《一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法》是橫店集團東磁股份有限公司於2006年6月14日申請的專利，該專利申請號為2006100519432，公布號為CN101090017，公布日為2007年12月19日，發明人是呂東華、顏沖、包大新、何時金。
《一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法》通過精確控制材料的成分和製備方法，研製出功耗谷點在90攝氏度，在100千赫茲，200毫特斯拉的條件下功耗小於等於260毫瓦/立方厘米，在1000安培/米，50赫茲的條件下25攝氏度的飽和磁通密度大於等於530毫特斯拉，在1000安培/米，50赫茲的條件下100攝氏度的飽和磁通密度大於等於420毫特斯拉的MnZn功率鐵氧體。
2021年6月24日，《一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法
- 公布號：CN101090017
- 申請人：橫店集團東磁股份有限公司
- 發明人：呂東華、顏沖、包大新、何時金
- 申請號：2006100519432
- 申請日：2006年6月14日
- 公布日：2007年12月19日
- 地址：浙江省東陽縣橫店工業區東磁有限公司
- 代理機構：杭州杭誠專利事務所有限公司
- 代理人：尉偉敏
- Int. Cl.：H01F1/10(2006.01); H01F1/34(2006.01)
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
截至2006年6月，伴隨著攜帶型移動電子設備的普及，多媒體通信、數字網路的高速發展，以及電磁兼容和抗電磁干擾等領域的需求，對功率MnZn鐵氧體材料提出了更高更新的要求。隨著新興套用領域的擴充，對功率MnZn鐵氧體除了要求低的損耗之外，還要求有高的飽和磁通密度。同時，針對不同的工作環境，在功耗~溫度曲線上，應具有不同的最低功耗溫度點。高性能的功率MnZn鐵氧體，除選用各向異性、磁致伸縮小及純度高的原材料之外，合適的微量元素摻雜和工藝的控制是十分重要的。
絕大多數有關MnZn功率鐵氧體的工作溫度都在80攝氏度~100攝氏度，都將SiO2作為添加劑以便於提高材料的電阻率，達到降低損耗的目的。將SiO2作為添加劑加入預燒料中，雖然可以提高材料的電阻率，但是在燒結的過程中容易出現液相，出現異常晶粒的機率會增加。如果材料內部出現異常晶粒，那么材料的性能將會惡化。另外還有人通過脫硫工藝或採用精磨工藝來改善材料的性能，但是這樣就增加了生產成本，增加了材料推廣套用的難度。
發明內容
專利目的
《一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法》針對MnZn功率鐵氧體及其製備工藝出現的技術問題，提供一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法。《一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法》直接利用原材料中的SiO2，並控制製備方法所帶進的SiO2，而不是採用添加SiO2的方式來改善MnZn功率鐵氧體的磁性能；從而得到高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體。
技術方案
《一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法》的專利目的通過以下技術方案解決：一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體，該鐵氧體包括如下按摩爾百分比的成分：Fe2O3：51~53摩爾百分比；MnO：34~43摩爾百分比；ZnO：6~13摩爾百分比。
在上述的的高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體，該鐵氧體還含有以下按重量百分比的輔助成分中的四種或以上：CaCO3：0.01~0.07重量百分比；TiO2：0.01~0.08％；SnO2：0.01~0.07重量百分比；Nb2O5：0.01~0.06重量百分比；ZrO2：0.01~0.09重量百分比；Co2O3：0.01~0.06重量百分比。
