CN104628371A

CN104628371A - 一种锰锌软磁铁氧体材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104628371A
Application number: CN201410855445.8A
Authority: CN
Inventors: 王朝明; 金鑫; 王国光; 严正信; 吕飞雨; 张勇
Original assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Current assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2015-05-20

Abstract

本发明公开了一种高初始磁导率且高居里温度的锰锌软磁铁氧体材料及其制备方法。它包括主成份和辅助成份，所述的主成份组成为：氧化铁为51～54mol％、氧化锌为20～26mol％、其余为氧化锰；所述按主成份总重量计的辅助成份包括：氧化钙为50～300ppm、氧化铋为10～800ppm、二氧化钛为20～1500ppm和氧化钼为10～500ppm，其制备方法，包括下述步骤：(1)混合处理；(2)预烧处理；(3)砂磨处理；(4)喷雾造粒；(5)成型处理；(6)烧结处理。本发明的有益效果是：制备方法具有过程简单、能耗低和原材料适应性强的优点；锰锌软磁铁氧体材料满足当前汽车、新能源和电子信息等领域对元器件小型化、薄型化和高度可靠性的要求。

Description

一种锰锌软磁铁氧体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及软磁高导材料相关技术领域，尤其是指一种锰锌软磁铁氧体材料及其制备方法。

背景技术

随着电子元器件的高频、高速化以及集成电路技术的迅速发展和MEMS(Micro Electronical Mechanical System，微机电***)技术的进步，电子元器件的总功率密度大幅度增长而其物理尺寸却越来越小，热流密度也随之增加，因此很多电子元器件都会工作在较高的温度环境下。这就对这些电子元器件中材料的高温特性要求越来越高，尤其是那些应用在汽车和新能源领域的元器件，其对材料的居里温度要求更高。

锰锌铁氧体软磁材料具有高的初始磁导率、良好的频率特性、低的损耗等优点而受到广泛重视和应用。锰锌铁氧体材料大量制造成变压器磁芯、噪音过滤器、局域网隔离变压器和数字网络变压器磁芯。磁芯主要应用到宽带和脉冲变压器，扼流圈及DSL变压器。随着汽车电子、新能源、网络通信、航空航天及卫星通信等领域的高速发展，对锰锌铁氧体材料磁芯提出了新的更高的要求。

常规的高初始磁导率的锰锌软磁铁氧体材料，初始磁导率μi和居里温度Tc之间，存在着矛盾。例如：μi＝15000的材料，居里温度Tc通常为100-110℃。这类材料由于居里温度低于工作温度已经不能满足汽车电子、网络通信和航天航空等的应用。而另一方面，从元器件小型化发展方向的要求看，高导锰锌软磁铁氧体要具有较高的初始磁导率μi。

目前，市场上广泛应用的MnZn铁氧体材料磁导率最高的就是初始磁导率15000左右的材料(下面简称“R15K MnZn铁氧体材料”)，此类材料居里温度一般都在100～110℃之间。而目前各应用领域的工作温度越来越高，现有R15K铁氧体材料在120℃以上的温度下磁性能就已经失效。国内外现有技术涉及的具有高居里温度的材料主要关注高居里温度和低功耗，所以初始磁导率通常较低，仅5000左右，和本发明构思涉及的R15K软磁铁氧体材料在应用上不同。现有技术提供的高磁导低损耗材料的技术手段通常是采用调整氧化铁、氧化锌和氧化锰的比例，和改变二次添加的氧化物，比如，中国发明专利CN200510033614.0提供的高居里温度低损耗双五千锰锌系铁氧体，虽然其居里温度可达210℃以上，但其磁导率仅能到达5000左右；中国发明专利ZL200910308782.4提供的高居里温度材料，虽然居里温度可以达到150℃以上，但是初始磁导率只有10000左右。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种高初始磁导率且高居里温度的锰锌软磁铁氧体材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锰锌软磁铁氧体材料，包括主成份和辅助成份，所述的主成份组成为：氧化铁为51～54mol％、氧化锌为20～26mol％、其余为氧化锰；所述按主成份总重量计的辅助成份包括：氧化钙为50～300ppm、氧化铋为10～800ppm、二氧化钛为20～1500ppm和氧化钼为10～500ppm。

此外，本发明还提供了上述锰锌软磁铁氧体材料的制备方法，包括下述步骤：(1)混合处理；(2)预烧处理；(3)砂磨处理；(4)喷雾造粒；(5)成型处理；(6)烧结处理。该制备方法具有过程简单、能耗低和原材料适应性强的优点。

作为优选，在步骤(1)中，混合处理的具体操作工艺如下：将按配方比例称取的原料主成份于球磨机中混合处理20-60分钟。

作为优选，在步骤(2)中，预烧处理的具体操作工艺如下：将混合处理后的材料于700～1000℃预烧处理60～180分钟时间。

作为优选，在步骤(3)中，砂磨处理的具体操作工艺如下：预烧处理得到的粉料加入按比例称取的辅助成份及其他添加剂，研磨处理60-140分钟。

作为优选，在步骤(3)中，在砂磨处理后，控制材料粒径D50在1.0～1.6μm之间。

作为优选，在步骤(6)中，烧结处理的具体操作工艺如下：成型处理得到的坯件在氧含量为0.005％～21％的N₂保护气氛中进行烧结处理，其中所述烧结温度为1350～1500℃，烧结总时间为15～35小时，烧结处理后氮气保护下降温即可得到所要的锰锌软磁铁氧体材料。

作为优选，制备的锰锌铁氧体材料在室温、10kHz时，初始磁导率μi在13000-18000之间，并且该锰锌铁氧体材料的居里温度Tc在130℃以上。这样高性能的锰锌软磁铁氧体材料可以满足当前汽车、新能源和电子信息等领域对元器件小型化、薄型化和高度可靠性的要求。

