CN108780697A - MnZn铁氧体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制备MnZn铁氧体的方法，所述MnZn铁氧体包含作为主成分的Fe、Mn和Zn，和作为副成分的Ca、Si和Co以及选自由Ta、Nb和Zr组成的组中的至少一种，所述方法包括：使用于所述MnZn铁氧体的原料粉末成型以获得坯体的步骤，和烧结所述坯体的步骤；所述烧结步骤包括升温步骤、高温保持步骤和冷却步骤；所述冷却步骤包括在1100℃至1250℃的温度范围内以0℃/小时至20℃/小时的冷却速度冷却1小时至20小时的缓慢冷却步骤，并且在所述缓慢冷却步骤之前和之后的冷却速度高于20℃/小时；所述MnZn铁氧体在室温的体积电阻率为8.5Ω·m以上，平均晶粒尺寸为7μm至15μm，并且在23℃至140℃在100kHz的频率和200mT的励磁磁通密度下的磁芯损耗为420kW/m3以下。

Description

MnZn铁氧体及其制备方法
发明领域
本发明涉及在用于各种电源装置的电子装置如变压器、电感器、电抗器、扼流线圈等中使用的MnZn铁氧体的制备方法。
发明背景
作为近年来快速普及的电动交通设备如电动汽车(EV)和插电式混合动力汽车(PHEV)之一的电动汽车配备有诸如高功率电动机和充电器的装置。对于它们使用可以耐受高电压和大电流的电子部件。电子部件由作为基本结构的线圈和磁芯组成，并且磁芯由磁性材料如MnZn铁氧体制成。
在这样的应用中，在运行期间在电子部件上产生多种机械和电学负荷状态，并且使用的环境温度也变化。正常地，预期由于磁芯损耗引起的生热，通过晶体磁各向异性常数K1将使磁芯损耗最小化的温度调整到稍高于电子部件所暴露于的最大环境温度的温度，从而防止铁氧体由于热失控而失去磁性。
其组成设计为使得磁芯损耗(也称为功率损耗)的最低温度为100℃以下的MnZn铁氧体用于家用电器所使用的电子部件。然而，对于汽车应用，在高温环境下使用的前提下，通常使用在超过100℃的高温具有磁芯损耗Pcv的最低温度的那些。还要求在宽温度范围内具有低的磁芯损耗。
MnZn铁氧体的磁芯损耗具有温度依赖性，并且在磁滞损耗小的晶体磁各向异性常数K1为0的温度具有最小值。可以通过适当调整在MnZn铁氧体中构成尖晶石的金属离子中具有正晶体磁各向异性常数K1的金属离子的量和具有负晶体磁各向异性常数K1的金属离子的量来改变晶体磁各向异性常数K1为0的温度。构成尖晶石的金属离子包括作为具有正K1的金属离子的Fe2+和Co2+和作为具有负K1的金属离子的Fe3+、Mn2+、Ni2+等。可以通过调整金属离子如Fe2+、Fe3+、Zn2+和Mn2+的量来相对容易地改变使磁芯损耗最小化的温度，然而，仅通过调整这些金属离子的量难以改善磁芯损耗的温度依赖性。因此，引入与Fe2+相比具有足够大的晶体磁各向异性常数的Co2+以改善磁芯损耗的温度依赖性。
说明了这样的铁氧体的磁芯损耗Pcv一般由磁滞损耗Ph、涡流损耗Pe和剩余损耗Pr组成。磁滞损耗Ph与直流磁滞的频率成比例地增加，并且涡流损耗Pe与由电磁感应作用产生的电动势所产生的涡流的频率的平方成比例地增加。作为由磁畴壁共振等造成的剩下的损耗的剩余损耗Pr在500kHz以上的频率变得明显。也就是说，磁滞损耗Ph、涡流损耗Pe和剩余损耗Pr随着频率而变化，并且它们在总磁芯损耗中的比率取决于频带。因此，MnZn铁氧体需要适合于所使用的频率和温度。
还通过制造方法解决了减少铁氧体的磁芯损耗。例如，专利文献1(JP H03-268404A)公开了一种用于制备MnZn铁氧体的方法，所述方法包括以下步骤：将要成为MnZn铁氧体的原料煅烧，粉碎，与添加的粘合剂混合，制粒，成型，在1250-1400℃进一步烧结，然后在1100℃以上且低于1250℃的温度范围在氧浓度为0.001-20％的气氛中保持20-360分钟，然后在氮气氛中冷却。此方法通过使MnZn铁氧体的Fe2+更接近于由铁氧体组成单一地确定的尖晶石中的Fe2+浓度而使阳离子缺陷的量接近0，从而减少磁芯损耗。
