MNZN宽温软磁铁氧体材料及其制备方法.pdf

本发明属软磁材料技术领域，公开了一种Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料及其制备方法。本发明的Mn-Zn宽温材料软磁铁氧体材料，其主要原料的组成及重量百分比为：Fe2O3：69～74％；Mn3O4：20～25％；ZnO：6～10％；Fe2O3、Mn3O4和ZnO之和为100％。本发明的软磁铁氧体材料制作成本低，简便易行，具有较小的功耗、更小的发热量、较高的初始导磁率，性能优越。

1.  一种Mn-Zn宽温材料软磁铁氧体材料，其主要原料的组成及重量百分比为：
Fe₂O₃：69～74％
Mn₃O₄：20～25％
ZnO6～10％
Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO之和为100％。

2.  如权利要求1所述Mn-Zn宽温材料软磁铁氧体材料，其特征在于，所述Mn-Zn宽温材料软磁铁氧体材料经由配料、原料混合、预烧、球磨、砂磨、喷雾造粒、压型及烧结后制得，其中，砂磨时，添加辅助料与球磨后的混合料同时砂磨。

3.  如权利要求2所述Mn-Zn宽温材料软磁铁氧体材料，其特征在于，所述辅助料以Fe₂O₃、ZnO和Mn₃O₄：的总重量为基础计，包括下列组分及配比：
CaCO₃   0.02-0.04％
SiO₂    0.001-0.005％
Co₂O₃   0.01-0.05％
NiO     0.01-0.03％。

4.   如权利要求3所述Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料，其特征在于，所述辅助料还含有Nb₂O₅0.01～0.04％。

5.  如权利要求1所述Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料的制备方法，包括下列步骤：配料、原料混合、预烧、球磨、砂磨、喷雾造粒、压型及烧结，其中，烧结步骤为：升温区中致密区的温度为900～1100℃，致密区充入氮气和氧气的混合气，其中氧气的体积百分比为1～6％，高温区保温时间3～5h，降温区1200～1100℃，降温区充入氮气和氧气的混合气，其中氧气的体积百分比在0.5％以下。

6.  如权利要求5所述Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，砂磨时，以Fe₂O₃、ZnO和Mn₃O₄：的总重量为基础计，添加辅助料与球磨后的混合料同时砂磨，所述辅助料包括下列组分及配比为：
CaCO₃  0.02-0.04％
SiO₂   0.001-0.005％
Co₂O₃  0.01-0.05％
NiO    0.01-0.03％。

7.  如权利要求6所述Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述辅助料还含有Nb₂O₅ 0.01～0.04％。

8.  如权利要求5所述Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述原料混合为：采用震动球磨机混合，混合时间15～30min/车。

9.  如权利要求5所述Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述预烧为：将以上混合料投入到回转窑中进行烧结，预烧温度900～1050℃，预烧时间30-60分钟，出料量为1.5-3Kg/min。

10.  如权利要求5所述Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述球磨为：将预烧料投入到震动球磨机中进行粉碎，粉料时间为20～60min/车；所述砂磨为：将球磨后的料添加所述辅助料后进行砂磨，砂磨时间50～120min/次。

11.  如权利要求5所述Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，压型时，坯件密度控制在3.0g/cm³，并且各点密度一致。

Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料及其制备方法
技术领域
本发明属软磁材料技术领域，具体涉及Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料及其制备方法。
背景技术
当今世界软磁以Mn-Zn材料，如PC-30、PC40、PC50、PC95、西门子N47、N67、飞利浦3F3、FDK、H63B、H45C，各厂家以他们的材料特性作为基础，国内各厂家主要以PC30、PC40材料特性作为基准，只有少数厂家可大批生产。国内在软磁材料开发与生产还比较落后。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种生产成本低，高导磁率，在常温至100℃都有较低损耗的Mn-Zn铁氧体材料。
本发明公开了一种Mn-Zn宽温材料软磁铁氧体材料，其主要原料的组成及配比为：
Fe₂O₃：69～74wt％，优选70-71wt％
Mn₃O₄：20～25wt％，优选22wt％
ZnO：6～10wt％，优选7-8wt％
Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO之和为100％。
本发明的Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料，经由配料、原料混合、预烧、球磨、砂磨、喷雾造粒、压型及烧结后制得，其中，砂磨时，添加辅助料与球磨后的混合料同时砂磨。
上述辅助料选自CaCO₃、SiO₂、NbO₅、Co₂O₃、NiO中的多种。
较佳的，以Fe₂O₃、ZnO和Mn₃O₄：的总重量为基础计，辅助料含有下列组分及重量百分比为：
CaCO₃ 0.02-0.04％，优选0.02-0.03％
SiO₂ 0.001-0.005％，优选0.002-0.003％
Co₂O₃ 0.01-0.05％，优选0.02-0.03％
NiO 0.01-0.03％
较佳的，辅助料还含有Nb₂O₅ 0.01～0.04％，优选0.02-0.03％。
本发明的Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料制备方法包括下列步骤：配料、原料混合、预烧、球磨、砂磨、喷雾造粒、压型及烧结，其中，烧结步骤为：将压型后的生坯放在氮气隧道窑中烧结，升温区中致密区的温度为900～1100℃，致密区充入氮气和氧气的混合气，其中氧气的体积百分比为1～6％，高温区(1300-1400℃)保温时间3～5h，降温区1200～1100℃，降温区充入氮气和氧气的混合气，其中氧气的体积百分比在0.5％以下。
具体的，Mn-Zn宽温软磁铁氧体材料制备方法如下：
1、配料及放料：按配比称量Fe₂O₃、ZnO和Mn₃O₄并放料。
2、混合：采用震动球磨机混合，混合时间15～30min/车。该条件可以使得混合后颗粒直径控制在1～2um，目的是使原料混合均匀，以利于烧结时的固相反应。
3、预烧：将以上混合料投入到回转窑中进行烧结，预烧温度900～1050℃，预烧时间30-60分钟，控制出料量为1.5-3Kg/min。
4、球磨：将预烧料投入到震动球磨机中进行粉碎，粉料时间为20～60min/车。
5、砂磨：将球磨后的料添加前述辅助料后进行砂磨，砂磨时间50～120min/次。混合料在砂磨机中依靠钢珠与粉料颗粒、粉碎颗粒与粉碎颗粒之间的摩擦进一步降低粉碎颗粒的平均直径，缩小颗粒直径分布范围，砂磨颗粒直径为0.8～2um。
6、喷雾造粒：经过的砂磨料浆在80～120℃下通过喷雾造粒塔造粒，得到铁氧体粉料。
7、压型：按工艺要求压制成型。
8、烧结：将生坯放入氮窑中烧结，致密区充入氮气和氧气的混合气，其中氧气的体积百分比为1～6％，3～5h保温，降温区控制氧含量在0.5％以下，得到性能优越的铁氧体磁芯。
较佳的，为进一步促进混合均匀，放料时，放料顺序可按先放2/3Fe₂O₃、再放ZnO、Mn₃O₄，再放入1/3Fe₂O₃。
较佳的，压型时，坯件密度控制在3.0g/cm³，并且各点密度一致。
