CN101916637B - 一种防开裂磁性材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防开裂磁性材料及其制备方法，其中，该防开裂磁性材料的主料包括Fe2O350-54mol％，ZnO8-12mol％与MnO余量。该防开裂磁性材料的制备方法包括：按主料配比，湿法制粉，并采用平衡控温烧结工艺，在回转预烧窑炉中进行预烧处理；在二次砂磨工序，添加辅料，砂磨120min后，将含有辅料的预烧料料浆打入料浆池搅拌；在二次砂磨工序到二次喷雾造粒工序，将生料进行二次砂磨120min，按生料和正常料浆配比，再将生料料浆打入同一料浆池，加入1％的PVA，搅拌均匀后，进行二次喷雾造粒处理。本发明所述材料及其制备方法，具有功率损耗小、发热量小、无裂纹与使用寿命长的优点。
Description
技术领域
本发明涉及锰锌铁氧体功率类大磁芯生产技术，具体地，涉及一种防开裂磁性材料及其制备方法。
背景技术
目前，在日常所生产的机电和电磁设备中，经常会用到各类开关电源变压器以及扼流圈等，这些变压器在设计上具有引线空间大、绕制接线方便与工作频率高（20-1000KHz）的特点，在应用上具有工作电源范围宽、输出功率大与热稳定性能高的特点。
这些高性能要求，无疑对变压器的核心部件、即磁芯提出了更高的要求，其中最重要的就是磁芯的功率损耗应尽可能小、且磁芯内部不能有任何的裂纹，否则容易产生电磁性能不稳定的缺陷，严重时会出现烧机等事故；可见，如何解决磁芯产品的裂纹问题，已然成为磁芯生产业界的重大难题。
在实现本发明的过程中，发明人发现，现有技术中至少存在功率损耗大、发热量大、易产生裂纹与使用寿命短等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种防开裂磁性材料及其制备方法，以实现功率损耗小、发热量小、无裂纹与使用寿命长的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种防开裂磁性材料，其特征在于，该材料包括以下组分和百分比含量的主料：Fe2O3：50-54mol%；ZnO：8-12mol%；MnO：余量。
进一步地，所述材料还包括以下组分和百分比含量的辅料：CaCO3：0-500PPm；SiO2：0-100PPm；V2O5：0-200PPm；Nb2O5：0-500PPm；SnO2：0-300PPm；ZrO2：0-300PPm。
进一步地，所述材料还包括体积比含量为6-10%的生料，所述生料为未经预烧处理的Fe2O3、MnO与ZnO的混合物。
进一步地，所述防开裂磁性材料的制备方法包括以下步骤：⑴按主料配比，湿法制粉，并采用平衡控温烧结工艺，在回转预烧炉中进行预烧处理；⑵按辅料配比，添加相应辅料后，二次砂磨120min后，将含有辅料的预烧料料浆先打入到料浆池，进行搅拌；⑶将生料进行二次砂磨120min后，按生料和预烧料配比，再将生料料浆打入到同一料浆池；在生料和预烧料的混合料浆加入约1%的聚乙烯醇（PVA），等其完全搅拌均匀后，进行二次喷雾造粒处理。
本发明各实施例的防开裂磁性材料及其制备方法，由于包括主料：Fe2O3：50-54mol%，ZnO：8-12mol%，MnO：余量；以及辅料：CaCO3：0-500PPm，SiO2：0-100PPm，V2O5：0-200PPm，Nb2O5：0-500PPm，SnO2：0-300PPm，ZrO2：0-300PPm；在该材料的制备方法中，包括：⑴在湿法制粉工序预烧阶段，采用平衡控温烧结工艺；⑵在二次砂磨阶段，按配比添加辅料；可以使产品有稳定的功率损耗-温度曲线、减落低；通过辅料成分的改变，可以使μa、Bs、Hc、Br值控制在所需范围，制得的变压器能够应用于更高频率范围（如200KHz以上）；⑶在二次砂磨到二次喷雾阶段，按比例添加生料，在不改变粉料成型特性的同时，适当降低粉料的磁化度，增强粉料在烧结过程中的活性，可以解决开裂问题；通过这些改变，可以克服现有技术中功率损耗大、发热量大、易产生裂纹与使用寿命短的缺陷，以实现功率损耗小、发热量小、无裂纹与使用寿命长的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及权利要求书所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