专利文献2(JP H05-217734 A)公开了一种用于制备具有减少的磁芯损耗的MnZn铁氧体的方法，所述方法通过以下方式进行：在1200-1280℃的温度烧结含有Ca和Si的MnZn铁氧体的坯体，其中当在升温步骤中温度超过600℃时并且在烧结过程的最初10-30分钟内，将气氛中的氧浓度设定为1％以下，和在烧结后在预定的氧气氛中以50-250℃/h冷却。
专利文献3(JP H07-297017 A)公开了一种用于制备在500kHz-2MHz的高频带中具有减少的磁芯损耗的MnZn铁氧体的方法，所述方法包括以下步骤：使含有Ca、Si并且还含有Ti、Zr、Hf、Nb和Ta中的至少一种的原料成型，烧结，然后缓慢冷却并且进一步冷却，其中在预定的氧气氛中进行烧结步骤和缓慢冷却步骤，并且缓慢冷却中的冷却速度为50-150℃/h。
根据专利文献1-3中提到的制备方法，能够将磁芯损耗减少到一定程度，然而，需要进一步减少磁芯损耗和在宽温度范围内减少磁芯损耗。专利文献1-3中提到的方法对于这些需求是不够的。
此外，当体积电阻率小并且涡流损耗Pe大时，存在难以减少磁芯损耗(特别是在高温范围内)的问题。在专利文献1-3中，作为副成分引入的Ca和Si以及另外的Ta、Nb等在晶界处偏析，由此增大体积电阻率并且减少在100℃的磁芯损耗。然而，利用专利文献1-3中提到的方法，例如，不能实现在约140℃的高温环境中足够低的磁芯损耗，因此，需要进一步的改进。
发明目的
因此，本发明的一个目的是提供用于制备MnZn铁氧体的方法和可以在宽温度范围实现低磁芯损耗的MnZn铁氧体。
发明概述
本发明人鉴于上述目的进行细致研究，结果已经发现，在用于通过使原料粉末成型并且烧结来制备MnZn铁氧体的方法中，通过在烧结体的冷却步骤中在1100℃至1250℃的温度范围内以0℃/小时至20℃/小时的冷却速度冷却1小时至20小时，可以获得在室温的体积电阻率为8.5Ω·m以上并且在宽温度范围具有低磁芯损耗的MnZn铁氧体。已经基于这样的发现完成本发明。
因此，本发明的用于制备MnZn铁氧体的方法，所述MnZn铁氧体包含作为主成分的Fe、Mn和Zn，和作为副成分的Ca、Si和Co以及选自由Ta、Nb和Zr组成的组中的至少一种，所述方法包括：
使用于所述MnZn铁氧体的原料粉末成型以获得坯体的步骤，和
烧结所述坯体的步骤；
所述烧结步骤包括升温步骤、高温保持步骤和冷却步骤；
所述冷却步骤包括在1100℃至1250℃的温度范围内以0℃/小时至20℃/小时的冷却速度冷却1小时至20小时的缓慢冷却步骤，并且
在所述缓慢冷却步骤之前和之后的冷却速度高于20℃/小时；
所述MnZn铁氧体在室温的体积电阻率为8.5Ω·m以上，平均晶粒尺寸为7μm至15μm，并且在23℃至140℃在100kHz的频率和200mT的励磁磁通密度下的磁芯损耗为420kW/m3以下。
优选地在高于1250℃且1350℃以下的保持温度在氧浓度大于0.2体积％且10体积％以下的气氛中进行所述高温保持步骤。
优选地控制所述冷却步骤中的氧浓度以使得氧浓度P[O2](体积分数)和温度T(℃)之间的关系满足下式：
log(P[O2])＝a-b/(T+273)，其中a和b是常数，a为6.4至11.5，并且b为10000至18000。
通过上述方法获得的MnZn铁氧体包含作为主成分的Fe、Mn和Zn，和作为副成分的Si、Ca和Co以及选自由Ta、Nb和Zr组成的组中的至少一种，
所述主成分包含53-54摩尔％的Fe(以Fe2O3计)，和8.2-10.2摩尔％的Zn(以ZnO计)，余量为以MnO计的Mn，并且
