CN1627454A

CN1627454A - 低损耗软磁锰锌铁氧体

Info

Publication number: CN1627454A
Application number: CN 200310109415
Authority: CN
Inventors: 彭声谦; 吴耀杰
Original assignee: TIANTONG ELECTRONICS CO Ltd ZHEJIANG
Current assignee: TIANTONG ELECTRONICS CO Ltd ZHEJIANG
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-06-15

Abstract

本发明公开了一种低损耗软磁锰锌铁氧体，主成分是换算为52.7～53.6mol％的Fe₂O₃，8.5～11.8mol％的ZnO，其余为MnO；在主成分中添加1000～8000ppm的SnO₂、500～2000ppm的CaCO₃、300～1500ppm的V₂O₅中的至少一种。主成分和添加剂混合预烧后，在细粉碎时再进行二次掺杂，掺入的添加剂为Nb₂O₅、K₂O、CaCO₃、Ta₂O₅、SnO₂、V₂O₅中的至少二种，总的加入量介于800～1200ppm之间。本发明的软磁锰锌铁氧体具有工作频率较高，损耗低，饱和磁通密度较高，而且生产成本较低的特点。

Description

低损耗软磁锰锌铁氧体

技术领域

本发明涉及一种锰锌系软磁铁氧体，特别是工作频率较高、磁损耗低、磁通密度较高的高性能软磁铁氧体，属于氧化物磁性材料技术领域。

背景技术

随着通信技术的发展，电子器件趋于小型化、轻型化以及工作频率高频化，电源变压器的驱动频率已由25KHZ左右上升至100～500KHZ范围，这对软磁MnZn功率铁氧体磁芯的性能提出了更高的要求，要求功率铁氧体高频低损耗，100KHZ/200mT下损耗要求在300mW/cm³左右，同时要求材料具有较高的饱和磁通密度。

在现有技术中，申请号为02138280.8的专利申请中提出一种主成份配方经优化的锰锌铁氧体，其主成份为52～55mol％的Fe₂O₃，优选是53～54mol％；7～12mol％的ZnO，优选是8～11mol％；36～38mol％的MnO，优选是36～37mol％的MnO；并采用纳米级氧化物材料作为添加剂成份。该发明的锰锌铁氧体磁芯虽然具有高频、高饱和磁通密度和低磁损耗的优良性能，但因其采用纳米级氧化物作为添加剂，其生产成本较高，而且在生产过程中纳米级材料极不易均匀分散(纳米材料易团聚)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作频率较高，损耗P_cv更低，饱和磁通密度Bs较高，而且成本较低的软磁MnZn铁氧体。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

主成份是换算为52.7～53.6摩尔(mol)％的氧化铁(Fe₂O₃)，8.5～11.8摩尔(mol)％的氧化锌(ZnO)，其余为氧化锰(MnO)；在主成份中添加1000～8000ppm的SnO₂、、500～2000ppm的CaCO₃、300～1500ppm的V₂O₅中的至少一种。

上述软磁MnZn铁氧体配方中Fe₂O₃还可优化为52.8～53.5mol％，ZnO可优化为9.2～11.0mol％；

上述在主成份中的添加剂还可优化为1000～5000ppm的SnO₂、500～1200ppm的CaCO₃、300～800ppm的V₂O₅中的至少一种，总的加入量介于1000～5000ppm之间。

为了进一步降低材料的损耗，提高饱和磁通密度，在主成份和添加剂混合预烧后，再进行二次掺杂，掺入的添加剂为Nb₂O₅、K₂O、CaCO₃、Ta₂O₅、SnO₂、V₂O₅中的至少二种，总的加入量介于800～1200ppm之间。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

由于采用普通的氧化物作为添加剂，降低了生产成本，有利于批量生产；

因对MnZn铁氧体材料配方进行了优化，如氧化锌的摩尔比控制在9.2～11.0mol％，使变压器磁芯工作在80℃～120℃具有更低的损耗；

Nb₂O₅、K₂O、CaCO₃、Ta₂O₅、SnO₂、V₂O等氧化物的加入改变了材料的微观结构，减小了晶粒的大小，提高了电阻率；

由于采用二次掺杂技术，使软磁MnZn铁氧体磁芯具有更高的饱和磁通密度和更低的损耗；

掺入高价元素可使Fe²⁺量增加，最低损耗点向低温区移动，掺入低价元素可使Fe²⁺量减少，最低损耗点向高温区移动，因此，本发明可以通过掺入添加剂的选择，方便地调节功耗最低温度。

本发明的软磁MnZn铁氧体材料可适用于制作各类开关电源变压器磁芯，在10KHZ～500KHZ工作频率范围内，具有较低的损耗和较高饱和磁通密度。

附图说明

图1所示是本发明在同一主成份中加入低价元素的添加剂和高价元素添加剂对最低损耗点的影响对比。

图2所示是本发明在同一主成份配方下，采用二次掺杂与采用一次掺杂技术情况下损耗的对比。

图3所示是Nb₂O₅的加入量对本发明铁氧体材料损耗的影响情况(100℃时)。

图4所示是本发明的铁氧体材料制成的φ31×19×6样环在100KHZ，200mT下测试的结果。

图5所示是本发明的铁氧体材料制成的φ31×19×6样环在1194m/A下测试的25℃至120℃的饱和磁通密度Bs。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