《一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法》還提供一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法，該方法由以下步驟組成：
（1）配料：採用主要成分按摩爾重量百分比為Fe2O3：51~53摩爾百分比；MnO：34~43摩爾百分比；ZnO：6~13摩爾百分比進行稱量，稱重後在砂磨機中加入去離子水進行砂磨，砂磨的時間為30~80分鐘；
（2）預燒：將上述經過砂磨後的成分進行預燒，預燒溫度為750攝氏度~980攝氏度，預燒時間為1~9小時；
（3）二次砂磨：在上述預燒料中加入以下按重量百分比的輔助成分中的四種或四種以上：CaCO3：0.01~0.07重量百分比，TiO2：0.01~0.08％，SnO2：0.01~0.07重量百分比，Nb2O5：0.01~0.06重量百分比，ZrO2：0.01~0.09重量百分比，Co2O3：0.01~0.06重量百分比；然後將粉料加入去離子水後放入砂磨機中進行二次砂磨，二次砂磨時間為1~3小時；
（4）噴霧造粒和成型：將上述的二次砂磨料在噴霧塔中進行噴霧造粒，噴霧造粒製成粒徑為50~200微米的顆粒；然後成型為具有一定形狀的坯件；
（5）燒結：將上述成型後的坯件進行在1260攝氏度~1350攝氏度的範圍下進行燒結，燒結後即形成高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體。
在上述的高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法中，在步驟（3）中所述粉料的粒度為1~1.18微米，二次砂磨料中SiO2的重量百分含量為0.005~0.023重量百分比。
在上述的高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法中，在步驟（4）中噴霧造粒時加入PVA和消泡劑，其中兩者比例為20：1，所述的消泡劑為氨水、正辛醇中的一種。
在上述的高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法中，在步驟（5）中所述的燒結過程是在氧氣和氮氣的環境進行，其中氧分壓的範圍為：1~10％。
MnZn功率鐵氧體的損耗是由磁滯損耗，渦流損耗和剩於損耗組成的。在100千赫茲，200毫特斯拉條件下，損耗主要是由磁滯和渦流兩種損耗組成，剩於損耗所占的比例較小。為了降低在該測試條件下的損耗，相關技術中都是採用通過添加SiO2提高材料的電阻率的方法來降低渦流損耗。但是《一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法》發明人通過長期研究發現：將SiO2作為添加劑加入預燒料中，雖然可以提高材料的電阻率，但是在燒結的過程中容易出現液相，出現異常晶粒的機率會增加。如果材料內部出現異常晶粒，那么材料的性能將會惡化。於是發明人想通過另外的方法來提高材料的電阻率，又可以避免晶粒異常長大的現象出現。考慮到原材料中SiO2的存在和二次砂磨工藝中帶入SiO2的不可避免性，所以可以通過不添加SiO2，直接利用原材料中SiO2和砂磨工藝中帶入SiO2來提高材料的電阻率。這樣就可以降低燒結過程中液相出現的機率，同時還可以降低生產成本。當然僅僅這樣還是不能最佳化MnZn功率鐵氧體的性能的，還需要最佳化材料的成分和採用合適的製備方法，而發明人通過上述材料成分和製備方法得到一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體。該高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體功耗谷點在90攝氏度，在100千赫茲，200毫特斯拉的條件下功耗小於等於260毫瓦/立方厘米，在1000安培/米，50赫茲的條件下25攝氏度的飽和磁通密度大於等於530毫特斯拉，在1000安培/米，50赫茲的條件下100攝氏度的飽和磁通密度大於等於420毫特斯拉。這樣就能很好的滿足工作溫度在80攝氏度~100攝氏度的器件對MnZn功率鐵氧體低損耗，高Bs的要求。