相对于总计100质量份的所述主成分(以所述氧化物计)，所述副成分包含超过0.001质量份且0.015质量份以下的Si(以SiO2计)，超过0.1质量份且0.35质量份以下的Ca(以CaCO3计)，0.4质量份以下(不包括0)的Co(以Co3O4计)，0.1质量份以下(包括0)的Ta(以Ta2O5计)，0.1质量份以下(包括0)的Zr(以ZrO2计)，和0.05质量份以下(包括0)的Nb(以Nb2O5计)，Ta2O5、ZrO2和Nb2O5的总量为0.1质量份以下(不包括0)。
本发明的MnZn铁氧体包含作为主成分的53-54摩尔％的Fe(以Fe2O3计)，和8.2-10.2摩尔％的Zn(以ZnO计)，余量为Mn(以MnO计)，和
相对于总计100质量份的所述主成分(以所述氧化物计)，作为副成分的超过0.001质量份且0.015质量份以下的Si(以SiO2计)，超过0.1质量份且0.35质量份以下的Ca(以CaCO3计)，0.4质量份以下(不包括0)的Co(以Co3O4计)，0.1质量份以下(包括0)的Ta(以Ta2O5计)，0.1质量份以下(包括0)的Zr(以ZrO2计)，和0.05质量份以下(包括0)的Nb(以Nb2O5计)，Ta2O5、ZrO2和Nb2O5的总量为0.1质量份以下(不包括0)，
所述MnZn铁氧体在室温的体积电阻率为8.5Ω·m以上，平均晶粒尺寸为7μm至15μm，在23℃至140℃在100kHz的频率和200mT的励磁磁通密度下的磁芯损耗为420kW/m3以下，并且在100kHz的频率下且在20℃的初始磁导率μi为2800以上。
本发明的MnZn铁氧体包含副成分，相对于总计100质量份的所述主成分(以所述氧化物计)，所述副成分包含超过0.003质量份且0.012质量份以下的Si(以SiO2计)，超过0.1质量份且0.35质量份以下的Ca(以CaCO3计)，和0.2质量份以上且0.4质量份以下的Co(以Co3O4计)，并且
所述副成分还包含选自由0.015质量份以上且0.1质量份以下的Ta(以Ta2O5计)、0.03质量份以上且0.1质量份以下的Zr(以ZrO2计)和0.02质量份以上且0.05质量份以下的Nb(以Nb2O5计)组成的组中的至少一种，Ta2O5、ZrO2和Nb2O5的总量为0.1质量份以下(不包括0)，
所述MnZn铁氧体在100kHz的频率和200mT的励磁磁通密度下且在23℃的磁芯损耗为400kW/m3以下。
发明效果
根据本发明，能够提供用于制备在宽温度范围内具有低磁芯损耗的MnZn铁氧体的方法以及所述MnZn铁氧体。
附图简述
图1是示出在根据本发明的一个实施方案的烧结步骤中的温度条件的图。
优选实施方案描述
以下将具体说明根据本发明的一个实施方案的MnZn铁氧体的制备方法以及通过所述方法获得的MnZn铁氧体。然而，应注意，本发明不限于此，但是可以在技术构思的范围内适当地进行改变。在本说明书中通过“-”表示的数字范围意指包括在“-”之前和之后所述的数字作为上限和下限的范围。
本发明的用于制备MnZn铁氧体的方法包括使用于MnZn铁氧体的原料粉末成型以获得坯体的步骤，和烧结坯体的步骤，所述原料粉末含有作为主成分的Fe、Mn和Zn，和作为副成分的Ca、Si和Co以及选自由Ta、Nb和Zr组成的组中的至少一种。Si、Ca、Ta、Zr和Nb存在于MnZn铁氧体的晶界中，并且通过增大晶界层的电阻使晶粒绝缘，由此减小相对损耗系数tanδ/μi，因此减少磁芯损耗。可以单独地含有Ta、Zr和Nb中的每一种或者含有多种。