根据本发明实施例，提供了一种防开裂磁性材料及其制备方法。在本实施例中，防开裂磁性材料包括以下组分和百分比含量的主料：
Fe2O3：50mol%；
ZnO：8mol%；
MnO：余量。
进一步地，在上述实施例中，上述防开裂磁性材料还可以包括以下组分和百分比含量的辅料：
CaCO3：0.5PPm；
SiO2：100PPm；
V2O5：100PPm；
Nb2O5：0.5PPm；
SnO2：300PPm；
ZrO2：150PPm。
进一步地，在上述实施例中，上述防开裂磁性材料还可以包括体积比含量为6%的生料，该生料为未经预烧处理的Fe2O3、MnO与ZnO的混合物。
另外，在上述实施例中，上述防开裂磁性材料的制备方法，可以包括以下步骤：
⑴按主料配比，湿法制粉，并采用平衡控温烧结工艺，在回转预烧炉中进行预烧处理；具体地，可以对回转预烧窑炉的预烧温度做适当的调整，四组加热丝的温度由原来的850℃/900℃/800℃/700℃，调整为850℃/880℃/850℃/700℃，适当延长了一次喷雾料在预烧阶段的保温时间，通过控制变频器来降低主窑管的转速，高温段变频器为24赫兹，冷却段变频器为25赫兹，同时在预烧窑炉的窑口，适当增加其抽风量，使一次喷雾料在回转窑体内预烧充分，均匀，使各项预烧参数的一致性达到平衡；
⑵按辅料配比，添加辅料后，二次砂磨120min后，得到预烧料料浆；采用国产的C06400-1/XH型搅拌砂磨机，一次性放入400公斤预烧料，按照规定比例加入去离子水，设定其砂磨时间为120min，使砂磨后颗粒料的平均粒度在0.9-1.2um范围以内；同时，在开启砂磨机之前，按照规定比例添加辅料，以改善烧结后磁芯内部的晶粒结构，细化晶粒，降低功耗；砂磨完毕，关闭砂磨机的电源，直接开启隔膜泵，将砂磨后的预烧料料浆打入到料浆池中，进行充分的搅拌，以备二次喷雾造粒；
⑶按生料配比，添加生料；把未经预烧的生料400公斤直接加入到砂磨机中，按照上面步骤⑵的工艺进行砂磨。砂磨后以如下比例打入到料浆池中进行搅拌：（生料料浆）/（预烧料料浆+生料料浆）=6-10%，混合料浆中加入约1%的聚乙烯醇（PVA），搅拌好以后，进行二次喷雾造粒。
这样，可以在不改变粉料成型特性的同时，适当降低粉料的磁化度，增强粉料在烧结过程中的活性，解决开裂问题。
实施例二
与上述实施例不同的是，在本实施例中，防开裂磁性材料包括以下组分和百分比含量的主料：
Fe2O3：52mol%；
ZnO：10mol%；
MnO：余量。
进一步地，在上述实施例中，上述防开裂磁性材料还可以包括以下组分和百分比含量的辅料：
CaCO3：250PPm；
SiO2：0.5PPm；
V2O5：200PPm；
Nb2O5：500PPm；
SnO2：150PPm；
ZrO2：0.5PPm。
进一步地，在上述实施例中，上述防开裂磁性材料还可以包括体积比含量为10%的生料，该生料为未经预烧处理的Fe2O3、MnO与ZnO的混合物。
实施例三
与上述实施例不同的是，在本实施例中，防开裂磁性材料包括以下组分和百分比含量的主料：
Fe2O3：54mol%；
ZnO：12mol%；
MnO：余量。
进一步地，在上述实施例中，上述防开裂磁性材料还可以包括以下组分和百分比含量的辅料：
CaCO3：500PPm；
SiO2：50PPm；
V2O5：0.5PPm；
Nb2O5：250PPm；
SnO2：0.5PPm；
ZrO2：300PPm。
