一种应用于高频大磁场变压器上的宽温低损耗MnZn铁氧体材料

摘要

本发明涉及提供了一种解决同时具有高频、大磁场应用，宽温低损耗特性的问题的新配方，高频大磁场宽温低损耗软磁铁氧体材料，主成分为Fe2O3、MnO与ZnO，按Fe2O3、MnO与ZnO总量计算的含有53.0‑55.0mol％的Fe2O3，5.5‑7.5mol％的ZnO，余量为MnO。

权利要求

1.一种应用于高频大磁场变压器上的宽温低损耗MnZn铁氧体材料，其特征在于，高频大磁场宽温低损耗软磁铁氧体材料，主成分为Fe2O3、MnO与ZnO，按Fe2O3、MnO与ZnO总量计算的含有54.0-55.0mol%的Fe2O3，5.5mol%的ZnO，余量为MnO；相对于主成分的总重量还包含如下含量的第一副成分：Co2O3为0.3-0.5wt%和如下含量的第二副成分：CaCO3为0.08wt%，Nb2O5为0.02wt%，ZrO2为0.02wt%；

所述应用于高频大磁场变压器上的宽温低损耗MnZn铁氧体材料通过以下方法制备：（1）配料

按照配比，分别以Fe2O3、MnO、ZnO形式计算比例，称取Fe2O3、Mn3O4、ZnO三种原料，然后在砂磨机中加入去离子水进行混合和破碎，时间40分钟，循环混合10分钟后进行喷雾造粒；

（2）预烧

将喷雾料放入预烧炉中，在750℃下进行预烧，时间3个小时；

（3）二次砂磨

在预烧料中加入以下按预烧料重量百分比的辅助成分：Co2O3：0.3-0.5wt%，CaCO3:

0.08wt%， Nb2O5:0.02wt%，ZrO2:0.02wt%；然后将粉料放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，砂磨时间90分钟；

（4）喷雾造粒和成型

在二次砂磨料中加入0.08wt%的PVA，以及0.004wt%的消泡剂，然后在喷雾塔中进行喷雾造粒成50-200μm的颗粒；将颗粒成型成密度为3.10-3.20g/cm3 的H12.5*7.5*5mm 标准样环毛坯；

（5）烧结

烧结曲线：常温到最高温度，升温速度3℃/min，空气；最高温度为1160-1230℃，保温

5h，氧气浓度0.8%-1.6%；降温到900℃，降温速度为1.67℃/min，按照平衡氧气浓度设定；降温到常温，降温速度为3℃/min，氮气；

（6）测试

将烧结好的样环用CH3302测试磁导率，用日本岩崎公司的SY8218仪器进行功耗Pcv及饱和磁通密度Bs的测试。

2. 一种如权利要求1所述的应用于高频大磁场变压器上的宽温低损耗MnZn铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）配料

按照配比，分别以Fe2O3、MnO、ZnO形式计算比例，称取Fe2O3、Mn3O4、ZnO三种原料，然后在砂磨机中加入去离子水进行混合和破碎，时间40分钟，循环混合10分钟后进行喷雾造粒；

（2）预烧

将喷雾料放入预烧炉中，在750℃下进行预烧，时间3个小时；

（3）二次砂磨

在预烧料中加入以下按预烧料重量百分比的辅助成分：Co2O3：0.3-0.5wt%，CaCO3:

0.08wt%， Nb2O5:0.02wt%，ZrO2:0.02wt%；然后将粉料放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，砂磨时间90分钟；

（4）喷雾造粒和成型

在二次砂磨料中加入0.08wt%的PVA，以及0.004wt%的消泡剂，然后在喷雾塔中进行喷雾造粒成50-200μm的颗粒；将颗粒成型成密度为3.10-3.20g/cm3 的H12.5*7.5*5mm 标准样环毛坯；

（5）烧结

烧结曲线：常温到最高温度，升温速度3℃/min，空气；最高温度为1160-1230℃，保温

5h，氧气浓度0.8%-1.6%；降温到900℃，降温速度为1.67℃/min，按照平衡氧气浓度设定；降温到常温，降温速度为3℃/min，氮气；

（6）测试

将烧结好的样环用CH3302测试磁导率，用日本岩崎公司的SY8218仪器进行功耗Pcv及饱和磁通密度Bs的测试。

说明书

一种应用于高频大磁场变压器上的宽温低损耗MnZn铁氧体

材料

技术领域

[0001] 本发明涉及铁氧体材料技术领域，尤其涉及一种应用于高频(500kHz)大磁场(70mT)变压器的具有宽温低损耗特性的MnZn铁氧体材料。

背景技术

[0002] 电子设备一直在向小型化、薄型化、高效率的方向发展。变压器作为电子设备的核心器件，其小型化一直是电子行业的发展方向。根据变压器输入功率的公式：

[0003] Pin＝C*f*B*Ae*Wd……①

[0004] 其中，Pin为输入功率，C和Wd未系数，f为工作频率，B为工作磁场大小，Ae为有效磁芯截面积。

[0005] 为了降低磁芯体积，即降低Ae，需提高f*B的值，而提高工作频率f是常规的使用手段。

[0006] 根据磁芯的损耗公式：

[0007] PL＝Kh*B3*f+Ke*B2*f2+Pr……②

[0008] 其中PL是磁芯总损耗，Kh是磁滞损耗系数，Ke是涡流损耗系数，B是应用的磁场，f是应用的频率，Pr是剩余损耗，在500kHz条件下由于其值仍然较小，可以忽略不计。