尽管Si仅在晶界和三相点偏析，但是Ca、Ta、Zr和Nb在烧结步骤的过程中溶解于尖晶石相中，并且可能在烧结后部分地溶解，并且在一些情况下保留在晶粒中。当溶解于尖晶石相中的Ca、Ta、Zr和Nb的含量增加时，晶粒的电阻增大，并且可以增大体积电阻率ρ。然而，晶界中的Ca、Ta、Zr和Nb的含量相对减少。为了获得通过实现高体积电阻率而具有低磁芯损耗的MnZn铁氧体，有效的是通过适当地调整溶解于尖晶石相中和在晶体晶界中偏析的Ca、Ta、Zr和Nb的含量来增大晶粒的电阻并且形成高电阻晶界。可以如之后所述通过控制烧结温度和烧结气氛来进行这样的调整。
通过加入除了Fe2+以外的Co2+，磁芯损耗的温度变化减小，并且可以获得在宽温度范围的低磁芯损耗。此外，由于可以通过加入Co2+来降低剩余磁通密度Br，所以能够减少磁滞损耗Ph以获得具有低磁芯损耗的MnZn铁氧体。
烧结步骤包括升温步骤、高温保持步骤和冷却步骤。冷却步骤具有在1100℃-1250℃的温度范围内以0-20℃/小时的冷却速度冷却1-20小时的缓慢冷却步骤，并且使在缓慢冷却步骤之前和之后的冷却速度高于20℃/小时。在本发明中，优选的是通过使Ca、Ta、Zr和Nb在晶界处偏析并且适当地控制它们溶解于晶粒中来减少磁芯损耗。
为了增大晶体晶界的电阻，在冷却步骤中提供在1100℃至1250℃的温度范围内以0℃/小时至20℃/小时的冷却速度冷却1小时至20小时的缓慢冷却步骤。当在超过1250℃的温度范围内提供缓慢冷却步骤时，由于由来自表面层的锌挥发造成的内部变形增加的影响，在23℃至140℃的磁芯损耗增大。当在低于1100℃的温度范围内提供缓慢冷却步骤时，在低温侧的磁芯损耗由于Ca等的过量晶界偏析而增大，由此难以获得所需的磁芯损耗。
当冷却速度大于20℃/小时时，Ca等向晶界的偏析不足，并且不能获得高的体积电阻率，由此在高温侧的磁芯损耗增大，因此难以获得所需的磁芯损耗。应注意，0℃/小时的冷却速度意指保持恒温。当缓慢冷却步骤进行少于1小时时，不能充分获得减少磁芯损耗的效果。当其超过20小时时，进行晶体生长并且粒径增大，由此体积电阻率减小，因此在一些情况下磁芯损耗可能增大。另外，将缓慢冷却步骤之前和之后的冷却速度设定为高于在缓慢冷却步骤中的冷却速度，即大于20℃/小时。当在缓慢冷却步骤之前的冷却速度为20℃/小时以下时，来自表面层的锌挥发量增大，由此内应变增大，因此磁芯损耗增大。当在缓慢冷却步骤之后的冷却速度为20℃/小时以下时，Ca等在晶界处过量地偏析，并且磁芯损耗增大。优选的是从高温保持步骤到缓慢冷却步骤和在缓慢冷却步骤之后的冷却步骤，即在缓慢冷却步骤之前和之后，将冷却速度设定为50-150℃/小时。通过这样的过程，在室温的体积电阻率可以是8.5Ω·m以上。另外，体积电阻率优选为10Ω·m以上以减少涡流损耗Pe。
在缓慢冷却步骤中，当氧浓度高时，烧结体被氧化，导致赤铁矿从尖晶石中析出，而当氧浓度低时，方铁矿析出并且产生晶体应变，导致不期望的磁芯损耗增大。因此，优选的是控制氧浓度以使得不发生赤铁矿的析出和方铁矿的析出。还优选的是控制在冷却步骤中的氧浓度以使得氧浓度P[O2](体积分数)和温度T(℃)之间的关系满足下式：
log(P[O2])＝a-b/(T+273)，
其中a和b是常数，a优选为3.1-12.8，并且b优选为6000-20000。a由高温保持步骤中的温度和氧浓度限定。当b小于上述范围时，即使温度降低，氧浓度也是高的并且进行氧化，在一些情况下其可能导致赤铁矿从尖晶石中析出。当b大时，氧浓度降低并且方铁矿析出等等，由此晶粒和晶界层两者都未充分氧化，导致低电阻。更优选地，a为6.4-11.5，并且b为10000-18000。
在升温步骤中，其在空气中在室温至750℃以上且950℃以下的温度(第一升温步骤)进行以从坯体中去除粘合剂。优选的是在第二升温步骤中，即从第一升温步骤到高温保持步骤，将气氛中的氧浓度降低至0.1-2体积％。可以根据粘合剂去除中的剩余碳的状态及其组成适当地选择升温步骤中的升温速度。平均升温速度优选地在50-200℃/小时的范围内。