本发明的制备方法中，砂磨加入辅助料的量及种类的选择对性能起到重要作用，辅助料总量控制在0.5～1wt％范围内，选择CaCO₃、SiO₂、NbO₅、Co₂O₃、NiO的加入，改善了磁芯的微观结构，使磁致伸缩系数λs值、各向异性常数K值得到很大改善。此外，烧结过程控制整个过程氧含量的控制对特性也起到重要作用，合理的烧结条件，致密区充入的混合气体中控制氧氮含量，加入氮气使晶粒细化，高温区以氧含量控制Fe⁺²含量，及降温区氧含量合理配置，使磁芯性能得到很大改善，获得低损耗，高磁导率的材料。
按本发明制备的Mn-Zn宽温材料软磁铁氧体具有良好的特性，经有关机构测试：
初始导磁率ui＝2500～3000
功率损耗Pvc(23～100℃)＝(400～460)KW/m³
饱和磁通密度Bs(23℃)＝500Ts
Bs(100℃)＝460T
居里温度Tc＞230℃
密度p≈4.8*10³kg/m³
本发明制作成本低，简便易行，本发明的软磁铁氧体材料制成磁芯经氮气隧道窑烧结，功耗较小，常温至100℃范围内约为480KW/m³，发热量较小，初始导磁率较高，ui＝2700±25％，性能优越，制成的磁芯满足高频电源变压器，主要应用于航空、航天、通讯家电等领域的高要求。
具体实施方式
以下列举实例以进一步阐述本发明，应理解，实例并非用于限制本发明的保护范围。
原料来源：
铁红采用韩国GE铁红，性能见附表1
四氧化三锰采用上海高桥海光化工厂，性能见附表2
氧化锌采用江都市锌业化工有限公司，性能见附表3
实施例1：
称取；71wt％铁红(Fe₂O₃)、22wt％Mn₃O₄、7wt％ZnO，投入震动球磨机中震动20min，再投入回转窑，在1010℃的温度下预烧，出料量为2Kg/min，到砂磨并加入添加剂
NiO：0.0125wt％
Co₂O₃：0.0275wt％
CaCO₃：0.025wt％
SiO₂：0.0025wt％
最后在出口温度110℃下通过喷雾造粒塔造粒喷雾造粒得到Mn-Zn铁氧体粉料。取该粉料做成T-30*20*8，设定密度3.0g/cm³，放入氮气隧道窑中进行烧结，在升温区的高温区1360℃进行保温4h。致密区加入氮气与氧气的混合气，氧含量控制在5％，降温区温度控制在1200～1100℃氧含量控制在0.4％以下。用阻抗分析仪，功耗测试仪进行测试，所得数据列于表4中。
实施例2：
称取；70t％Fe₂O₃、22wt％Mn₃O₄、8wt％ZnO投入震动球磨机中震动20min，再投入回转窑，在1040℃回转窑中预烧，将预烧后的料球磨20min，然后连同添加剂一起投入到砂磨机中进行砂磨，添加剂的分量如下
Nb₂O₅：0.025wt％
NiO：0.0125wt％
Co₂O₃：0.0275wt％
CaCO₃：0.02wt％
SiO₂：0.0025wt％
最后在出口温度110℃下喷雾造粒得到Mn-Zn铁氧体料粉。取该粉料做成T-30*20*8，设定密度3.0g/cm³，放入氮气隧道窑中按实施例1进行烧结，所得数据列于表4。
实施例3：
取实施例1粉料做T-30*20*8坯件放入氮气隧道窑中进行烧结，致密区加入氮气与氧气的混合气，氧含量控制在5％，高温区保温4h。降温区温度控制在1200～1100℃氧含量控制在0.7％以下。得到性能列于附表4.
实施例4：
取实施例2粉料做T-30*20*8坯件，密度3.0g/cm³，放入氮气隧道窑中进行烧结。烧结条件按实施例3条件进行烧结，测试数据列于表4中。
实施例5：
称取；70t％Fe₂O₃、22wt％Mn₃O₄、8wt％ZnO投入震动球磨机中震动20min，混合后料在回转窑中烧结，烧结温度1040℃，出料量为2Kg/min。将烧结后的料，投入到震动球磨机中球磨20min，将球磨后的料和添加剂一起投入到砂磨机中进行砂磨，添加剂的用量如下：
Nb₂O₅：0.025wt％
NiO：0.0275wt％
Co₂O₃：0.0275wt％
CaCO₃：0.02wt％
SiO₂：0.0025wt％
喷雾造粒造粒，得到Mn-Zn铁氧体粉料。取该粉料做成T-30*20*8，设定密度3.0g/cm³，放入氮气隧道窑中进行烧结，烧结条件按实施例3，获得产品。
表1：韩国GE铁红理化分析特性