CN101894650A - 一种宽温高磁导率低失真软磁铁氧体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽温高磁导率低失真软磁铁氧体,该软磁铁氧体由主成分和副成分组成,其中所述的主成分的摩尔百分比以氧化物计算为:52.7~53.5mol%的Fe2O3,22.5~24mol%的ZnO,其余的是MnO;副成分的重量百分比以氧化物计算为:SnO2:0.08~0.2wt%,CaO:0.04~0.06wt%,V2O5:0.03~0.06wt%。本发明的软磁铁氧体具有起始磁导率为6000±25%(25℃),而且-55℃~85℃范围内起始磁导率大于5000的特点;同时还具有材料磁滞常数小于0.3×10-6/mT(25℃,B1=1.5mT,B2=3mT),相对损耗因数小于10×10-6(25℃,100KHz),居里温度大于125℃的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽温高磁导率低失真软磁铁氧体,尤其是适合制作小型脉冲变压器磁心的软磁铁氧体。
背景技术
脉冲变压器在通信、绿色照明等领域上得到广泛应用。随着户外设施用量的不断增加,对脉冲变压器的温度特性特别是-55℃~85℃范围内提出了新的要求,软磁铁氧体磁心作为脉冲变压器的重要部分,既要求材料的起始磁导率高,又要求材料起始磁导率的温度稳定性好。特别是在军工领域,对温度稳定性要求特别高。传统高磁导率软磁铁氧体在25℃时起始磁导率可达15000~30000,然而,在-40℃时,起始磁导率已下降到5000以下,-55℃时,磁导率已下降到4000以下。为维持低温时的必要电感,脉冲变压器必须增加初级绕组的圈数或使用更大体积的磁心,这对脉冲变压器的设计和使用不利。有些高磁导率软磁铁氧体低温(-40℃)起始磁导率虽然大于5000,如EPCOS公司的T56,但它们的居里温度低于100℃,实用性不强。另外,有些软磁铁氧体,起始磁导率较高,但材料磁滞常数及相对损耗因数比较高,导致脉冲宽带变压器在信号转换时,失真比较大。
发明内容
本发明针对上述软磁铁氧体现有技术的不足,提供了一种宽温高磁导率低失真软磁铁氧体,其在-55℃~85℃范围内,起始磁导率大于5000,材料磁滞常数小于0.3×10-6/mT(25℃,B1=1.5mT,B2=3mT),相对损耗因数小于10×10-6(25℃,100kHz),居里温度大于125℃。
本发明是通过以下技术方案来实现的:一种宽温高磁导率低失真软磁铁氧体,其主成分的摩尔百分比以氧化物计算为:52.7~53.5mol%的Fe2O3,22.5~24mol%的ZnO,其余的是MnO;副成分的重量百分比以氧化物计算为:SnO2:0.08~0.2wt%,CaO:0.04~0.06wt%,V2O5:0.03~0.06wt%。
所述的宽温高磁导率低失真软磁铁氧体,10kHz下的起始磁导率25℃时为6000±25%且在-55℃~85℃范围内大于5000;25℃,B1=1.5mT,B2=3mT时,材料磁滞常数小于0.3×10-6/mT;100kHz下的相对损耗因数25℃时小于10×10-6;居里温度大于125℃。
本发明解决技术问题的主要原理是:采用Fe2O3摩尔含量大于等于52.7mol%的富铁配方,配合适量的氧化锌,使得起始磁导率温度曲线的次峰处于-30℃以下,以便在-40℃获得大于4000的磁导率,但Fe2O3的用量不应超过53.5mol%,因为Fe2O3的用量过多,25℃起始磁导率会低于4500。ZnO中没有磁性离子,为了使居里温度大于125℃,同时使相对损耗因数不恶化,ZnO的用量应限制在24mol%以下,同样为了使25℃的起始磁导率大于4500,ZnO的用量应大于等于22.5mol%。为进一步提高-55℃起始磁导率至5000以上,而不增加ZnO用量,在副成分中加入适量SnO2。SnO2中的Sn元素以+4价存在,有助于铁氧体中的Fe元素以+2价存在,使得起始磁导率温度曲线的次峰更加平坦,且SnO2的晶格常数与主成份的尖晶石晶格常数不一致,容易在晶界富集并形成高电阻层,降低相对损耗因数;在副成分中加入CaO,在晶界形成高电阻层,降低相对损耗因数;在副成分中加入V2O5作为助熔剂,降低烧结温度,获得良好的材料磁滞常数。上述副成分均应控制在一定范围,添加量不足,效果不明显,添加过量会使得材料磁化困难,进而导致起始磁导率降低、材料磁滞常数和相对损耗因数劣化。
本发明与现有技术相比具有的有益效果:
(1)本发明的该铁氧体通过主成份的合理配比及副成分SnO2的添加,有效地解决了磁导率的温度稳定性(-55℃~85℃),尤其是低温时(-55℃~-40℃)起始磁导率小于5000的问题。
(2)在副成分中加入CaO,有效地降低相对损耗因数,在副成分中加入V2O5,有效地降低烧结温度,获得良好的材料磁滞常数。
(3)本发明通过合理的主成分配比和优化的副成分添加,配以合适的工艺条件,获得的铁氧体具有10kHz下的起始磁导率为6000±25%(25℃),而且在-55℃~85℃范围内起始磁导率大于5000,材料磁滞常数小于0.3×10-6/mT(25℃,B1=1.5mT,B2=3mT),相对损耗因数小于10×10-6(25℃,100kHz),居里温度大于125℃的特点。
具体实施方式