高温保持步骤中的温度高于1250℃且在1350℃以下，并且气氛中的氧浓度高于0.2体积％并且在10体积％以下，并且优选地设定为高于在第二升温步骤中调整的氧浓度。
在本发明中，MnZn铁氧体包含作为主成分的Fe、Mn和Zn，和作为副成分的Ca、Si和Co以及选自由Ta、Nb和Zr组成的组中的至少一种。主成分主要是构成尖晶石铁氧体的元素或化合物，而副成分是补充地用于其形成的元素或化合物，并且包括其一部分溶解于尖晶石铁氧体的元素。还含有构成尖晶石铁氧体的那些如Co作为副成分，因为它们的含量小于主成分的含量。
优选的是主成分包含53-54摩尔％的Fe(以Fe2O3计)，和8.2-10.2摩尔％的Zn(以ZnO计)，余量为以MnO计的Mn，并且相对于总计100质量份的主成分(以氧化物计)，副成分包含超过0.001质量份且0.015质量份以下的Si(以SiO2计)，超过0.1质量份且0.35质量份以下的Ca(以CaCO3计)，0.4质量份以下(不包括0)的Co(以Co3O4计)，0.1质量份以下(包括0)的Ta(以Ta2O5计)，0.1质量份以下(包括0)的Zr(以ZrO2计)，和0.05质量份以下(包括0)的Nb(以Nb2O5计)，Ta2O5、ZrO2和Nb2O5的总量为0.1质量份以下(不包括0)。
在本发明的MnZn铁氧体中，当Si和Ca的含量在上述范围内时，Si和Ca存在于晶界中以使晶粒绝缘，由此体积电阻率ρ增大，因此可以减小相对损耗系数tanδ/μi。相对于总计100质量份的主成分(以氧化物计)，Si和Ca的含量分别优选为以SiO2计大于0.001质量份且0.015质量份以下，和以CaCO3计大于0.1质量份且0.035质量份以下。其更优选为以SiO2计0.003质量份以上且0.012质量份以下，和以CaCO3计大于0.1质量份且0.25质量份以下。
通过加入Co2+，磁芯损耗的温度变化减小，并且可以获得在宽温度范围的低磁芯损耗，还由于剩余磁通密度Br减小，所以能够减少磁滞损耗Ph。然而，当Co的含量太大时，磁化曲线趋向于Perminber型，并且在低温侧的晶体磁各向异性常数在正侧过大，并且在一些情况下反而可能劣化。相对于总计100质量份的主成分(以氧化物计)，Co的含量优选为以Co3O4计0.4质量份以下(不包括0)，更优选以Co3O4计0.2质量份以上且0.4质量份以下，并且最优选以Co3O4计0.25质量份以上且0.35质量份以下。
Ta、Zr和Nb连同Si和Ca一起出现在晶界层中，有助于通过增大晶界层的电阻来减少磁芯损耗。可以单独地含有Ta、Zr和Nb，或者含有两种以上的组合。当单独地含有时，相对于总计100质量份的主成分(以氧化物计)，Ta、Zr和Nb的含量分别优选为以Ta2O5计0.1质量份以下(包括0)，以ZrO2计0.1质量份以下(包括0)，和以Nb2O5计0.05质量份以下(包括0)。当含有Ta、Zr和Nb中的两种以上时，以Ta2O5、ZrO2和Nb2O5计的总量优选为0.1质量份以下(不包括0)。当单独地含有Ta、Zr和Nb时，Ta、Zr和Nb的含量的下限分别优选为以Ta2O5、ZrO2和Nb2O5计0.03质量份。当含有Ta、Zr和Nb中的两种以上时，以Ta2O5、ZrO2和Nb2O5计的总量优选为0.03质量份以上。
在构成MnZn铁氧体的原料中可以含有硫S、氯Cl、磷P、硼B等作为杂质。在本发明中，这些杂质没有特别限定，然而，经验上已知的是可以通过减少这些杂质来获得磁芯损耗减少和磁导率改善。特别地，对于S，可能产生具有Ca的化合物并且在晶界处作为异物偏析，由此在一些情况下降低体积电阻率ρ并增大涡流损耗。因此，为了进一步减少磁芯损耗，优选的是减少杂质，并且相对于总计100质量份的主成分(以氧化物计)，将杂质减少至0.03质量份以下的S、0.01质量份以下的Cl、0.001质量份以下的P和0.0001质量份以下的B。