本发明的有益效果是：制备方法具有过程简单、能耗低和原材料适应性强的优点；锰锌软磁铁氧体材料满足当前汽车、新能源和电子信息等领域对元器件小型化、薄型化和高度可靠性的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。

实施例1：

把配比为Fe₂O₃：51mol％、ZnO：20mol％、MnO：29mol％的三种主成份材料称量好，在球磨机中混合60分钟，然后在700℃下预烧2小时，加入按主成份总重量计的辅助成分CaO(50ppm)、Bi₂O₃(350ppm)、TiO₂(600ppm)和MoO₃(200ppm)，通过140分钟的砂磨处理得到D50为1.10μm的材料，然后进行喷雾造粒，得到锰锌软磁铁氧体粉料。

然后用全自动干压机将粉料压制成H25×15×8的毛坯样品10只，于最高烧结温度为1450℃下、氧含量为12％的N₂保护气氛中烧结28小时，最后降温得到成品。样品编号为1。测试数据取10只样品计算平均值，结果如表1所示。

实施例2：

把配比为Fe₂O₃：53.5mol％、ZnO：25.5mol％、MnO：21mol％的三种主成份材料称量好，放入球磨机中混合40分钟，然后在900℃预烧2小时，加入按主成份总重量计的辅助成分CaO(200ppm)、Bi₂O₃(200ppm)、TiO₂(1500ppm)和MoO₃(400ppm)，通过100分钟的砂磨处理得到D50为1.55μm的材料，然后喷雾造粒，得到锰锌软磁铁氧体粉料。

然后用全自动干压机将粉料压制成H25×15×8的毛坯样品10只，于最高烧结温度为1480℃下、氧含量为5％的N₂保护气氛中烧结18小时，最后降温得到成品。样品编号为2。测试数据取10只样品计算平均值，结果如表1所示。

实施例3：

把配比为Fe₂O₃：52mol％、ZnO：22.5mol％、MnO：25.5mol％的三种主成份材料称量好，放入球磨机中混合30分钟，然后在700℃预烧3小时，加入按主成份总重量计的辅助成分CaO(300ppm)、Bi₂O₃(700ppm)、TiO₂(1000ppm)和MoO₃(100ppm)，通过80分钟的砂磨处理得到D50为1.3μm的材料，然后喷雾造粒，得到锰锌软磁铁铁氧体粉料。

然后用全自动干压机将粉料压制成H25×15×8的毛坯样品10只，于最高烧结温度为1370℃下、氧含量为18％的N₂保护气氛中烧结30小时，最后降温得到成品。样品编号为3。测试数据取10只样品计算平均值，结果如表1所示。

比较例1

把配比为Fe₂O₃：56.0mol％、ZnO：15.5mol％、MnO：28.5mol％的三种主成份材料称量好，放入球磨机中混合35分钟，然后在850℃预烧2小时，加入按三种主成份总重量计的辅助成分CaO(50ppm)、Bi₂O₃(350ppm)、MoO₃(150ppm)和TiO₂(100ppm)，通过2小时的砂磨处理得到D50为1.1μm的材料，然后喷雾造粒，得到锰锌软磁铁氧体粉料。

然后用全自动干压机将粉料压制成H25×15×8的毛坯样品，于烧结温度为1370℃下、氧含量为4.5％的N₂保护气氛中烧结20小时，最后降温得到成品。样品编号为4。每组的测试数据取10只样品计算平均值，结果如表1所示。

表1 不同制备方法MnZn铁氧体材料磁性能对比表

样品编号	初始磁导率μi	居里温度Tc
			1	13500	142℃
2	15900	131℃
			3	15200	135℃
4	11000	195℃

Claims

1.一种锰锌软磁铁氧体材料，其特征是，包括主成份和辅助成份，所述的主成份组成为：氧化铁为51～54mol％、氧化锌为20～26mol％、其余为氧化锰；所述按主成份总重量计的辅助成份包括：氧化钙为50～300ppm、氧化铋为10～800ppm、二氧化钛为20～1500ppm和氧化钼为10～500ppm。

2.一种如权利要求1所述的锰锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征是，包括下述步骤：

(1)混合处理；

(2)预烧处理；

(3)砂磨处理；

(4)喷雾造粒；

(5)成型处理；

(6)烧结处理。

3.根据权利要求2所述的锰锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征是，在步骤(1)中，混合处理的具体操作工艺如下：将按配方比例称取的原料主成份于球磨机中混合处理20-60分钟。

4.根据权利要求2所述的锰锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征是，在步骤(2)中，预烧处理的具体操作工艺如下：将混合处理后的材料于700～1000℃预烧处理60～180分钟时间。

5.根据权利要求2所述的锰锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征是，在步骤(3)中，砂磨处理的具体操作工艺如下：预烧处理得到的粉料加入按比例称取的辅助成份及其他添加剂，研磨处理60-140分钟。

6.根据权利要求5所述的锰锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征是，在步骤(3)中，在砂磨处理后，控制材料粒径D50在1.0～1.6μm之间。

7.根据权利要求2所述的锰锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征是，在步骤(6)中，烧结处理的具体操作工艺如下：成型处理得到的坯件在氧含量为0.005％～21％的N₂保护气氛中进行烧结处理，其中所述烧结温度为1350～1500℃，烧结总时间为15～35小时，烧结处理后氮气保护下降温即可得到所要的锰锌软磁铁氧体材料。

8.根据权利要求2所述的锰锌软磁铁氧体材料的制备方法，其特征是，制备的锰锌铁氧体材料在室温、10kHz时，初始磁导率μi在13000-18000之间，并且该锰锌铁氧体材料的居里温度Tc在130℃以上。