磨機中投入粗粉 碎含主成份的黑色粉末、純水、分散劑與微量添加物，分散劑在砂磨開始時隨同預燒過的 含主成份的黑色粉料加入，加入量為以粗粉碎的含主成份的黑色粉末和純水總重量為100%計，粗粉碎的含主成份的黑色粉末50 70wt%，純水30 50wt% ；以投入砂磨機中 的粗粉碎的含主成份的黑色粉末、純水、分散劑和微量添加物的總重量為100%計，所述的 分散劑0. 5 Iwt %，微量添加物0. 5 1. Owt %。所述的微量添加物選自Nb205、Ta2O5, NiO, Li2O, CaCO3中的2種或者2種以上。步驟(5)中所述的膠水為聚乙烯醇的溶液。與現有技術相比，本發明主要面向車用和液晶顯示器用變壓器領域。本發明開發 的新材料通過改變鐵氧體的組成成分，大幅提高了居里溫度(在此溫度以上，鐵氧體材料 將不能再被外加磁場所磁化，并將失去原有的磁性)。另外，通過優化燒結方法，提高了高溫 條件下的飽和磁通密度。本發明材料的線圈產品與使用原來的“KP5B材料”的產品相比，可 以將體積縮小15 20%。本發明通過調整材料配方及摻雜，優化燒結方法，可以生產具備 高飽和磁感應強度(Bs)的軟磁錳鋅鐵氧體材料，其高溫Bs為470mT (100°C )，其100°C下的 Pcv 為 600kW/m3。
具體實施例方式為清楚地說明本發明高飽和磁感應強度(Bs)的軟磁錳鋅鐵氧體材料材料及其制 備方法，提供了下列具體實施例，但決不是為了限制本發明。具體實施工藝流程為稱料——砂磨——一次噴霧——預燒——破碎——砂磨——制漿——二次噴霧 造粒——壓制——燒結實施例1 一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，具體步驟如下(1)混和按原料中主料配方的組分和摩爾百分含量，精確稱取氧化鐵 (Fe2O3) 54-58%，氧化鋅(ZnO) 2_4%，氧化錳(MnO)余量，采用砂磨機混和均勻，總的混和時 間為30-60分鐘，混和后的粉料粒徑控制在0. 8 1. 0 μ m左右，再經一次噴霧造粒得到大 小均勻的顆粒料。(2)預燒將上述混和粉料投入回轉窯預燒，預燒溫度在800 950°C，預燒時間為 40 70分鐘，控制混和粉料流量為6kg左右/分鐘，回轉窯轉速為5 20轉/分鐘，使紅 色的混和粉料初步發生固相反應，并使混和粉料由紅色轉變成黑色。(3)粗粉碎將預燒得到的黑色混采用加入振動球磨機進行粗粉碎，粉碎時間為 30 60分鐘，使顆粒大小分布均勻，半徑更小，用水沖法過200目篩網通過率控制在95% 以上；(4)砂磨將經粗粉碎的混和物進行砂磨，得到細粉碎后的黑色漿料，整個砂磨時 間為80 140分鐘，一般粒徑的分布控制在0. 8 1. 0 μ m之間。在碎磨機中投入粗粉的黑色粉末、純水、分散劑和微量添加物，投入比例為以 粗粉碎的含主成份的黑色粉末和純水總重量為100%計，粗粉碎的含主成份的黑色粉末 50 70wt%，純水30 50wt% ；以投入砂磨機中的粗粉碎的含主成份的黑色粉末、純水、 分散劑和微量添加物的總重量為100%計，所述的分散劑0. 5 ，微量添加物0. 5 1. Owt % ；所述的微量添加物為Nb205、NiO, Li2O, CaCO3,其加入量以軟磁錳鋅鐵氧體材料總重量為 100%計,Nb2O5 :200ppm、Ni0 :700ppm、CaCO3 :500ppm ；(5)制漿砂磨過程結束時，在制漿桶里攪拌1-2小時使其料漿更充分攪拌均勻， 再投入膠水(聚乙烯醇的溶液)和消泡劑，膠水和消泡劑的總加入量0. 5 wt ；(6)噴霧干燥經過制漿后的漿料，控制進口溫度在290°C 350°C，出口溫度在 80°C 100°C下通過噴霧造粒塔噴成表面干燥、中間濕潤、具有良好流動性與分散性的顆 粒。(7)壓制取已噴好的顆粒料加少許硬脂酸鋅攪拌均勻(顆粒料硬脂酸鋅= 1 3)，壓制成Φ22Χ14Χ8的環形坯件在鐘罩爐中燒結。實施例2 12 用實施例1的步驟和制備方法，選用不同的主成分的配比及微量添加物的添加量 (具體如表1所示)分別制備樣品。對比例13 15:用實施例1的步驟和制備方法，分別選擇本發明配方1-12，常規高Bs低損耗配方 13-15，具體主成分配比及微量添加物的添加量如表1所示，分別制備樣品。表1 本發明的實施例1 12與對比例13 15中主成分的配比及微量添加物添
加量
權利要求