尽管MnZn铁氧体的优选的平均晶粒尺寸根据所使用的频率而变化，但是当频率低于500kHz时，优选的是降低矫顽力Hc并且将磁滞损耗减少超过5μm。其更优选为7μm以上且15μm以下。
将通过以下实施例更详细地说明本发明，而无意于限制。
实施例1
如表1中所示，将作为主成分的53.4摩尔％的Fe2O3、9.2摩尔％的ZnO和以MnO计37.4摩尔％的Mn3O4湿式混合并干燥，并且在900℃煅烧3小时。然后将100质量份的煅烧粉末与SiO2、CaCO3、Co3O4、Ta2O5、ZrO2和Nb2O5混合以提供表1中所示的MnZn铁氧体组成，并且在球磨机中粉碎至1.2-1.4μm的平均粉碎粒度。加入聚乙烯醇作为粘合剂，将所得混合物通过研钵制粒，并且压缩成型为环形坯体，烧结所述环形坯体以获得外径为25mm、内径为15mm并且厚度为5mm的磁芯(铁氧体烧结体)。
表1
注释(1)：具有“*”的样品编号表示比较例。
注释(2)：使用Mn3O4作为原料，并且组成显示为MnO。
注释(3)：相对于100质量份由主成分组成的煅烧粉末的量。
图1示出了烧结步骤中的温度条件。烧结包括将温度从室温升至1310℃的升温步骤，在1310℃保持4小时的高温保持步骤，和将温度从1310℃冷却至室温的冷却步骤。以150℃/小时的升温速度进行升温步骤，其在从室温到800℃的温度范围内在空气中(在氧浓度为21体积％的气氛中)进行，并且在超过800℃的温度范围内在氧浓度为1体积％的气氛中进行。在高温保持步骤中，氧浓度保持在1体积％。在从1310℃(高温保持温度)到1250℃的温度范围内以100℃/小时的冷却速度，在从1250℃到1200℃的温度范围内以10℃/小时的冷却速度，在从1200℃到1000℃的温度范围内以100℃/小时的冷却速度，并且在低于1000℃的温度范围内以150℃/小时的冷却速度进行冷却步骤。在下降至1000℃的冷却步骤中的氧浓度(体积分数)根据下式变化：log(P[O2])＝a-b/(T+273)，其中a＝6.9，并且b＝14000。具体地，将氧浓度控制为在1250℃为0.5体积％，在1200℃为0.25体积％，和在1000℃为0.01体积％(100ppm)。在低于1000℃的N2流中进行冷却，并且最终氧浓度降低至约0.003体积％(30ppm)。
对于所获得的磁芯，评价磁芯损耗Pcv、初始磁导率μi、体积电阻率ρ和平均晶粒尺寸。评价方法如下。
磁芯损耗Pcv
使用B-H分析仪(SY-8232，可由岩崎通信机株式会社(Iwatsu Electric Co.,Ltd.)获得)，在23℃至140℃在100kHz的频率和200mT的励磁磁通密度下测量具有五匝初级绕组和五匝次级绕组的磁芯的磁芯损耗Pcv。
初始磁导率μi
在23℃和100kHz下在0.4A/m的磁场中通过可由惠普(Hewlett-Packard)获得的HP-4284A测量10匝磁芯的初始磁导率。
体积电阻率ρ
从磁芯切下平板样品，在两个相对平面上涂覆镓铟合金作为电极，并且使用可由日置电机株式会社(Hioki Electric Corporation)获得的3224测量电阻R(Ω)。由其上形成电极的平面的面积A(m2)和厚度t(m)，通过下式计算体积电阻率ρ(Ω·m)：
体积电阻率ρ(Ω·m)＝R x(A/t)。
平均晶粒尺寸
在用光学显微镜对在1100℃在N2中热刻蚀1小时的镜面抛光铁氧体烧结体拍摄的照片(400倍)中，在100μm x 100μm的正方形区域中通过求积法计算平均晶粒尺寸。
初始磁导率μi、体积电阻率ρ、平均晶粒尺寸和磁芯损耗Pcv的结果在表2中示出。
表2
注释(1)：具有“*”的样品编号表示比较例。
