用于大功率led和llc變換器的磁性材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于大功率LED和LLC變換器的磁性材料，以Fe2O3、MnO、ZnO三種材料為主要原料，并適量摻入雜質(zhì)，主要原料的三種金屬離子的摩爾比為：Fe3+：Mn2+：Zn2+＝12.03～12.04：9.92～9.93：1；雜質(zhì)摻雜量占總質(zhì)量百分比為0.12～0.21%。雜質(zhì)為CaCO3、TiO2、MoO3、Co2O3、SiO2、Bi2O3、CuO、Nb2O5、SnO2任意一種或者組合。還公開了其制備方法。本發(fā)明提高了磁性材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bs），優(yōu)化了變換器的直流偏置特性。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種磁性材料及其制備方法，具體涉及一種用于大功率LED和LLC變 換器的磁性材料及其制備方法。 用于大功率LED和LLC變換器的磁性材料及其制備方法

【背景技術(shù)】
[0002] 大功率LED和LLC是指輸出功率大于200W的LED和LLC。
[0003] 目前用于功率變換器的材料磁導(dǎo)率一般為2300左右的低功耗磁性材料，在100°C 高溫的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bs)和磁芯損耗分別為390mT及410KW/m3。
[0004] 雖然這也能滿足一些常規(guī)的變換器要求，但是LED變換器所要求的效率非常高， 功率也比較大，因此對(duì)磁芯的飽和磁通感應(yīng)強(qiáng)度（Bs)和磁芯損耗（Pcv)要求非?？量蹋?但要更低的磁芯損耗，而且還需要更高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bs)。
[0005] 因此迫切需求發(fā)明一種適合大功率LED和LLC變換器所用的磁性材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，提供一種用于大功率LED和LLC變換器的磁性材料及其制備 方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)和不足。本發(fā)明從磁性材料的配方、制粉工藝、燒 結(jié)工藝上保證材料低損耗的要求，同時(shí)也提高了磁性材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bs)，優(yōu)化了 變換器的直流偏置特性。
[0007] 本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問(wèn)題，可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0008] 作為本發(fā)明的第一方面，一種用于大功率LED和LLC變換器的磁性材料，其特征在 于，以Fe 203、MnO、ZnO三種材料為主要原料，并適量摻入雜質(zhì)，
[0009] 其中，主要原料的三種金屬離子的摩爾比為：Fe3+:Mn2+:Zn 2+= 12. 03?12. 04: 9. 92 ?9. 93 :1 ;
[0010] 其中，雜質(zhì)摻雜量占總質(zhì)量百分比為〇. 12?0. 21%。
[0011] 進(jìn)一步，所述雜質(zhì)為 CaC03、Ti02、Mo03、C〇20 3、Si02、Bi203、CuO、Nb20 5、Sn02 任意一種 或者組合。
[0012] 為了保證低的磁芯損耗和高的飽和磁通感應(yīng)強(qiáng)度，這在一定程度上決定于Fe20 3 與MnO的比例，經(jīng)過(guò)正交實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，材料基本配方Fe203 :MnO :ZnO = 55 :41 :4。
[0013] 為獲得理想的電磁性能，還必須加入改性雜質(zhì)。根據(jù)各種雜質(zhì)的熔點(diǎn)、離子半徑等 參數(shù)，從 CaC03、Ti02、M〇03、C〇20 3、Si02、Bi203、CuO、Nb20 5、Sn02 等雜質(zhì)中，優(yōu)選出了一種雜質(zhì) 組合，對(duì)提高材料的電磁性能起到了非常重要的作用。
[0014] 作為本發(fā)明的第二方面，一種用于大功率LED和LLC變換器的磁性材料的制備方 法，其特征在于，包括以下步驟：
[0015] 步驟1、第一混合物的制備：將Fe203 :Μη0 :Ζη0三種原料按照Fe3+ :Mn2+ :Zn2+摩爾比 為12. 03?12. 04 :9. 92?9. 93 :1的比例混合成第一混合物；
[0016] 步驟2、第一次制粉：將所得第一混合物粉碎、研磨、混合均勻后，進(jìn)行850?950°C 預(yù)燒；
[0017] 步驟3、第二混合物的制備：摻入雜質(zhì)，加入占總質(zhì)量百分比為0. 12?0. 21%的 CaC03、Ti02、M〇03、C〇20 3、Si02、Bi203、CuO、Nb20 5、Sn02 任意一種或者組合作為雜質(zhì)，制成第二 混合物；
[0018] 步驟4、第二次制粉：將所得第二混合物粉碎、研磨、混合均勻后，進(jìn)行噴霧法干 燥、造粒；
[0019] 步驟5、成型：將顆粒壓制成磁芯毛坯；
[0020] 步驟6、燒結(jié)：將毛坯在1300°C?1350°C燒結(jié)，保溫6小時(shí)以上。
[0021] 步驟2和步驟4中，制粉過(guò)程中，重點(diǎn)保證稱量準(zhǔn)確、混料均勻和造粒尺寸的一。
[0022] 步驟2中，預(yù)燒溫度控制在900?950°C。
[0023] 步驟4中，第二次研磨所用鋼球直徑選用Φ3.0,使得最終顆粒料細(xì)小、均勻。