1.一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料，其特征在于，該材料包括主料和微量添加物，所 述的主料包括組分和摩爾百分含量氧化鐵54-58%，氧化鋅2-4%，氧化錳余量；所述的微 量添加物選自Nb205、Ta205、Ni0、Li20、CaC03中的2種或者2種以上，其加入量為材料總重量 的 600-3000ppm。
2.根據權利要求1所述的一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料，其特征在于，所述的微 量添加物中每種微量添加物的加入量為300-800ppm。
3.—種如權利要求1所述的低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在于， 該方法包括以下步驟(1)混合按原料中主料配方的組分和摩爾百分含量，稱取氧化鐵54-58%，氧化鋅 2-4%，氧化錳余量，采用砂磨機混合30-60分鐘得到含主料的粉料，再經噴霧造粒得到大 小均勻的顆粒料；(2)預燒將上述顆粒料投入回轉窯預燒，預燒溫度在800 950°C，預燒時間為40 70分鐘，控制混和粉料流量為5-7公斤/分鐘，回轉窯轉速為5 20轉/分鐘，使紅色的混 和料初步發生固相反應，并使混和料由紅色轉變成黑色混合物；(3)粗粉碎將上述預燒得到的黑色混合物采用振動球磨機進行粗粉碎，粉碎時間為 30 60分鐘，使顆粒大小分布均勻，用水沖法過200目篩網過篩；(4)砂磨將上述過篩后的粗粉碎含主成份的黑色粉末與微量添加物在砂磨機中進行 砂磨，整個砂磨時間為80 140分鐘，得到細粉碎后含主成份的黑色粉末；(5)制漿砂磨過程結束時，將細粉碎后含主成份的黑色粉末在制漿桶里攪拌1-2小時 使其料漿充分攪拌均勻，再投入膠水和消泡劑，膠水和消泡劑的總加入量為料漿的0. 5 Iwt % ；(6)噴霧干燥經過制漿后的漿料，控制進口溫度在290°C 350°C，出口溫度在80°C 100°C下通過噴霧造粒塔噴成表面干燥、中間濕潤、具有良好流動性與分散性的顆粒，即得產品。
4.根據權利要求3所述的一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在 于，步驟(1)中所述的粉料的粒徑為0. 8-1. 0 μ m。
5.根據權利要求3所述的一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在 于，步驟(4)中所述的黑色粉末的粒徑分布控制在0.8 1.0 μ m之間。
6.根據權利要求3所述的一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在 于，步驟(4)中所述的砂磨采用濕法粉碎，利用純水作為介質，在砂磨機中投入粗粉碎含主 成份的黑色粉末、純水、分散劑與微量添加物，分散劑在砂磨開始時隨同預燒過的含主成份 的黑色粉料加入，加入量為以粗粉碎的含主成份的黑色粉末和純水總重量為100%計，粗 粉碎的含主成份的黑色粉末50 70wt %，純水30 50wt % ；以投入砂磨機中的粗粉碎的含 主成份的黑色粉末、純水、分散劑和微量添加物的總重量為100%計，所述的分散劑0.5 Iwt %，微量添加物0. 5 1.0wt%。
7.根據權利要求6所述的一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在 于，所述的微量添加物選自Nb205、Ta205、Ni0、Li2CKCaCO3中的2種或者2種以上。
8.根據權利要求3所述的一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料的制備方法，其特征在 于，步驟(5)中所述的膠水為聚乙烯醇的溶液。
全文摘要
本發明涉及一種低成本的軟磁錳鋅鐵氧體材料及其制備方法，該材料包括主料和微量添加物，所述的主料包括組分和摩爾百分含量氧化鐵54-58％，氧化鋅2-4％，氧化錳余量；所述的微量添加物選自Nb2O5、Ta2O5、NiO、Li2O、CaCO3中的2種或者2種以上，其加入量為材料總重量的600-3000ppm。與現有技術相比，本發明具有高飽和磁感應強度(Bs)、低功率損耗性能等優點。
文檔編號H01F1/34GK101996726SQ20091019470
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月27日 優先權日2009年8月27日
發明者唐云舟, 沈永春, 陳俊, 黃國平 申請人:上海康順磁性元件廠有限公司