锰锌铁氧体软磁烧结方法 【技术领域】
本发明涉及一种锰锌系铁氧体软磁烧结方法，尤其是适合制作功率变压器磁芯的功率铁氧体的烧结方法。
背景技术
锰锌铁氧体在通信、电子计算机、电视机等电子仪器设备上得到广泛应用。电子仪器设备的小型化、扁平化和高可靠性都要求铁氧体软磁具有低功耗，尤其是工作温度在60-140℃区间，要求功耗更低。P-T曲线的功耗最低点温度位置(以下简称为“最低温度”)对功率铁氧体性能至关重要，合适的最低温度可使功率铁氧体在工作温度范围内具有较低的功耗。
磁性材料制造商协会(MMPA)提供的软磁铁氧体用户指南中提到的烧结工序的典型方案见图1所示。
图1中的降温阶段，温度是连续下降的，氧含量是根据氧平衡理论连续下降的，其缺点是未考虑降温速率对氧化-还原反应时间地影响，导致调整功耗最低温度时，氧含量控制稍有不当，功耗就会恶化。
为解决上述问题，本申请人于2003年11月21日递交了一份专利申请(申请号200310108830.8)，该申请中提出了一种技术方案(简称方案1)，它主要通过在降温阶段期间再经历至少一次恒温保温的步骤，并使此步骤期间的氧含量也保持不变。
【发明内容】
本发明的目的在于解决现有公开技术的上述不足，提供一种明显改进的烧结方法(简称方案2)，使锰锌铁氧体功耗最低温度的调整较为简便，而且功耗较低。而且方案2比上述方案1更佳。
本发明通过以下技术方案实现：铁氧体材料的主成分是换算为51.5～54mol％的Fe2O3，35～39mol％的MnO和8～12mol％的ZnO(各主成份之和为100％)；副成分是换算为0.02～0.08wt％的CaO，0.03～0.06wt％的V2O5和0.01～0.04wt％的Nb2O5。
在本发明的铁氧体中，如果必要，副成份中还可包含SiO2，Ta2O5，ZrO2中的一种或几种，每种的含量为0.005～0.04wt％。
将主成分混合后预烧，加入副成分，然后粉碎，将少量粘结剂PVA加入混合物中，通过喷雾干燥器制成80～240μm的颗粒，随后，颗粒被模具压成所需形状的成品毛坯，毛坏经过一个特殊的烧结过程，可得较低功耗的成品。
该烧结过程的特征在于：其降温阶段期间再经历至少一次重新升温和保温的步骤，且此步骤期间的氧含量也同步经历上升和保持的步骤。
基于上述特征优选的是，所述降温阶段的第一次重新升温的起点温度比降温阶段前的主要恒温保温阶段的温度至少低100℃，此重升温步骤的终点温度即重升温后的保温步骤的温度比所述主要恒温保温阶段的温度至少低50℃。
本发明经过以下烧结过程：
a)以每小时50℃到300℃的加热速率，加热到900℃；
b)以每小时50℃到200℃的加热速率，加热到1250℃与1360℃之间的某个温度，然后恒温保温3到5小时；
c)以每小时50℃到150℃的冷却速率冷却到1300℃到950℃之间的某个温度，优选地为1200℃到1000℃，且至少比b)中的主要恒温保温阶段的温度低100℃，此时，再一次以每小时100℃到300℃的速率升温到1100℃至1250℃的某个温度，且至少比b)中的主要恒温保温阶段的温度低50℃，并恒温保持20到60分钟；
d)上述重升温保温步骤结束后，继续以每小时150℃到300℃的速率，冷却到1100℃；
e)1100℃以下的冷却速率为每小时50℃到300℃。
以上过程的氧含量根据平衡氧分压理论调节。
如果必要，在上述降温保温步骤后还可再经历至少一次降温保温步骤。
本发明的烧结工序中使用的窑炉可以是连续的或分批的，优选的是具有可精确控制氧含量和可快速升降温的批式炉。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：本发明在降温阶段再设置一个重升温保温步骤，有利于铁氧体在该温度点的氧化还原反应充分完成，使铁氧体成品内外的氧化度与功耗最低温度所要求的氧化度相对应，之后，以较快的速度冷却，将重升温保温阶段的氧平衡状态保持到低温。与现有技术不同，有了这个重升温保温步骤，降温过程其它步骤氧含量对功耗及其最低温度不会有大的影响，从而降低功耗，同时实现对功耗最低温度的简便调节。
【附图说明】
图1是典型的铁氧体烧结曲线的示意图。
图2是本发明实施例1的烧结曲线示意图。
图3是本发明实施例2的烧结曲线示意图。
图4是本发明实施例3的烧结曲线示意图。
图5是比较例(典型烧结方案)的烧结曲线示意图。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
【具体实施方式】
采用53.2mol％的Fe2O3、36.5mol％的MnO和10.3mol％的ZnO作为主要成分，0.04wt％的CaO、0.03wt％的V2O5和0.02wt％的Nb2O5作为副成分。将主成分混合后预烧，加入副成分，然后粉碎，将少量粘结剂PVA加入混合物中，通过喷雾干燥器制成80～240μm的颗粒，随后，颗粒被模具压制成60个环形压制品，20个一组分别按如图2、3、4所示的曲线烧结，得到外径约31mm，内径约19mm，厚约6mm的环形试样。
实施例1，按图2曲线所示的以下过程烧结：
①直到900℃的加热速率：300℃/小时；
②直到1300℃的加热速率：150℃/小时；
③在1300℃保温5小时；
④1300℃到1100℃的冷却速率：100℃/小时；
⑤再以300℃/小时的加热速率升温到1200℃，并恒温保持30分钟；
⑥1200℃到600℃的冷却速率：200℃/小时；
⑦600℃以下的冷却速率：150℃/小时；
本例中氧含量按照平衡氧分压理论调节，与现有技术不同之处在于多了重升温保温步骤5，此步骤期间的氧含量也同步经历上升和保持不变的过程。
实施例2：升降温速率和温度分布与实施例1相同，为了使功耗最低温度向低温移动，氧含量整体比实施例1低，如图3所示曲线。
实施3：升降温速率和温度分布也与实施例1相同，为了使功耗最低温度向高温移动，氧含量整体比实施例1高，如图4所示曲线。
比较例：是根据典型的烧结方案烧结，烧结过程如图5所示。
①直到900℃的加热速率：300℃/小时；
②直到1300℃的加热速率：150℃/小时；
③在1300℃保持5小时；
④1300℃到1100℃的冷却速率：100℃/小时；
⑤1100℃到600℃的冷却速率：200℃/小时；
⑥600℃以下的冷却速率：150℃/小时；
比较例各步骤的氧含量与实施例1对应温度的氧含量相同。
比较例与实施例1、2、3的主要区别在于降温至1100℃后少了一个重升温、保温步骤。
实施例1到3和比较例的环形试样性能由HP4284A和SY8232测得，数据平均值见下表： 功耗Pcv(mW/cm3) 25℃ 80℃ 90℃ 100℃ 110℃ 120℃ 比较例 649 372 330 315 364 420 实施例1 610 345 302 294 329 396 实施例2 579 324 280 299 340 410 实施例3 638 380 351 322 312 373
从表中数据可看出，本发明实施例的功耗较比较例低，最低温度的调整较简便，且调整过程中不会对最低温度位置的功耗发生不利影响。
将本发明实施例的试样性能与申请人已提出的前一专利申请(方案1)的实施例相比，功耗均有进一步的降低。