專利名稱：：一種低溫?zé)Y(jié)高性能軟磁鐵氧體材料及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種低溫?zé)Y(jié)高性能MnZn低功耗功率鐵氧體材料及制造方法。
背景技術(shù)：
：隨著世界電子市場的飛速發(fā)展，鐵氧體材料由于具有特殊的電磁性能，例如電阻率高，高頻特性優(yōu)良等，由鐵氧體磁芯制成的各種電子元器件，包括高頻磁芯電子器件，如偏轉(zhuǎn)線圈、回掃變壓器、普通變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器、抗電磁干擾變壓器、電感器以及扼流圈等，這些元器件通常作為系統(tǒng)或設(shè)備的工作與控制核心，被廣泛應(yīng)用在電腦、手機(jī)、通信、辦公自動化、遠(yuǎn)程監(jiān)控、視聽設(shè)備、家用電器、電磁兼容、綠色照明以及電子信息技術(shù)(IT)中。軟磁鐵氧體已成為現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)、各種通訊產(chǎn)業(yè)、消費類電子產(chǎn)業(yè)、汽車電子(如電子導(dǎo)航、視聽及各種控制系統(tǒng)、汽車充電器以及各種DC-DC轉(zhuǎn)換器等)、航空航天電子以及軍事應(yīng)用領(lǐng)域一種不可替代的基礎(chǔ)功能材料。其中，由于軟磁鐵氧體材料在高頻下具有特殊的電磁性能，可以用作微波吸收材料，從而使雷達(dá)搜索不到目標(biāo)，例如隱形戰(zhàn)斗機(jī)及轟炸機(jī)就大量使用這種軟磁鐵氧體材料。此外，一種新型雷達(dá)，相陣控雷達(dá)也大量使用高頻軟磁鐵氧體。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)飛躍發(fā)展，特別是近年來移動通信、光纖通信、電磁兼容、電腦、平板顯示器(LCD、PDP)，數(shù)字電視、汽車電子、新型節(jié)能照明燈具、抗電磁干擾應(yīng)用等領(lǐng)域快速發(fā)展，給軟磁鐵氧體的應(yīng)用開辟了更大市場的同時，對軟磁鐵氧體也提出了更高的要求。需要說明的是，在所有這些領(lǐng)域中用量最大的是MnZn鐵氧體材料及磁芯，約占所有軟磁鐵氧體用量的75%左右。而MnZn鐵氧體材料及磁芯中，尤以MnZn功率鐵氧體材料及磁芯為主，約占85%左右。MnZn功率鐵氧體磁芯應(yīng)用市場十分廣闊。據(jù)國外專家對全球軟磁鐵氧體生產(chǎn)總量的統(tǒng)計和預(yù)測1995年全球總產(chǎn)量為21萬噸，2000年達(dá)到30萬噸，至2005年已增加到45萬噸，估計到2010年將達(dá)到80萬噸，其中MnZn功率鐵氧體占總量的6070%。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，各軟磁鐵氧體應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ湫枨罅恳悦磕?020%的幅度增長。我國軟磁鐵氧體的產(chǎn)量也已從1995年的3萬噸增加到2008年的35萬噸以上，已占世界總量的50%以上。但是，由于MnZn鐵氧體需要在高溫下燒結(jié)，通常燒結(jié)溫度在1330140(TC，保溫時間在48小時，燒結(jié)周期長達(dá)2636小時，同時還需要在N2氣保護(hù)下燒結(jié)，這就需要消耗大量的電能和N2氣。因此，MnZn鐵氧體屬于高能耗的產(chǎn)業(yè)。本發(fā)明通過向MnZn鐵氧體中添加適量的偏硼酸鋅，從而使燒結(jié)溫度大幅度下降，能夠在115(TC左右燒結(jié)，保溫時間只需3小時左右，獲得了性能優(yōu)良的低功耗功率鐵氧體。與傳統(tǒng)鐵氧體制造方法相比，燒結(jié)溫度降低20(TC左右，新發(fā)明的方法大大節(jié)省了能源，從而大幅度降低了生產(chǎn)制造成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種低溫?zé)Y(jié)高性能低功耗MnZn功率鐵氧體材料制造方法。