从表2中了解到，本发明的实施例的MnZn铁氧体具有8.5Ω·m以上的高体积电阻率，并且甚至在140℃的高温环境下具有420kW/m3以下的磁芯损耗。另一方面，应当理解不包括样品编号*23的比较例的MnZn铁氧体具有小于8.5Ω·m的体积电阻率，并且具有高磁芯损耗。不含Co的样品编号*23的MnZn铁氧体在23℃具有超过420kW/m3的磁芯损耗。一些比较例在23℃和100℃具有420kW/m3以下的磁芯损耗，然而，在140℃的高温环境下，这些比较例的磁芯损耗超过420kW/m3。如上所述，通过具有包含作为副成分的Ca、Si和Co以及选自由Ta、Nb和Zr组成的组中的至少一种的组成，并且在烧结的冷却步骤中提供在预定条件下的缓慢冷却步骤，可以获得从低温(23℃)到高温(140℃)具有低磁芯损耗的MnZn铁氧体。
实施例2
除了如表3中所示改变主成分的组成以外，以与实施例1相同的方式制备MnZn铁氧体。初始磁导率μi、体积电阻率ρ、平均晶粒尺寸和磁芯损耗Pcv的结果在表4中示出。每种MnZn铁氧体都表现出10Ω·m以上的高体积电阻率，然而，比较例的MnZn铁氧体在高温或低温表现出高于420kW/m3的磁芯损耗。另一方面，实施例的所有MnZn铁氧体都表现出420kW/m3以下的磁芯损耗。
表3
注释(1)：具有“*”的样品编号表示比较例。
注释(2)：使用Mn3O4作为原料，并且组成显示为MnO。
注释(3)：相对于100质量份由主成分组成的煅烧粉末的量。
表4
注释(1)：具有“*”的样品编号表示比较例。
实施例3
除了如表5中所示改变组成并且如表6中所示改变高温保持步骤中的温度以外，以与实施例1相同的方式制备MnZn铁氧体。初始磁导率μi、体积电阻率ρ、平均晶粒尺寸和磁芯损耗Pcv的结果在表6中示出。每种MnZn铁氧体都表现出8.5Ω·m以上的高体积电阻率，然而，平均晶粒尺寸小于7μm的样品编号*40(比较例)的MnZn铁氧体在140℃表现出高于420kW/m3的磁芯损耗。另一方面，实施例的所有MnZn铁氧体都表现出420kW/m3以下的磁芯损耗。
表5
注释(1)：使用Mn3O4作为原料，并且组成显示为MnO。
注释(2)：相对于100质量份由主成分组成的煅烧粉末的量。
表6
注释(1)：具有“*”的样品编号表示比较例。
实施例4
除了如表5中所示改变组成并且如表7中所示改变缓慢冷却步骤的范围以外，以与实施例1相同的方式制备MnZn铁氧体。初始磁导率μi、体积电阻率ρ和磁芯损耗Pcv的结果在表7中示出。通过将缓慢冷却温度设定在本发明的方法指定的范围内，可以获得从低温(23℃)到高温(140℃)具有420kW/m3以下的磁芯损耗的MnZn铁氧体。
表7
注释(1)：具有“*”的样品编号表示比较例。
实施例5
除了如表5中所示改变主成分的组成并且如表8中所示改变缓慢冷却步骤中的冷却速度以外，以与实施例1相同的方式制备MnZn铁氧体。初始磁导率μi、体积电阻率ρ和磁芯损耗Pcv的结果在表8中示出。通过将冷却速度设定在本发明的方法指定的范围内，可以获得从低温(23℃)到高温(140℃)具有420kW/m3以下的磁芯损耗的MnZn铁氧体。
表8
注释(1)：具有“*”的样品编号表示比较例。
如上所述，根据本发明的用于制备MnZn铁氧体的方法，可以在宽温度范围内实现低磁芯损耗。

Claims (6)

1.一种用于制备MnZn铁氧体的方法，所述MnZn铁氧体包含作为主成分的Fe、Mn和Zn，和作为副成分的Ca、Si和Co以及选自由Ta、Nb和Zr组成的组中的至少一种，所述方法包括：
使用于所述MnZn铁氧体的原料粉末成型以获得坯体的步骤，和
烧结所述坯体的步骤；
所述烧结步骤包括升温步骤、高温保持步骤和冷却步骤；
所述冷却步骤包括在1100℃至1250℃的温度范围内以0℃/小时至20℃/小时的冷却速度冷却1小时至20小时的缓慢冷却步骤，并且
在所述缓慢冷却步骤之前和之后的冷却速度高于20℃/小时；
