锰-锌功率软磁铁氧体料粉及其制备方法 【技术领域】
本发明属软磁性材料技术领域，具体涉及一种锰-锌功率软磁铁氧体料粉及其制备方法。背景技术
国际上，日本、欧洲厂商于70年代初开发出第一代LPL(功率软磁铁氧体)，典型的牌号有H3S、FDK的H45及飞利浦的3C8，一般只用于20kHz左右的民用开关电源；70年代末80年代初，国外推出经改进的第二代LPL；80年代中后期，国外又竞相开发出高频功耗大幅降低、实用频率一般可达100-500kHz的第三代材料，如TDK的H7C4(PC40)、FDK的H63B和H45C、西门子的N47和N67、飞利浦的3F3，除制作传统的EE、EI、EC磁芯外，还有ETD、PQ、RM磁芯，这些新型磁芯只适用于频率为数百kHz的高频开关电源。
国内初具规模的软磁铁氧体生产厂家有898厂、4390厂、常熟无线电器材厂、泰兴磁性材料厂、天通电子有限公司等。其中898厂、9所、899厂开发的R2KB1、R2KDB、R2KB3达到或接近第三代LPL铁氧体材料标准，这些厂生产的LPL铁氧体材料，其功率损耗大，适应频率低。发明内容
本发明的目的在于提供一种生产成本低、功率损耗低、适应频率高的锰-铁功率软磁铁氧体料粉。
本发明提出的一种锰-铁功率软磁铁氧体料粉，由Fe2O3、Mn3O4、ZnO组成，各成份及其用量如下：
Fe2O3 58-79wt％
Mn3O4 15-30wt％
ZnO 5-15wt％
辅料 0-7wt％，
满足总量100％。
上述配方中，辅料包括分散剂、消泡剂、添加剂等，其中，分散剂可采用磷酸二辛醇。消泡剂可采用主要成份为聚醚型脂肪酸脂的复合物。添加剂为SiO2、CaCO3、V2O5、Nb2O5等之一种或任几种的混合物。根据晶体学诱导结晶法原理，诱导尖晶石相提前快速结晶，可降低固相反应所需的激活能，从而解决铁红原料平均粒径大、活性差，与其他原料接触面积小反应速度慢的问题。另外，可以较大的降低生产出的软磁铁氧体粉的功耗。
本发明提出的一种锰-铁功率软磁铁氧体料粉制备方法如下：
1、混合：按原料配比精确称取上述各种原料，采用球磨机或振动球磨机混合，混合时间为10～40分钟，混合后的粉料粒径控制在1.0-1.5μm左右，目的是使原料混合均匀，以利于预烧时固相反应完全。
2、预烧：将上述固体混合物投入回转窑进行预烧，预烧温度为700～1000℃，预烧时间为30～60分钟，控制混合物流量为2-5公斤/分钟，回转窑转速为10-20转/分种，使红色固体混合物初步发生固相反应，并使混合物由红色转变为黑色。
3、粗粉碎：将预烧得到的黑色混合物进行粗粉碎，采用振动球磨机，粉碎时间为20～50分钟，使颗粒大小、分布均匀，半径更小。
4、砂磨：将经粗粉碎的混合物进行砂磨，得到细粉碎后的黑色浆料，整个砂磨时间为30-100分钟。混合料在砂磨机中依靠钢珠与粉料颗粒、粉料颗粒与粉料颗粒之间地摩擦，进一步降低粉料颗粒的平均粒径，缩小颗粒粒径的分布范围。砂磨粒径为0.7-1.5μm。
5、喷雾：经过砂磨的料浆，在80～100℃的温度下通过喷雾造粒塔喷成表面干燥、中间湿润、具有良好流动性与分散性的椭圆颗粒。
本发明中，砂磨可采用一种湿法粉碎，利用纯水作为溶剂。按一定比例在砂磨机中投入粗粉碎的黑色粉末、添加剂、纯水和分散剂，投加比例为：黑色粉末48-68wt％，纯水30-50wt％，添加剂0-1wt％，分散剂0-1wt％，砂磨过程快结束时，再投入胶水(聚乙烯醇)和消泡剂，聚乙烯醇和消泡剂总加入量为0-1wt％。分散剂在砂磨开始时随同预烧过的黑色粉末加入，作用是防止颗粒结团，提高砂磨效率。胶水的作用为便于软磁铁氧体粉的压制成型，消泡剂的作用为消除加入胶水时产生的泡沫。
本发明提出的锰-锌功率软磁铁氧体料粉具有良好的理化性能。经有关机构按GB检测，材料性能如下：
颗粒的含水率为0.1～0.6％，
松装比为1.22～1.45g/cm3，
安息角为26°～30°。
本发明制作成本低，简便易行，利用本发明制得的铁-锰功率软磁铁氧体料粉用于制造磁芯，能使磁芯具有更小的功耗，更小的发热量，较高的工作温度，饱和磁感应强度高，性能优越。具体实施方式实施例1
称取70wt％Fe2O3，23wt％Mn3O4，7wt％ZnO，其中铁红采用国产宝钢铁红(性能参见表1)。投入振动球磨机中，混合25分钟，入回转窑，在900℃的温度下预烧，预烧30分钟。随后入振动球磨机粗粉碎30分钟，再投入砂磨机中细粉碎60分钟。砂磨过程中加入纯水35wt％，磷酸二辛醇0.2wt％、聚乙烯醇0.6wt％和消泡剂0.01wt％。并加入添加剂SiO20.003wt％、CaCO30.018wt％、V2O50.090wt％、Nb2O50.050wt％。最后喷雾造粒得到Mn-Zn铁氧体粉。
取该粉18g以6000kgf/cm2的压力成型，得到直径35.5cm、高14cm的环状成型体。在1350℃温度下保温4小时烧结成Mn-Zn铁氧体烧结体。