技術領域
《一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法》涉及一種錳鋅鐵氧體及其製備方法，尤其涉及一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法。
權利要求
1.一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法，該方法由以下步驟組成：（1）配料：採用主要成分按摩爾重量百分比為Fe2O3：51~53摩爾百分比；MnO：34~43摩爾百分比；ZnO：6~13摩爾百分比；進行稱量，稱重後在砂磨機中加入去離子水進行砂磨，砂磨的時間為30~80分鐘；（2）預燒：將上述經過砂磨後的成分進行預燒，預燒溫度為750攝氏度~980攝氏度，預燒時間為1~9小時；（3）二次砂磨：在上述預燒料中加入以下按重量百分比的輔助成分中的四種或四種以上：CaCO3：0.01~0.07重量百分比；TiO2：0.01~0.08重量百分比；SnO2：0.01~0.07重量百分比；Nb2O3：0.01~0.06重量百分比；ZrO2：0.01~0.09重量百分比；Co2O3：0.01~0.06重量百分比；然後將粉料加入去離子水後放入砂磨機中進行二次砂磨，二次砂磨時間為1~3小時；（4）噴霧造粒和成型：將上述的二次砂磨料在噴霧塔中進行噴霧造粒，噴霧造粒製成粒徑為50~200微米的顆粒；然後成型為具有一定形狀的坯件；（5）燒結：將上述成型後的坯件進行在1260—1350攝氏度的溫度範圍下進行燒結，燒結後即形成高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體；製備過程中不添加SiO2，直接利用原材料中的SiO2和砂磨工藝中帶入SiO2來提高材料的電阻率。
2.根據權利要求1所述的一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法，其特徵在於步驟（3）中所述粉料的粒度為1~1.18微米，二次砂磨料中SiO2的重量百分含量為0.005~0.023重量百分比。
3.根據權利要求1~2之一所述的一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法，其特徵在於步驟（4）中噴霧造粒時加入PVA和消泡劑，其中兩者比例為20:1，所述的消泡劑為氨水、正辛醇中的一種。
4.根據權利要求1~2之一所述的一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體的製備方法，其特徵在於步驟（5）中所述的燒結過程在氧氣和氮氣的環境進行，其中氧分壓的範圍為：1~10％。
實施方式
- 實施例1
1、配料：稱取Fe2O3：52.7摩爾百分比；MnO：37.1摩爾百分比；ZnO：10.2摩爾百分比三種原料，然後在砂磨機中加入去離子水進行混合和破碎，破碎30分鐘，進行循環混合10分鐘後，進行噴霧造粒。
2.預燒：將噴霧料放入預燒爐內，在920攝氏度下進行預燒，總的預燒時間是6小時。
3.二次砂磨：在預燒料中加入以下按預燒料重量百分比的輔助成分：CaCO3：0.03重量百分比，TiO2：0.04重量百分比，Nb2O5：0.03重量百分比，Co2O3：0.025重量百分比，ZrO2：0.02重量百分比。然後將粉料放入砂磨機中加入去離子水進行二次砂磨，砂磨時間為1小時，粉料粒度控制在1~1.18微米。
4.噴霧造粒和成型：在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡劑，然後在噴霧塔中進行噴霧造粒成50~200微米的顆粒；然後成型具有一定形狀的坯件。
5.燒結：在一定的氧氣和氮氣的比例下，在1260攝氏度的溫度條件下範圍下燒結，燒結時的氧分壓為6％，然後在一定的氧氣和氮氣的比例下冷卻到室溫。
將燒結好的樣品用SY-8258BH分析儀進行測試，具體性能見表1：
類別 | 單位 | 測試條件 | 數值 | 測試溫度 |