MnZn鐵氧體材料可達(dá)到如下指標(biāo)常溫下起始磁導(dǎo)率U,"2500、飽和磁感應(yīng)強度Bs》530mT、在lOOKHz，200mT,IO(TC條件下功耗小于300mW/cm3的性能優(yōu)良的低功耗錳鋅功率鐵氧體材料。低溫?zé)Y(jié)高性能低功耗MnZn功率鐵氧體材料，該鐵氧體的主成分包括氧化鐵、氧化鋅和氧化錳及輔助成分，其特征在于所述主成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計的含量為Fe203:49.5mol%56.5mol%，ZnO:6.5mol%16mol%，MnO:29.5mol%41mol%;所述輔助成分除通常所需的氧化鈣、二氧化硅外，還包括偏硼酸鋅，其添加總量為主成分總量的0.010.25wt%。所添加有關(guān)輔助成分的添加范圍為氧化鈣0.0080.18wt%、二氧化硅0.0050.025wt%、偏硼酸鋅0.0050.045wt%。該材料在1150土5(TC左右燒結(jié)而成，與傳統(tǒng)MnZn鐵氧體燒結(jié)溫度相比，降低200'C左右，采用這種方法大大節(jié)省能源，從而大幅度降低了生產(chǎn)制造成本。低溫?zé)Y(jié)高性能MnZn功率鐵氧體材料制造方法，其特征是按以下配方Fe203:53.1mol%,ZnO:11.2mol%，MnO:35.7mol%(原料形態(tài)為Mn304)稱取原材料；投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，控制平均粒徑0.5士0.1um，一次噴霧造粒后，在850士3(TC溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒；隨后預(yù)燒料投入砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，砂磨過程中相對所述主成分含量，加入添加劑CaO:0.045wt%、Si02:0.008wt%、偏硼酸鋅0.0050.045wt%;并另加入純水30-55wt%，控制砂磨的平均粒徑為1.0±0.2um;最后進(jìn)行二次噴霧得到MnZn鐵氧體顆粒料粉；取該顆粒料成型壓制成坯放入真空爐、鐘罩爐或N2氣保護(hù)推板窯內(nèi)，在氧分壓小于3%的平衡氣氛中，在1150士50'C溫度下燒結(jié)2-5小時；當(dāng)然燒結(jié)時間也可以更長，如長至5-10小時。所述鐵氧體預(yù)燒料同輔助成分一道加入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中進(jìn)行砂磨，得到平均粒徑為1.0土0.2ym的鐵氧體料漿，隨后加入10%的PVA溶液(濃度為10±3%)進(jìn)行噴霧干燥造粒，得到鐵氧體粉料；將鐵氧體粉料經(jīng)壓機(jī)壓制得到密度為3.0土0.2g/ci^的鐵氧體毛坯，將毛坯在真空燒結(jié)爐或鐘罩爐或氣氛保護(hù)推板窯內(nèi)，在氧分壓為0.54%的平衡氣氛中，尤其在1100118(TC溫度下燒結(jié)23小時。本發(fā)明首先打破傳統(tǒng)鐵氧體材料摻雜的觀念，以往大量的生產(chǎn)與實驗實踐經(jīng)驗告訴我們，要獲得高性能的MnZn功率鐵氧體材料，必須盡量減少原材料中氧化硼的含量，也從不將氧化硼作為改善鐵氧體性能的添加劑，因為氧化硼的加入往往使鐵氧體中出現(xiàn)不連續(xù)的晶粒生長，從而惡化電磁性能。本發(fā)明有益效果是通過大量實驗，找到了一種能夠有效降低MnZn功率鐵氧體材料燒結(jié)溫度并能夠明顯改善材料電磁性能的化合物，這種化合物就是偏硼酸鋅。通過大量工藝實驗，對偏硼酸鋅的添加量及與其他添加物的搭配進(jìn)行摸索。最后得出一種低溫?zé)Y(jié)高性能低功耗Mnn功率鐵氧體材料及制造方法。具體實施例方式本發(fā)明通過下述實驗，確定各輔助成分具體含量首先，在不添加其他輔助成分情況下，通過改變偏硼酸鋅的摻雜量，研究其對MnZn功率鐵氧體材料顯微結(jié)構(gòu)和電磁性能的影響。偏硼酸鋅的加入量在01wt。/。