用SY8232测试仪测试烧结体在如表2的温度下的功耗，列于表2中。实施例2
称取67wt％Fe2O3，24wt％Mn3O4，9％ZnO，投入球磨机中混合20分钟，在950℃的温度下预烧，预烧时间为35分钟。随后入振动球磨机粗粉碎35分钟，再投入砂磨机中细粉碎50分钟。砂磨过程中需加入纯水38wt％、磷酸二辛醇0.3wt％、聚乙烯醇0.7wt％和消泡剂0.01wt％。并加入添加剂SiO20.005wt％、CaCO30.016wt％、Nb2O50.055wt％。最后喷雾造粒得到Mn-Zn铁氧体粉。
取该粉18g以6000kgf/cm2的压力成型，得到直径35.5cm、高14cm的环状成型体。按与实施例1相同的烧结方式烧结，得到Mn-Zn铁氧体烧结体。
用SY8232测试仪测试烧结体在如表2的温度下的功耗，列于表2中。实施例3
称取68％Fe2O3，24％Mn3O4，8％ZnO，采用振动球磨机混合30分钟，在920℃的温度下预烧，预烧时间为38分钟。随后用振动球磨机粗粉碎30分钟，再投入砂磨机中细粉碎55分钟。砂磨过程中需加入纯水30wt％、磷酸二辛醇0.15wt％、聚乙烯醇0.55wt％和消泡剂0.01wt％。并加入添加剂CaCO30.015wt％、V2O50.086wt％、Nb2O50.060wt％。最后喷雾造粒得到Mn-Zn铁氧体粉。
取该粉18g以6000kgf/cm2的压力成型，得到直径35.5cm、高14cm的环状成型体。按与实施例1相同的烧结方式烧结，得到Mn-Zn铁氧体烧结体。
用SY8232测试仪测试烧结体在如表2的温度下的功耗，列于表2中。实施例4
称取72wt％Fe2O3，22wt％Mn3O4，8wt％ZnO，其中铁红采用国产宝钢铁红(性能参见表1)。采用振动球磨机混合30分钟，在860℃的温度下预烧。预烧时间为40分钟，随后用振动球磨机粗粉碎35分钟，再投入砂磨机中细粉碎45分钟。砂磨过程中需加入纯水45wt％、磷酸二辛醇0.2wt％、聚乙烯醇0.6wt％和消泡剂0.01wt％。并加入添加剂SiO20.008wt％、V2O50.084wt％、Nb2O50.070wt％。最后喷雾造粒得到Mn-Zn铁氧体粉。
取该粉18g以6000kgf/cm2的压力成型，得到直径35.5cm、高14cm的环状成型体。按与实施例1相同的烧结方式烧结，得到Mn-Zn铁氧体烧结体。
用SY8232测试仪测试烧结体在如表2的温度下的功耗，列于表2中。实施例5
称取72wt％Fe2O3，23wt％Mn3O4，6％ZnO，其中铁红采用国产宝钢铁红(性能参见表1)。采用振动球磨机混合25分钟，在870℃的温度下预烧。预烧时间为32分钟，随后用振动球磨机粗粉碎40分钟，再投入砂磨机中细粉碎30分钟。砂磨过程中需加入纯水30wt％、磷酸二辛醇0.3wt％、聚乙烯醇0.65wt％和消泡剂0.01wt％。并加入添加剂SiO20.009wt％、CaCO30.012wt％、V2O50.082wt％。最后喷雾造粒得到Mn-Zn铁氧体粉。
取该粉18g以6000kgf/cm2的压力成型，得到直径35.5cm、高14cm的环状成型体。按与实施例1相同的烧结方式烧结，得到Mn-Zn铁氧体烧结体。用SY8232测试仪测试烧结体在如表2的温度下的功耗，列于表2中。
通过表2(为便于比较列入TDK公司的PC40性能)，可以看出本发明所生产的软磁铁氧体粉功耗较低，饱和磁感应强度Bs高，性能优越。特别是高温功耗明显低于国外知名厂商TDK的标准，已达到或超过第三代LPL铁氧体材料标准。另外，本发明采用宝钢低质的铁红生产高质的Mn-Zn功率铁氧体粉料，具有成本低、原材料充足的优点，并将推动国内磁性行业的发展。
表1：各厂加氧化铁红物理化学特性 厂家 品名 Fe2O3％ SiO2％ CL％ AL2O3％ BET/SSA m2/g 宝钢 BS(二级) 99.3 0.012 0.15 0.01 1.8 南韩山荷 SKM-5 99.4 0.0006 0.007 0.008 3-3.2 新日铁 TCR 99.4 0.007 0.007 0.018 4-5 川崎制铁 KH-CPW 99.3 0.008 - 0.02 4-6 日本钢管 NKK-SM 99.35 0.01 0.01 0.01 4-7 铁原 TCR-S 99.3 0.008 0.01 0.01 4-6
表2
测试条件：频率f＝100kHz；磁通密度B＝200mT 批号 初北磁 导率μi 饱和磁感应 强度Bs (H＝1194A/m) 25℃ 60℃ 80℃ 100℃ TDKPC40 2300±25％ 510 600 450 / 410 实施例1 2367 513 586 445 360 356 实施例2 2340 515 590 445 356 358 实施例3 2367 514 553 440 368 361 实施例4 2338 520 568 442 385 374 实施例5 2336 515 589 452 382 376