|---|---|---|---|---|
功耗（Pcv） | 千瓦/立方米 | 100千赫茲，200毫特斯拉 | 583 | 25攝氏度 |
257 | 90攝氏度 | |||
270 | 100攝氏度 | |||
飽和磁通密度（Bs） | 毫特斯拉 | 1000安培/米，50赫茲 | 532 | 25攝氏度 |
420 | 100攝氏度 | |||
剩磁（Br） | 毫特斯拉 | 1000安培/米，50赫茲 | 108 | 25攝氏度 |
41 | 100攝氏度 | |||
居里溫度（Tc） | 攝氏度 | 10千赫茲，＜0.25毫特斯拉 | 244 | - |
密度 | 千克/立方米 | - | 4.8×10 | 25攝氏度 |
從表1中可以看出，在100千赫茲，200毫特斯拉條件下90攝氏度時，材料的損耗是257千瓦/立方米，在1000安培/米，50赫茲條件下25攝氏度的Bs是532毫特斯拉，100攝氏度的Bs是420毫特斯拉。因此該材料能很好的滿足80攝氏度~100攝氏度下工作的器件對材料的要求。特別適合製作筆記本電腦的充電器。
- 實施例2
1、配料：稱取Fe2O3：51摩爾百分比；MnO：43摩爾百分比；ZnO：6摩爾百分比三種原料，然後在砂磨機中加入去離子水進行混合和破碎，破碎40分鐘，進行循環混合10分鐘後，進行噴霧造粒。
2.預燒：將噴霧料放入預燒爐內，在750攝氏度下進行預燒，總的預燒時間是9小時。
3.二次砂磨：在預燒料中加入以下按預燒料重量百分比的輔助成分：CaCO3：0.01重量百分比，TiO2：0.08重量百分比，SnO2：0.03重量百分比，Co2O3：0.06重量百分比，ZrO2：0.01重量百分比。然後將粉料放入砂磨機中加入去離子水進行二次砂磨，砂磨時間為2小時，粉料粒度控制在1~1.18微米。
4.噴霧造粒和成型：在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡劑，然後在噴霧塔中進行噴霧造粒成50~200微米的顆粒；然後成型具有一定形狀的坯件。
5.燒結：在一定的氧氣和氮氣的比例下，在1290攝氏度的溫度條件下燒結，燒結時的氧分壓為8％，然後在一定的氧氣和氮氣的比例下冷卻到室溫。
將燒結好的樣品用SY-8258BH分析儀進行測試，具體性能見表2：
類別 | 單位 | 測試條件 | 數值 | 測試溫度 |
|---|---|---|---|---|
功耗（Pcv） | 千瓦/立方米 | 100千赫茲，200毫特斯拉 | 585 | 25攝氏度 |
256 | 90攝氏度 | |||
272 | 100攝氏度 | |||
飽和磁通密度（Bs） | 毫特斯拉 | 1000安培/米，50赫茲 | 536 | 25攝氏度 |
420 | 100攝氏度 | |||
剩磁（Br） | 毫特斯拉 | 1000安培/米，50赫茲 | 136 | 25攝氏度 |
39 | 100攝氏度 | |||
居里溫度（Tc） | 攝氏度 | 10千赫茲，＜0.25毫特斯拉 | 244 | - |
密度 | 千克/立方米 | - | 4.9×10 | 25攝氏度 |
從表2中可以看出，在100千赫茲，200毫特斯拉條件下90攝氏度時，材料的損耗是256千瓦/立方米，在1000安培/米，50赫茲條件下25攝氏度的Bs是536毫特斯拉，100攝氏度的Bs是420毫特斯拉。因此該材料能很好的滿足80攝氏度~100攝氏度下工作的器件對材料的要求。特別適合製作筆記本電腦的充電器。
- 實施例3
1、配料：稱取Fe2O3：53摩爾百分比；MnO：34摩爾百分比；ZnO：13摩爾百分比三種原料，然後在砂磨機中加入去離子水進行混合和破碎，破碎50分鐘，進行循環混合10分鐘後，進行噴霧造粒。
2.預燒：將噴霧料放入預燒爐內，在980攝氏度下進行預燒，總的預燒時間是1小時。
3.二次砂磨：在預燒料中加入以下按預燒料重量百分比的輔助成分：TiO2：0.01重量百分比，SnO2：0.07重量百分比，Co2O3：0.06重量百分比，ZrO2：0.09重量百分比。然後將粉料放入砂磨機中加入去離子水進行二次砂磨，砂磨時間為3小時，粉料粒度控制在1~1.18微米。
