CN101552073B - 高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体材料，在提高饱和磁通密度Bs的同时，功耗仍然维持在较低的水平。该材料是一种尖晶石多晶结构，以氧化物含量计算的主成份组成包括：Fe2O3为53.5～54.8mol％，MnO为38.5～44.5mol％，ZnO为1.5～7.5mol％；该材料还含有SiO2和CaO作为第一辅助成分，含有Nb2O5、Ta2O5、V2O5、ZrO2、HfO2其中的任意一种或两种组合作为第二辅助成分，含有TiO2、SnO2其中的一种或两种组合作为第三辅助成分，含有CoO作为第四辅助成分。

Description

高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体材料
技术领域
本发明涉及一种MnZn铁氧体材料及制备方法，尤其涉及高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体材料及制备方法。
背景技术
MnZn铁氧体可作为软磁材料被广泛用于电源变压器、扼流圈等通讯设备和家用电器行业中。当用在100kHz到几百kHz频率范围使用的电源变压器磁心时，与其它铁氧体材料和金属软磁材料相比，MnZn铁氧体的功耗小，饱和磁通密度较大，所以MnZn铁氧体是作为变压器磁心的重要材料。
但是，随着电子设备的小型化和电源高输出功率化，和为了在高温条件下也能正常使用，普通MnZn铁氧体材料的饱和磁通密度(Bs)，特别是高温Bs就显得不够；于是越来越多的人来研制和开发高饱和磁通密度(Bs)的MnZn铁氧体。
中国专利申请(CN1294099A)公开了一种铁氧体材料，它通过在材料中加入NiO来提高了MnZn铁氧体的Bs，但是由于NiO的价格比较高，大大提高了MnZn铁氧体材料的制造成本，从而降低了产品的市场竞争能力。
又如中国专利申请(CN1627455A)公开了一种铁氧体材料，通过把Fe2O3、MnO、ZnO原料组成限定在一定范围，得到了一种高饱和磁通密度MnZn铁氧体。但该专利申请中没有把V2O5和HfO2作为添加剂来改善性能的任何内容。
发明内容
本发明针对现有技术在制备高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体所存在的问题，提供一种高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体材料，在提高饱和磁通密度Bs的同时，功耗仍然维持在较低的水平。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实施的：
高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体材料，该材料是一种尖晶石多晶结构，以氧化物含量计算的主成份组成包括：
Fe2O3为53.5～54.8mol％；
MnO为38.5～44.5mol％；
ZnO为1.5～7.5mol％。
上述高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体材料，作为优选，该材料还含有SiO2和CaO作为第一辅助成分，以主成份为基础，SiO2含量为0.005wt％～0.02wt％，CaO含量为0.01wt％～0.2wt％，且SiO2与CaO的重量百分比为：1∶2～10。
上述高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体材料，作为优选，该材料还含有Nb2O5、Ta2O5、V2O5、ZrO2、HfO2其中的任意一种或两种组合作为第二辅助成分，以主成份为基础，Nb2O5含量为0.005wt％～0.05wt％，Ta2O5含量为0.005wt％～0.05wt％，V2O5含量为0.005wt％～0.05wt％，ZrO2含量为0.005wt％～0.05wt％，HfO2含量为0.005wt％～0.05wt％。
上述高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体材料，作为优选，该材料还含有TiO2、SnO2其中的一种或两种组合作为第三辅助成分，以主成份为基础，TiO2含量为0.005wt％～0.25wt％，SnO2含量为0.01wt％～0.5wt％。
上述高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体材料，作为优选，该材料还含有CoO作为第四辅助成分，以主成份为基础，以CoO计算含量为0.005wt％～0.4wt％。
本发明材料与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的MnZn铁氧体材料由于在主成份中没有加入昂贵的NiO或Li2O，大大降低了MnZn铁氧体材料的制造成本，从而提高了产品的市场竞争能力。
2、由于对主成份和辅助成分进行的优化组合，应用本发明的铁氧体材料在较大幅度提高高温饱和磁通密度的同时，材料功耗仍然能够维持在较低的水平，当该材料用于制作电源变压器磁心时，不但提高了变压器的能量转换效率，同时缩小了变压器的体积。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式，对本发明的技术特征做进一步的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
将由54.5mol％的Fe2O3，2mol％的ZnO，43.5mol％的MnO组成的原材料在砂磨机中混合1小时，然后在800℃下预烧2小时。以预烧后的粉料中质量为基准，在上述预烧料中加入辅助成分，添加的辅助成分(wt％)是：0.015wt％的SiO2，0.08wt％的CaO，0.02wt％的V2O5，0.03wt％的HfO2，0.1wt％的SnO2，0.1wt％的CoO，然后进行二次砂磨2小时，加入PVA后进行喷雾造粒，成型为Φ25的标准环形磁心进行烧结。在1300℃下保温5小时，氧分压维持在6％；最后从1300℃降到100℃，降温过程维持平衡氧分压。
用SY-8258型B-H测试仪在50Hz、1194A/m、100℃下测试样品的Bs，结果为455mT；在100kHz、200mT下测试样品的体积功耗(Pcv)，结果为330kW/m3。
比较例1：
与实施例1相同，只是把主成份改为54.7mol％的Fe2O3，1mol％的ZnO，43.5mol％的MnO。
用SY-8258型B-H测试仪在50Hz、1194A/m、100℃下测试样品的Bs，结果为458mT；在100kHz、200mT下测试样品的体积功耗(Pcv)，结果为852kW/m3。
实施例2：
将由53.5mol％的Fe2O3，7.5mol％的ZnO，42mol％的MnO组成的原材料在砂磨机中混合1小时，然后在800℃下预烧2小时。以预烧后的粉料中质量为基准，在上述预烧料中加入辅助成分，添加的辅助成分(wt％)是：0.015wt％的SiO2，0.08wt％的CaO，0.02wt％的V2O5，0.03wt％的HfO2，0.1wt％的SnO2，0.1wt％的CoO，然后进行二次砂磨2小时，加入PVA后进行喷雾造粒，成型为Φ25的标准环形磁心进行烧结。在1300℃下保温5小时，氧分压维持在6％；最后从1300℃降到100℃，降温过程维持平衡氧分压。
用SY-8258型B-H测试仪在50Hz、1194A/m、100℃下测试样品的Bs，结果为448mT；在100kHz、200mT下测试样品的体积功耗(Pcv)，结果为280kW/m3。
比较例2：
与实施例2相同，只是把主成份改为53mol％的Fe2O3，10mol％的ZnO，37mol％的MnO。
用SY-8258型B-H测试仪在50Hz、1194A/m、100℃下测试样品的Bs，结果为420mT；在100kHz、200mT下测试样品的体积功耗(Pcv)，结果为300kW/m3。
实施例3：
与实施例1相同，只是把主成份改为54mol％的Fe2O3，7mol％的ZnO，39mol％的MnO。
用SY-8258型B-H测试仪在50Hz、1194A/m、100℃下测试样品的Bs，结果为448mT；在100kHz、200mT下测试样品的体积功耗(Pcv)，结果为300kW/m3。
实施例4：
添加的辅助成分(wt％)是：0.015wt％的SiO2，0.03wt％的CaO，其余与与实施例1相同。
用SY-8258型B-H测试仪在50Hz、1194A/m、100℃下测试样品的Bs，结果为452mT；在100kHz、200mT下测试样品的体积功耗(Pcv)，结果为290kW/m3。
实施例5：
添加的辅助成分(wt％)是：0.02wt％的SiO2，0.2wt％的CaO，其余与与实施例1相同。
用SY-8258型B-H测试仪在50Hz、1194A/m、100℃下测试样品的Bs，结果为451mT；在100kHz、200mT下测试样品的体积功耗(Pcv)，结果为300kW/m3。
实施例6：
添加的辅助成分(wt％)是：0.05wt％的V2O5，0.05wt％的HfO2，其余与与实施例1相同。
用SY-8258型B-H测试仪在50Hz、1194A/m、100℃下测试样品的Bs，结果为453mT；在100kHz、200mT下测试样品的体积功耗(Pcv)，结果为275kW/m3。
实施例7：
添加的辅助成分(wt％)是：0.05wt％的V2O5，其余与与实施例1相同。
用SY-8258型B-H测试仪在50Hz、1194A/m、100℃下测试样品的Bs，结果为455mT；在100kHz、200mT下测试样品的体积功耗(Pcv)，结果为285kW/m3。
实施例8：
添加的辅助成分(wt％)是：0.05wt％的HfO2，其余与与实施例1相同。
用SY-8258型B-H测试仪在50Hz、1194A/m、100℃下测试样品的Bs，结果为450mT；在100kHz、200mT下测试样品的体积功耗(Pcv)，结果为275kW/m3。
本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (1)