之間，實驗結(jié)果表明，當(dāng)加入量為O.5wtM時，鐵氧體的致密化效果最好，但由于在鐵氧體中出現(xiàn)不連續(xù)晶粒生長，電磁性能較差。偏硼酸鋅促進(jìn)鐵氧體致密化的機(jī)理是在鐵氧體的燒結(jié)過程中，微量偏硼酸鋅的加入會促成液相燒結(jié)，液相燒結(jié)有利于提高反應(yīng)速率，促進(jìn)固相反應(yīng)的進(jìn)行，提高材料的燒結(jié)密度，降低晶界和晶粒內(nèi)的氣孔率，提高材料的電阻率，最終使材料的飽和磁感應(yīng)強度Bs提高，同時功耗有效降低。在本發(fā)明中確定的偏硼酸鋅最佳加入量為0.0050.045wt。/。較好，其中尤以0.010.03wt。/。為最好。為了獲得最佳電磁性能，研究了偏硼酸鋅與其他化合物，如CaO、V205、Nb205、Bi203、CoO、Zr02、Si02中的一種或多種化合物作為組合添加物加入鐵氧體中，對鐵氧體電磁性能的影響，從中選擇了最佳組合，并確定了這些添加物的加入量范圍。這些添加物的含量分別是氧化鈣0.0080.18wt%、二氧化硅0.0050.025wt%、偏硼酸鋅0.0050.045wt%。實施例1按以下配方Fe203:53.1mol%,ZnO:11.2mol%，MnO:35.7mol%(原料形態(tài)為Mn304)稱取原材料；投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，控制平均粒徑0.5士0.1um，一次噴霧造粒后，在850士30'C溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒。隨后預(yù)燒料投入砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，砂磨過程中相對所述主成分含量，加入純水45%、分散劑0.008%和消泡劑0.005%，并加入添加劑CaO:0.045wt%、Si02:0.008wt%、偏硼酸鋅0.025wt%?？刂粕澳サ钠骄綖?.0土0.2iim。最后進(jìn)行二次噴霧得到MnZn鐵氧體顆粒料粉。取該顆粒料成型壓制625mmX(M5mmX7.5mm、密度大約為3.0±0.2g/cn^的圓環(huán)，將鐵氧體毛坯放入鐘罩爐內(nèi)，在氧分壓為1.5%的平衡氣氛中，在1150'C溫度下燒結(jié)3小時。采用日本巖通公司生產(chǎn)的SY8232B-H測試儀測量材料的功耗和Bs,采用美國Agilent公司4284LCR阻抗分析儀測量材料的磁導(dǎo)率，產(chǎn)品相關(guān)性能列于表l中。實施例2按以下配方Fe203:53.1mol%，ZnO:11.2mol%，MnO:35.7mol%(原料形態(tài)為Mn304)稱取原材料；投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，控制平均粒徑0.5士0.1um，一次噴霧造粒后，在850士3(TC溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒。隨后預(yù)燒料投入砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，砂磨過程中相對所述主成分含量，加入純水45%、分散劑0.008%和消泡劑0.005%，并加入添加劑CaO:0.045wt%、Si02:0,008wt%、偏硼酸鋅0.03wt%?？刂粕澳サ钠骄綖長0士0.2um。最后進(jìn)行二次噴霧得到MnZn鐵氧體顆粒料粉。取該顆粒料成型壓制小25mmXct>15mmX7.5mm、密度大約為3.0±0.2g/ci^的圓環(huán)，將鐵氧體毛坯放入鐘罩爐內(nèi)，在氧分壓為1.5%的平衡氣氛中，在1150'C溫度下燒結(jié)3小時。采用日本巖通公司生產(chǎn)的SY8232B-H測試儀測量材料的功耗和Bs,采用美國Agilent公司4284LCR阻抗分析儀測量材料的磁導(dǎo)率，產(chǎn)品相關(guān)性能列于表1中。選用氧化鈣的量在0.0080.18wt。/。、和二氧化硅的量在0.0050.025wt。/。的范圍內(nèi)對鐵氧體產(chǎn)品性能影響甚小。