4.噴霧造粒和成型：在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡劑正辛醇，然後在噴霧塔中進行噴霧造粒成50~200微米的顆粒；然後成型具有一定形狀的坯件。
5.燒結：在一定的氧氣和氮氣的比例下，在1350攝氏度的溫度條件下燒結，燒結時的氧分壓為9％，然後在一定的氧氣和氮氣的比例下冷卻到室溫。
將燒結好的樣品用SY-8258BH分析儀進行測試，具體性能見表3：
類別 | 單位 | 測試條件 | 數值 | 測試溫度 |
|---|---|---|---|---|
功耗（Pcv） | 千瓦/立方米 | 100千赫茲，200毫特斯拉 | 586 | 25攝氏度 |
260 | 90攝氏度 | |||
276 | 100攝氏度 | |||
飽和磁通密度（Bs） | 毫特斯拉 | 1000安培/米，50赫茲 | 532 | 25攝氏度 |
421 | 100攝氏度 | |||
剩磁（Br） | 毫特斯拉 | 1000安培/米，50赫茲 | 128 | 25攝氏度 |
41 | 100攝氏度 | |||
居里溫度（Tc） | 攝氏度 | 10千赫茲，＜0.25毫特斯拉 | 244 | - |
密度 | 千克/立方米 | - | 4.9×10 | 25攝氏度 |
從表3中可以看出，在100千赫茲，200毫特斯拉條件下90攝氏度時，材料的損耗是258千瓦/立方米，在1000安培/米，50赫茲條件下25攝氏度的Bs是532毫特斯拉，100攝氏度的Bs是421毫特斯拉。因此該材料能很好的滿足80攝氏度~100攝氏度下工作的器件對材料的要求：特別適合製作筆記本電腦的充電器。
- 實施例4
1.配料：稱取Fe2O3：52.6摩爾百分比；MnO：37摩爾百分比；ZnO：10.4摩爾百分比三種原料，然後在砂磨機中進行混合和破碎，加入一定量的去離子水，砂磨70分鐘，進行循環混合10分鐘後，進行噴霧造粒。
2.預燒：將噴霧料放入預燒爐內，在920攝氏度下進行預燒，總的預燒時間是6小時。
3.二次砂磨：在預燒料中加入以下輔助成分：CaCO3：0.03重量百分比，SnO2：0.03重量百分比，Nb2O5：0.03重量百分比，Co2O3：0.025重量百分比，ZrO2：0.02重量百分比。然後將粉料放入砂磨機中進行二次砂磨，要求加入一定量的去離子水，砂磨時間為2小時，粉料粒度控制在1~1.18微米。
4.噴霧造粒和成型：在二次砂磨料中加入一定比例的PVA和消泡劑，然後在噴霧塔中進行噴霧造粒成50~200微米的顆粒；然後成型具有一定形狀的坯件。
5.燒結：在一定的氧氣和氮氣的比例下，在1260攝氏度~1350攝氏度的範圍下燒結，燒結時氧分壓為1~10％，然後在一定的氧氣和氮氣的比例下冷卻到室溫。
將燒結好的樣品用SY-8258BH分析儀進行測試，具體性能見表4：
類別 | 單位 | 測試條件 | 數值 | 測試溫度 |
|---|---|---|---|---|
功耗（Pcv） | 千瓦/立方米 | 100千赫茲，200毫特斯拉 | 587 | 25攝氏度 |
259 | 90攝氏度 | |||
274 | 100攝氏度 | |||
飽和磁通密度（Bs） | 毫特斯拉 | 1000安培/米，50赫茲 | 534 | 25攝氏度 |
421 | 100攝氏度 | |||
剩磁（Br） | 毫特斯拉 | 1000安培/米，50赫茲 | 142 | 25攝氏度 |
37 | 100攝氏度 | |||
居里溫度（Tc） | 攝氏度 | 10千赫茲，＜0.25毫特斯拉 | 244 | - |
密度 | 千克/立方米 | - | 4.9×10 | 25攝氏度 |
從表4中可以看出，在100千赫茲，200毫特斯拉條件下90攝氏度時，材料的損耗是259千瓦/立方米，在1000安培/米，50赫茲條件下25攝氏度的Bs是534毫特斯拉，100攝氏度的Bs是421毫特斯拉。因此該材料能很好的滿足80攝氏度~100攝氏度下工作的器件對材料的要求。特別適合製作筆記本電腦的充電器。
專利榮譽
2021年6月24日，《一種高飽和磁通密度低損耗MnZn功率鐵氧體及其製備方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