[0024] 步驟4中，噴霧法干燥、造粒制備的顆粒含水量為0. 3?0. 4%、顆粒粒徑為200? 300 μ m〇
[0025] 進(jìn)一步，所述顆粒粒徑優(yōu)選為230?280 μ m，在此粒徑范圍內(nèi)的顆粒不少于總顆 粒量的80%。
[0026] 進(jìn)一步，所述顆粒的松裝密度為1. 25?1. 30g/cm3。
[0027] 步驟5中，得到低的氣孔率毛坯是獲得高性能的先決條件之一，在成型過(guò)程中，成 型的壓力直接關(guān)系到坯件質(zhì)量的好壞。發(fā)明人結(jié)合顆粒料的特性(如流動(dòng)性、粒度分布）以 及壓制不同的坯件來(lái)進(jìn)行成型壓力的調(diào)節(jié)，如在步驟5壓制磁芯毛坯時(shí)，所述成型的壓力 為 15t/cm2。
[0028] 進(jìn)一步，添加硬脂酸鋅，磁芯毛坯的氣孔率為1. 2%。
[0029] 步驟6中，所述燒結(jié)是在鐘罩爐內(nèi)燒結(jié)。
[0030] 燒結(jié)過(guò)程對(duì)鐵氧體的性能具有決定意義，影響到固相反應(yīng)的程度及最后的相組 成、密度、晶粒大小等。為提高生產(chǎn)效率，一般鐵氧體磁芯燒結(jié)都是用氮?dú)獗Ｗo(hù)隧道窯，對(duì)于 此種材料，為保證磁芯燒結(jié)的一致性，減小磁芯內(nèi)部應(yīng)力。發(fā)明人用鐘罩爐替代氮?dú)馑淼辣?護(hù)窯燒結(jié)，同時(shí)燒結(jié)溫度控制在1320°c左右，保溫6小時(shí)以上。
[0031] 本發(fā)明的有益效果：
[0032] 1、本發(fā)明的磁性材料的初始磁導(dǎo)率達(dá)到2500±25%，同類產(chǎn)品為2300±30%。
[0033] 2、本發(fā)明的磁性材料的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度（Br)為60mT，同類產(chǎn)品為55mT。
[0034] 3、本發(fā)明的磁性材料在高溫（100°C)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bs)為410mT，同類產(chǎn)品為 390mT。
[0035] 4、本發(fā)明的磁性材料的磁芯損耗在100°C，100kHz、200mT測(cè)試條件250KW/m 3,同類 產(chǎn)品為410KW/m3。
[0036] 5、居里溫度大于220°C。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為本發(fā)明的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度-溫度曲線圖。
[0038] 圖2為本發(fā)明lkhz下的磁導(dǎo)率-溫度曲線圖。
[0039] 圖3為本發(fā)明25°C的磁導(dǎo)率-μ i頻率的曲線圖。
[0040] 圖4為本發(fā)明的磁感應(yīng)強(qiáng)度-磁場(chǎng)強(qiáng)度曲線圖。
[0041] 圖5為本發(fā)明的功耗-溫度曲線圖。
[0042] 圖6為本發(fā)明在100°C下功耗-磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線圖。
[0043] 圖7為本發(fā)明在120°C下功耗-磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044] 以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)步說(shuō)明。應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā) 明而非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0045] 實(shí)施例
[0046] 如圖1?圖7所示，一種用于大功率LED和LLC變換器的磁性材料及其制備方法， 包括：
[0047] 步驟1、第一混合物的制備：將Fe203 :MnO :ZnO三種原料按照Fe3+ :Mn2+ :Zn2+摩爾比 為12. 03?12. 04 :9. 92?9. 93 :1的比例混合成第一混合物。
[0048] 按照主要原料配方按照摩爾百分比為：
[0049] Fe203 :MnO :ZnO = 55mol% :41mol% :4mol%。
[0050] 步驟2、第一次制粉：將所得第一混合物粉碎、研磨、混合均勻后，進(jìn)行900°C預(yù)燒。 制粉過(guò)程中，重點(diǎn)保證稱量準(zhǔn)確、混料均勻和造粒尺寸的一。
[0051] 步驟3、第二混合物的制備：摻入雜質(zhì)，加入占總質(zhì)量百分比為0. 12?0. 21%的 CaC03、Ti02、M〇03、C〇20 3、Si02、Bi203、CuO、Nb20 5、Sn02 任意一種或者組合作為雜質(zhì)，制成第二 混合物；
[0052] 步驟4、第二次制粉：將所得第二混合物粉碎、研磨、混合均勻后，進(jìn)行噴霧法干 燥、造粒；制粉過(guò)程中，重點(diǎn)保證稱量準(zhǔn)確、混料均勻和造粒尺寸的一。
[0053] 第二次研磨所用鋼球直徑選用Φ3. 0,使得最終顆粒料細(xì)小、均勻。
[0054] 步驟4中，噴霧法干燥、造粒制備的顆粒含水量為0. 3?0. 4%、顆粒粒徑為200? 300 μ m。在本實(shí)施例中，呈正態(tài)分布，在此粒徑范圍內(nèi)的顆粒不少于總顆粒量的80%的顆粒 粒徑優(yōu)選為230?280 μ m。顆粒的松裝密度為1. 25g/cm3。
[0055] 步驟5、成型：將顆粒壓制成磁芯毛坯。成型的壓力為15t/cm2,并加入0· 05%的硬 脂酸鋅，磁芯毛坯的氣孔率只有1. 2%。