1.一种高饱和磁通密度低功耗MnZn铁氧体材料，其特征在于：该材料是一种尖晶石多晶结构，以氧化物含量计算的主成份包括：Fe2O3为53.5～54.8mol％；MnO为38.5～44.5mol％；ZnO为1.5～7.5mol％，
该材料还含有SiO2和CaO作为第一辅助成分，以主成份为基础，SiO2含量为0.005wt％～0.02wt％，CaO含量为0.01wt％～0.2wt％，且SiO2与CaO的重量百分比为：1∶2～10，
该材料还含有Nb2O5、Ta2O5、V2O5、ZrO2、HfO2其中的任意一种或两种组合作为第二辅助成分，以主成份为基础，Nb2O5含量为0.005wt％～0.05wt％，Ta2O5含量为0.005wt％～0.05wt％，V2O5含量为0.005wt％～0.05wt％，ZrO2含量为0.005wt％～0.05wt％，HfO2含量为0.005wt％～0.05wt％，
该材料还含有TiO2、SnO2其中的一种或两种组合作为第三辅助成分，以主成份为基础，TiO2含量为0.005wt％～0.25wt％，SnO2含量为0.01wt％～0.5wt％，
该材料还含有CoO作为第四辅助成分，以主成份为基础，以CoO计算含量为0.005wt％～0.4wt％。
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