如图1，MnZn铁氧体材料的主成份配方为53.2mol％的Fe₂O₃、35.8mol％的MnO、11mol％的ZnO，在主成份中低价氧化物CaCO₃(1000ppm)的掺入使损耗最低点温度向高温方向移动，高价氧化物SnO₂(1000ppm)的掺入使损耗最低点温度向低温方向移动，同时也说明了低价氧化物的掺入可使Fe²⁺减少，高价氧化物的掺入可使Fe²⁺增加。

如图2，主成份配方为Fe₂O₃--53.0mol％、MnO--37.0mol％、ZnO--10.0mol％。下方曲线代表的是采用二次掺杂技术，即在主成分Fe₂O₃、MnO、ZnO一次砂磨时，掺入SnO₂3000ppm。并在干燥造粒后经950℃预烧，预烧后在二次砂磨细碎时，再加入300ppm的Nb₂O₅、500ppm的CaCO₃和300ppm的V₂O₅。上方曲线代表采用一次掺杂技术，即在主成分砂磨、预烧时不掺入添加剂，仅在主成分经一次砂磨、预烧后，在二次砂磨细碎时，再加入300ppm的Nb₂O₅、500ppm的CaCO₃和300ppm的V₂O₅。在主成份中掺入添加剂可使添加剂在晶粒内、晶界上均匀分布，固溶于晶石晶格中，对提高材料的电阻率有明显的效果，所以对材料的涡流损耗有明显的改善。从图2中可以看出，铁氧体损耗在二次掺杂情况下明显低于一次掺杂情况。

图3所示曲线，显示了在100℃情况下，Nb₂O₅加入量多少对损耗的影响。主成份配方为Fe₂O₃--53.2mol％、MnO--36.7.0mol％、ZnO--11.0mol％，在主成份中掺入3000ppm的SnO₂，在预烧后粉料细粉碎时掺入500ppm的CaCO₃、300ppm的V₂O₅和变量的Nb₂O₅，Nb₂O₅的加入量在0～500ppm之间。从图中可看出，Nb₂O₅加入量在小于300ppm阶段，其加入量与损耗成反比，即加入量越多损耗越低；当Nb₂O₅加入量超过300ppm时，其加入量与损耗成正比，即随着加入量增多损耗反而变大。Nb₂O₅的加入量在200～350ppm范围时，铁氧体损耗较小，基本在350mW/cm³以下。

图4所示，主成份配方为Fe₂O₃--53.0mol％、MnO--37.0mol％、ZnO--10.0mol％，在主成份中掺入3000ppm的SnO₂，经材料湿法混合30分钟，通过喷雾干燥机制成颗粒，预烧温度为950℃，采用回转窑通过式预烧；先干法粗粉碎后再湿法细粉碎，在细粉碎时进行二次掺杂，加入300ppm的Nb₂O₅、500ppm的CaCO₃和300ppm的V₂O₅，湿法粉碎后的平均粒径为1.0微米；采用喷雾干燥机制成约80-200微米的颗粒。在颗粒用于成型前，先将颗粒处理，使含水量控制在0.3％-0.5％，流动角小于30度。制成φ31×19×6的样环在1280℃下保温3小时，保温时氧含量为3％。样环在100KHZ/200mT下测试的损耗结果由图4曲线表示，从图4可看出，该材料在60℃～120℃的范围具有较低的损耗，在80℃时为300mW/cm³、120℃时为370mW/cm³，损耗的最低点在100℃，最低损耗＜250mW/cm³。

图5所示曲线，是上述图4的配方及工艺下制得的φ31×19×6样环在1194m/A下测试的25℃至120℃的饱和磁通密度Bs数据表达的结果。由图5可看出，该材料具有较高的饱和磁通密度，在25℃时，Bs＞530mT；在100℃时，Bs＞420mT。

Claims

1、低损耗软磁锰锌铁氧体，其特征在于，主成份是换算为52.7～53.6mol％的Fe₂O₃，8.5～11.8mol％的ZnO，其余为MnO；在主成份中添加1000～8000ppm的SnO₂、500～2000ppm的CaCO₃、300～1500ppm的V₂O₅中的至少一种。

2、如权利要求1所述的低损耗软磁锰锌铁氧体，其特征在于，所述主成份Fe₂O₃的含量是52.8～53.5mol％，ZnO的含量是9.2～11.0mol％。

3、如权利要求1或2所述的低损耗软磁锰锌铁氧体，其特征在于，所述主成份中的添加剂是1000～5000ppm的SnO₂、500～1200ppm的CaCO₃、300～800ppm的V₂O₅中的至少一种，总加入量介于1000～5000ppm之间。

4、如权利要求1或2所述的低损耗软磁锰锌铁氧体，其特征在于，在所述主成份和添加剂混合预烧后，再进行二次掺杂，掺入的氧化物为Nb₂O₅、TiO₂、ZrO₂、CaCO₃、Ta₂O₅、SnO₂、V₂O₅中的至少二种，总的加入量介于800～1200ppm之间。

5、如权利要求3所述的低损耗软磁锰锌铁氧体，其特征在于，在所述主成份和添加剂混合预烧后，再进行二次掺杂，掺入的氧化物为Nb₂O₅、TiO₂、ZrO₂、CaCO₃、Ta₂O₅、SnO₂、V₂O₅中的至少二种，总的加入量介于800～1200ppm之间。

6、如权利要求4所述的低损耗软磁锰锌铁氧体，其特征在于，所述二次掺杂中掺入的氧化物包含Nb₂O₅，其加入量在200～350ppm之间。

7、如权利要求5所述的低损耗软磁锰锌铁氧体，其特征在于，所述二次掺杂中掺入的氧化物包含Nb₂O₅，其加入量在200～350ppm之间。