进一步地，在上述实施例中，上述防开裂磁性材料还可以包括体积比含量为8%的生料，该生料为未经预烧处理的Fe2O3、MnO与ZnO的混合物。
上述各实施例的防开裂磁性材料及其制备方法，通过在湿法制粉工序，粉料生产预烧和砂磨阶段工艺的改变，辅以主配方和添加物的控制，得到颗粒成型特性、磁化度和氧化度等符合要求的粉料，解决了单重在200g以上的特大磁芯内部的深层裂纹问题，应用于电磁设备等各个电子领域，特别是广泛应用于各类机电和机械产品，由于其生产中深层裂纹问题的解决，使变压器在高温、高湿、高频等恶劣环境下工作稳定。
由于在湿法制粉工序预烧和二次砂磨阶段采用了特殊的工艺，使所生产出来的锰锌铁氧体功率类大磁芯功率损耗降低，发热小、无裂纹，解决了大磁芯生产中的开裂问题，让各类机电设备在长时间、恶劣的环境下仍能稳定地工作，延长了设备的使用寿命。
在上述各实施例中，所得防开裂磁性材料，晶粒细密，经试验验证，初始磁导率在2400左右，适用在频率范围为100KHz、磁通量密度为200mT的条件下，具有稳定的功率损耗-温度曲线、减落低，在100℃的温度条件下，功率损耗可以降低到380mw/cm3，并且，利用该防开裂磁性材料生产出来的大磁芯没有任何裂纹；通过辅料成分的改变，可以使μa、Bs、Hc、Br值控制在所需范围，所得变压器能够应用于更高频率范围（200KHz以上）；具体参数可参见表一与表二的对比。
表一：普通磁性材料的各项检测数据
表二：防开裂磁性材料的各项检测数据
综上所述，本发明各实施例的防开裂磁性材料及其制备方法，由于包括主料：Fe2O3：50-54mol%，ZnO：8-12mol%，MnO：余量；以及辅料：CaCO3：0-500PPm，SiO2：0-100PPm，V2O5：0-200PPm，Nb2O5：0-500PPm，SnO2：0-300PPm，ZrO2：0-300PPm；在该材料的制备方法中，包括：⑴在湿法制粉工序预烧阶段，采用平衡控温烧结工艺；⑵在二次砂磨阶段，按配比添加辅料；可以使产品有稳定的功率损耗-温度曲线、减落低；通过辅料成分的改变，可以使μa、Bs、Hc、Br值控制在所需范围，制得的变压器能够应用于更高频率范围（如200KHz以上）；⑶在二次砂磨到二次喷雾阶段，按比例添加生料，在不改变粉料成型特性的同时，适当降低粉料的磁化度，增强粉料在烧结过程中的活性，可以解决开裂问题；通过这些改变，可以克服现有技术中功率损耗大、发热量大、易产生裂纹与使用寿命短的缺陷，以实现功率损耗小、发热量小、无裂纹与使用寿命长的优点。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种防开裂磁性材料，其特征在于，该材料包括以下组分和百分比含量的主料：
Fe2O3：50-54mol%；
ZnO：8-12mol%；
MnO：余量；
所述材料还包括以下组分和百分比含量的辅料：
CaCO3：0-500PPm；
SiO2：0-100PPm；
V2O5：0-200PPm；
Nb2O5：0-500PPm；
SnO2：0-300PPm；
ZrO2：0-300PPm；
所述材料还包括体积比含量为6-10%的生料，所述生料为未经预烧处理的Fe2O3、MnO与ZnO的混合物。
2.根据权利要求1所述的防开裂磁性材料，其特征在于，所述防开裂磁性材料的制备方法包括以下步骤：
⑴按主料配比，湿法制粉，并采用平衡控温烧结工艺，在回转预烧炉中进行预烧处理；
⑵按辅料配比，添加相应辅料后，二次砂磨120min后，将含有辅料的预烧料料浆先打入到料浆池，进行搅拌；
⑶将生料进行二次砂磨120min后，按生料和预烧料配比，再将生料的料浆打入到同一料浆池，在生料和预烧料的混合料浆中加入1%的聚乙烯醇（PVA），等其完全搅拌均匀后，进行二次喷雾造粒处理。
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