下面通过实施例,对本发明的技术方案作进一步说明,但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
称取52.8mol%的Fe2O3、24.2mol%的MnO和23mol%的ZnO。将上述主成分混合干燥后,在900℃~1000℃下预烧。随后在预烧料中加入副成分进行粉碎,粉碎后料浆粒径控制在1.0~1.7μm;相对所述主成分总量,所述副成分以其各自氧化物计的重量百分比含量(wt%)分别为:SnO2:0.1,CaO:0.05,V2O5:0.05。然后粉碎,将少量粘结剂PVA加入混合物中,通过喷雾干燥器制成80~450μm的颗粒,随后,颗粒被模具压制成环形毛坯。环形毛坯在1340℃~1360℃烧结3~5小时,保温段氧含量控制在3.5%~5.0%。制得所述锰锌铁氧体环形磁心制品尺寸为Φ18mm×Φ8mm×h5mm。经上述过程制备的磁心,用LCR测试仪、高低温恒温箱等仪器分别测试-55℃~85℃的起始磁导率μi,25℃、100kHz时的相对损耗因数tanδ/μi和25℃、B1/B2=1.5mT/3mT时的材料磁滞常数ηB。性能测试结果见表1。
实施例2
称取53mol%的Fe2O3、23.8mol%的MnO和23.2mol%的ZnO,副成分及制备工艺同实施例1。性能测试结果见表1。
实施例3
称取53.4mol%的Fe2O3、23mol%的MnO和23.6mol%的ZnO,副成分及制备工艺同实施例1。性能测试结果见表1。
实施例4
称取52.8mol%的Fe2O3、24.2mol%的MnO和23mol%的ZnO,相对所述主成分总量,所述副成分以其各自氧化物计的重量百分比含量(wt%)分别为:SnO2:0.1,CaO:0.06,V2O5:0.04。性能测试结果见表2。
实施例5
称取52.8mol%的Fe2O3、24.2mol%的MnO和23mol%的ZnO,相对所述主成分总量,所述副成分以其各自氧化物计的重量百分比含量(wt%)分别为:SnO2:0.15,CaO:0.06,V2O5:0.04。性能测试结果见表2。
实施例6
称取52.8mol%的Fe2O3、24.2mol%的MnO和23mol%的ZnO,相对所述主成分总量,所述副成分以其各自氧化物计的重量百分比含量(wt%)分别为:SnO2:0.1,CaO:0.03,V2O5:0.06。性能测试结果见表2。
对比例1
称取52.5mol%的Fe2O3、24.5mol%的MnO和23mol%的ZnO,副成分及制备工艺同实施例1。性能测试结果见表1。
对比例2
称取53.6mol%的Fe2O3、23mol%的MnO和23.4mol%的ZnO,副成分及制备工艺同实施例1。性能测试结果见表1。
对比例3
称取53.1mol%的Fe2O3、24.9mol%的MnO和22.0mol%的ZnO,副成分及制备工艺同实施例1。性能测试结果见表1。
对比例4
称取53.2mol%的Fe2O3、22.3mol%的MnO和24.5mol%的ZnO,副成分及制备工艺同实施例1。性能测试结果见表1。
对比例5
称取52.8mol%的Fe2O3、24.2mol%的MnO和23mol%的ZnO,相对所述主成分总量,所述副成分以其各自氧化物计的重量百分比含量(wt%)分别为:SnO2:0.25,CaO:0.06,V2O5:0.05。性能测试结果见表2。
对比例6
称取52.8mol%的Fe2O3、24.2mol%的MnO和23mol%的ZnO,相对所述主成分总量,所述副成分以其各自氧化物计的重量百分比含量(wt%)分别为:SnO2:0.1,CaO:0.01,V2O5:0.04。性能测试结果见表2。
对比例7
称取52.8mol%的Fe2O3、24.2mol%的MnO和23mol%的ZnO,相对所述主成分总量,所述副成分以其各自氧化物计的重量百分比含量(wt%)分别为:SnO2:0.1,CaO:0.06,V2O5:0.1。性能测试结果见表2。
表1 不同主成分磁心的性能指标
注:*表示该指标不符合本发明设计指标
从表1所示数据可知,本发明的效果是明显的。对比例1、2中Fe2O3含量超出本发明范围,对比例3、4中ZnO含量超出本发明范围。导致性能不符合本发明软磁铁氧体的设计指标。
表2 不同副成分磁心的性能指标
注:*表示该指标不符合本发明设计指标
从表2所示数据可知,本发明的效果是明显的。对比例5中SnO2含量超出本发明范围,对比例6中CaO含量超出本发明范围,对比例7中V2O5含量超出本发明范围,导致性能不符合本发明软磁铁氧体的设计指标。
Claims (2)
1.一种宽温高磁导率低失真软磁铁氧体,其特征在于,其主成分的摩尔百分比以氧化物计算为:52.7~53.5mol%的Fe2O3,22.5~24mol%的ZnO,其余的是MnO;副成分的重量百分比以氧化物计算为:SnO2:0.08~0.2wt%,CaO:0.04~0.06wt%,V2O5:0.03~0.06wt%。
2.如权利要求1所述的宽温高磁导率低失真软磁铁氧体,其特征在于,10kHz下的起始磁导率25℃时为6000±25%且在-55℃~85℃范围内大于5000;25℃,B1=1.5mT,B2=3mT时,材料磁滞常数小于0.3×10-6/mT;100kHz下的相对损耗因数25℃时小于10×10-6;居里温度大于125℃。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20101124 |