由表1可見，本發(fā)明的鐵氧體產(chǎn)品具有優(yōu)良的電磁性能。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種低溫?zé)Y(jié)高性能MnZn功率鐵氧體材料，該鐵氧體的主成分包括Fe2O3、ZnO和MnO及輔助成分，其特征在于所述主成分以各自標(biāo)準(zhǔn)物計的含量為Fe2O349.5mol％～56.5mol％，ZnO6.5mol％～16mol％，MnO29.5mol％～41mol％；所述輔助成為氧化鈣、二氧化硅和偏硼酸鋅，其添加總量為主成分總量的0.01～0.25wt％。2、如權(quán)利要求l所述的低溫?zé)Y(jié)高性能MnZn功率鐵氧體材料，其特征在于所添加有關(guān)輔助成分的添加范圍為氧化鈣0.0080.18wt%、二氧化硅0.0050.025wt%、偏硼酸鋅0.0050.045wt%。3、如權(quán)利要求2所述的低溫?zé)Y(jié)高性能MnZn功率鐵氧體材料，其特征是氧化鈣0.0080.18wt%、二氧化硅0.0050.025wt%、偏硼酸鋅0.0050.045wt%。4、如權(quán)利要求2所述的低溫?zé)Y(jié)高性能MnZn功率鐵氧體材料，其特征是偏硼酸鋅的添加量為0.010.03wt%5、低溫?zé)Y(jié)高性能MnZn功率鐵氧體材料制造方法，其特征是按以下成分Fe203:53.1mol%，ZnO:11.2mol%，MnO:35.7mol。/。稱取原材料；投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，控制平均粒徑0.5土0.1ym，一次噴霧造粒后，在850土3(TC溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒；隨后預(yù)燒料投入砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，砂磨過程中按上述成分含量，加入添加劑氧化鈣0.0080.18wt%、二氧化硅0.0050.025wt%、偏硼酸鋅0.0050.045wt%;并加入純水，控制砂磨的平均粒徑為1.0土0.2ixm;最后進(jìn)行二次噴霧得到MnZn鐵氧體顆粒料粉；取該顆粒料成型壓制成坯放入真空爐、鐘罩爐或N2氣保護(hù)推板窯內(nèi)，在氧分壓小于3%的平衡氣氛中，在1150土5(TC溫度下燒結(jié)2-5小時。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的低溫?zé)Y(jié)高性能MnZn功率鐵氧體材料制造方法，其特征是加入純水30-55wt%進(jìn)行二次砂磨。全文摘要一種低溫?zé)Y(jié)高性能MnZn功率鐵氧體材料，主成分包括Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、ZnO和MnO及輔助成分，F(xiàn)e<sub>2</sub>O<sub>3</sub>49.5mol％～56.5mol％，ZnO6.5mol％～16mol％，MnO29.5mol％～41mol％；所述輔助成為氧化鈣、二氧化硅和偏硼酸鋅，其添加總量為主成分總量的0.01～0.25wt％。其制造方法是，按上述成分投入預(yù)先加有去離子水的砂磨機(jī)中研磨，控制平均粒徑0.5±0.1μm，一次噴霧造粒后，在850±30℃溫度下用電熱式回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒；隨后預(yù)燒料投入砂磨機(jī)進(jìn)行二次砂磨，加入添加劑氧化鈣、二氧化硅、偏硼酸鋅；進(jìn)行二次噴霧得到MnZn鐵氧體顆粒料粉；取該顆粒料成型壓制成坯在1150±50℃溫度下燒結(jié)2-5小時。文檔編號C04B35/26GK101593595SQ20091002937公開日2009年12月2日申請日期2009年4月10日優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日發(fā)明者陸明岳申請人:臨沂中瑞電子有限公司