[0056] 步驟6、燒結(jié)：將毛坯在鐘罩爐內(nèi)1300°C?1350°C燒結(jié)，保溫6小時(shí)以上。
[0057] 本發(fā)明的磁性材料的性能。圖1為本發(fā)明的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度-溫度曲線圖。如圖 1所示，在磁場(chǎng)強(qiáng)度Η為1194 (A/m)時(shí)，居里溫度大于220°C。
[0058] 本發(fā)明的磁性材料的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度（Br)為60mT，同類產(chǎn)品為55mT。
[0059] 本發(fā)明的磁性材料在高溫（100°C)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bs)為410mT，同類產(chǎn)品為 390mT〇
[0060] 圖2為本發(fā)明lkhz下的磁導(dǎo)率-溫度曲線圖。如圖2所示，初始磁導(dǎo)率達(dá)到 2500±25%，同類產(chǎn)品為 2300±30%。
[0061] 圖3為本發(fā)明25°C的磁導(dǎo)率-μ i頻率的曲線圖。
[0062] 圖4為本發(fā)明的磁感應(yīng)強(qiáng)度B (mT)-磁場(chǎng)強(qiáng)度H (A/m)曲線圖。
[0063] 圖5為本發(fā)明的功耗-溫度曲線圖。如圖5所示，本發(fā)明的磁性材料的磁芯損耗 在 100°C，100kHz、200mT 測(cè)試條件 250KW/m3,同類產(chǎn)品為 410KW/m3。
[0064] 圖6為本發(fā)明在100°C下功耗-磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線圖。圖7為本發(fā)明在120°C下功 耗-磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線圖。
[〇〇65] 以上對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不以此為限，只要不脫離 本發(fā)明的宗旨，本發(fā)明還可以有各種變化。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于大功率LED和LLC變換器的磁性材料，其特征在于，以Fe20 3、Mn0、Zn0三種 材料為主要原料，并適量摻入雜質(zhì)， 其中，主要原料的三種金屬離子的摩爾比為：Fe3+ :Mn2+ :Zn2+ = 12. 03?12. 04 :9. 92? 9. 93 ：1 ； 其中，雜質(zhì)摻雜量占總質(zhì)量百分比為0. 12?0. 21%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性材料，其特征在于：所述雜質(zhì)為CaC03、Ti02、M〇0 3、C〇203、 Si02、Bi20 3、CuO、Nb205、Sn02 任意一種或者組合。
3. -種如權(quán)利要求1所述的用于大功率LED和LLC變換器的磁性材料的制備方法，其 特征在于，包括以下步驟： 步驟1、第一混合物的制備：將Fe203 :MnO :ZnO三種原料按照Fe3+ :Mn2+ :Zn2+摩爾比為 12. 03?12. 04 :9. 92?9. 93 :1的比例混合成第一混合物； 步驟2、第一次制粉：將所得第一混合物粉碎、研磨、混合均勻后，進(jìn)行850?950°C預(yù) 燒； 步驟3、第二混合物的制備：摻入雜質(zhì)，加入占總質(zhì)量百分比為0. 12?0. 21%的CaC03、 Ti02、M〇03、C〇203、Si0 2、Bi203、CuO、Nb205、Sn0 2任意一種或者組合作為雜質(zhì)，制成第二混合 物； 步驟4、第二次制粉：將所得第二混合物粉碎、研磨、混合均勻后，進(jìn)行噴霧法干燥、造 粒； 步驟5、成型：將顆粒壓制成磁芯毛坯； 步驟6、燒結(jié)：將毛坯在1300°C?1350°C燒結(jié)，保溫6小時(shí)以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：步驟4中，第二次研磨所用鋼球直徑 選用Φ3.0,使得最終顆粒料細(xì)小、均勻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：步驟4中，噴霧法干燥、造粒制備的 顆粒含水量為0. 3?0. 4%、顆粒粒徑為200?300 μ m。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述顆粒粒徑為230?280 μ m，在此 粒徑范圍內(nèi)的顆粒不少于總顆粒量的80%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于：進(jìn)一步，所述顆粒的松裝密度為 1. 25 ?1. 30g/cm3。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：步驟5中，壓制磁芯毛坯時(shí)，所述成 型的壓力為15t/cm2。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于：進(jìn)一步，添加硬脂酸鋅，磁芯毛坯的 氣孔率為1. 2%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：步驟6中，所述燒結(jié)是在鐘罩爐內(nèi) 燒結(jié)。
【文檔編號(hào)】H01F1/36GK104064309SQ201310095653
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月22日
【發(fā)明者】楊勝麒 申請(qǐng)人:上海美星電子有限公司