所述MnZn铁氧体在室温的体积电阻率为8.5Ω·m以上，平均晶粒尺寸为7μm至15μm，并且在23℃至140℃在100kHz的频率和200mT的励磁磁通密度下的磁芯损耗为420kW/m3以下。
2.根据权利要求1所述的用于制备MnZn铁氧体的方法，其中在高于1250℃且1350℃以下的保持温度在氧浓度大于0.2体积％且10体积％以下的气氛中进行所述高温保持步骤。
3.根据权利要求2所述的用于制备MnZn铁氧体的方法，其中控制所述冷却步骤中的氧浓度以使得氧浓度P[O2](体积分数)和温度T(℃)之间的关系满足下式：
log(P[O2])＝a-b/(T+273)，其中a是6.4至11.5的常数，并且b是10000至18000的常数。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于制备MnZn铁氧体的方法，其中所述MnZn铁氧体包含作为主成分的Fe、Mn和Zn，和作为副成分的Si、Ca和Co以及选自由Ta、Nb和Zr组成的组中的至少一种，
所述主成分包含53-54摩尔％的Fe(以Fe2O3计)，和8.2-10.2摩尔％的Zn(以ZnO计)，余量为以MnO计的Mn，并且
相对于总计100质量份的所述主成分(以所述氧化物计)，所述副成分包含超过0.001质量份且0.015质量份以下的Si(以SiO2计)，超过0.1质量份且0.35质量份以下的Ca(以CaCO3计)，0.4质量份以下(不包括0)的Co(以Co3O4计)，0.1质量份以下(包括0)的Ta(以Ta2O5计)，0.1质量份以下(包括0)的Zr(以ZrO2计)，和0.05质量份以下(包括0)的Nb(以Nb2O5计)，Ta2O5、ZrO2和Nb2O5的总量为0.1质量份以下(不包括0)。
5.一种MnZn铁氧体，所述MnZn铁氧体包含作为主成分的53-54摩尔％的Fe(以Fe2O3计)，和8.2-10.2摩尔％的Zn(以ZnO计)，余量为Mn(以MnO计)，和
相对于总计100质量份的所述主成分(以所述氧化物计)，作为副成分的超过0.001质量份且0.015质量份以下的Si(以SiO2计)，超过0.1质量份且0.35质量份以下的Ca(以CaCO3计)，0.4质量份以下(不包括0)的Co(以Co3O4计)，0.1质量份以下(包括0)的Ta(以Ta2O5计)，0.1质量份以下(包括0)的Zr(以ZrO2计)，和0.05质量份以下(包括0)的Nb(以Nb2O5计)，Ta2O5、ZrO2和Nb2O5的总量为0.1质量份以下(不包括0)，
所述MnZn铁氧体在室温的体积电阻率为8.5Ω·m以上，平均晶粒尺寸为7μm至15μm，在23℃至140℃在100kHz的频率和200mT的励磁磁通密度下的磁芯损耗为420kW/m3以下，并且在100kHz的频率下且在20℃的初始磁导率μi为2800以上。
6.根据权利要求5所述的MnZn铁氧体，其中，相对于总计100质量份的所述主成分(以所述氧化物计)，所述副成分包含超过0.003质量份且0.012质量份以下的Si(以SiO2计)，超过0.1质量份且0.35质量份以下的Ca(以CaCO3计)，和0.2质量份以上且0.4质量份以下的Co(以Co3O4计)，并且
所述副成分还包含选自由0.015质量份以上且0.1质量份以下的Ta(以Ta2O5计)、0.03质量份以上且0.1质量份以下的Zr(以ZrO2计)和0.02质量份以上且0.05质量份以下的Nb(以Nb2O5计)组成的组中的至少一种，Ta2O5、ZrO2和Nb2O5的总量为0.1质量份以下(不包括0)，
所述MnZn铁氧体在23℃在100kHz的频率和200mT的励磁磁通密度下的磁芯损耗为400kW/m3以下。
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