[0009] 通过公式②，可以看出，如果使用频率提升，为了保持PL处于较低水平，必须同时降低B。

[0010] 根据公式①，为了小型化，需要提高B*f，根据公式②，为了维持较低的功率损耗，提高f的同时，必须降低B，两者是矛盾的关系。

[0011] 常规的功率铁氧体使用的条件一般是：f＝100kHz，B＝200mT；本发明的条件是：f＝500kHz，B＝70mT。本发明的B*f是一般条件的1.75倍，理论上，可以使磁芯体积缩小42.86％。

[0012] 常规的功率铁氧体(f＝＝100kHz，B＝200mT)功耗水平一般在250-400mW/cm3。而本发明的功率铁氧体(f＝500kHz，B＝70mT)的功耗水平在200mW/cm3以下，变压器转化效率还可以进一步提高。

发明内容

[0013] 本发明的目的在于为了解决解决同时具有高频、大磁场应用，宽温低损耗特性的问题而提供了一种应用于高频(500kHz)大磁场(70mT)变压器的具有宽温低损耗特性的MnZn铁氧体材料。

[0014] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0015] 一种应用于高频大磁场变压器上的宽温低损耗MnZn铁氧体材料，高频大磁场宽温低损耗软磁铁氧体材料，主成分为Fe2O3、MnO与ZnO，按Fe2O3、MnO与ZnO总量计算的含有53.0-55.0mol％的Fe2O3，5.5-7.5mol％的ZnO，余量为MnO。

[0016] 作为优选，相对于主成分的总重量还包含如下含量的第一副成分：Co2O3为0.3-0.5wt％。

[0017] 作为优选，相对于主成分的总重量还包含如下含量的第二副成分：CaCO3为0.06-0.1wt％，Nb2O5为0.01-0.03wt％，ZrO2为0.01-0.03wt％。

[0018] 作为优选，高频大磁场宽温低损耗软磁铁氧体材料通过以下方法制备：

[0019] (1)配料

[0020] 按照配比，分别以Fe2O3、MnO、ZnO形式计算比例，称取Fe2O3、Mn3O4、ZnO三种原料，然后在砂磨机中加入去离子水进行混合和破碎，时间40分钟，循环混合10分钟后进行喷雾造粒；

[0021] (2)预烧

[0022] 将喷雾料放入预烧炉中，在750℃下进行预烧，时间3个小时；

[0023] (3)二次砂磨

[0024] 在预烧料中加入以下按预烧料重量百分比的辅助成分：CaCO3：0.08wt％，Nb2O5：0.02wt％，ZrO2：0.02wt％；然后将粉料放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，砂磨时间
90分钟；

[0025] (4)喷雾造粒和成型

[0026] 在二次砂磨料中加入0.08wt％的PVA，以及0.004wt％的消泡剂，然后在喷雾塔中进行喷雾造粒成50-200μm的颗粒；将颗粒成型成密度为3.10-3.20g/cm3的H12.5*7.5*5mm标准样环毛坯；

[0027] (5)烧结

[0028] 烧结曲线：常温到最高温度，升温速度3℃/min，空气；最高温度为1160-1230℃，保温5h，氧气浓度0.8％-1.6％；降温到900℃，降温速度为1.67℃/min，按照平衡氧气浓度设定；降温到常温，降温速度为3℃/min，氮气；

[0029] (6)测试

[0030] 将烧结好的样环用CH3302测试磁导率，用日本岩崎公司的SY8218仪器进行功耗Pcv及饱和磁通密度Bs的测试。

[0031] 高频大磁场宽温低损耗软磁铁氧体材料具有如下性能：

[0032] μi[25℃]＝1100±25％(@1KHz，0.25mT)；

[0033] Bs[100℃]≥400mT(@50Hz，1194A/m)；

[0034] Pcv[25℃]≤120kW/m3(@500KHz，70mT)；

[0035] Pcv[100℃]≤150kW/m3(@500KHz，70mT)；

[0036] Pcv[120℃]≤180kW/m3(@500KHz，70mT)。

[0037] 本发明的有益效果是本发明提供了一种解决同时具有高频、大磁场应用，宽温低损耗特性的问题的新配方。

具体实施方式

[0038] 以下结合具体实施例，对本发明作进一步的解释：

[0039] 高频大磁场宽温低损耗软磁铁氧体材料通过以下方法制备：

[0040] (1)配料

[0041] 按照配比，分别以Fe2O3、MnO、ZnO形式计算比例，称取Fe2O3、Mn3O4、ZnO三种原料，然后在砂磨机中加入去离子水进行混合和破碎，时间40分钟，循环混合10分钟后进行喷雾造粒；

[0042] (2)预烧

[0043] 将喷雾料放入预烧炉中，在750℃下进行预烧，时间3个小时；

[0044] (3)二次砂磨

[0045] 在预烧料中加入以下按预烧料重量百分比的辅助成分：CaCO3：0.08wt％，Nb2O5：0.02wt％，ZrO2：0.02wt％；然后将粉料放入砂磨机中加入去离子水进行二次砂磨，砂磨时间90分钟；

[0046] (4)喷雾造粒和成型

[0047] 在二次砂磨料中加入0.08wt％的PVA，以及0.004wt％的消泡剂，然后在喷雾塔中进行喷雾造粒成50-200μm的颗粒；将颗粒成型成密度为3.10-3.20g/cm3的H12.5*7.5*5mm标准样环毛坯；

[0048] (5)烧结

[0049] 烧结曲线：常温到最高温度，升温速度3℃/min，空气；最高温度为1160-1230℃，保温5h，氧气浓度0.8％-1.6％；降温到900℃，降温速度为1.67℃/min，按照平衡氧气浓度设定；降温到常温，降温速度为3℃/min，氮气；

[0050] (6)测试

[0051] 将烧结好的样环用CH3302测试磁导率，用日本岩崎公司的SY8218仪器进行功耗Pcv及饱和磁通密度Bs的测试。

[0052] 实施例1

[0053] Fe2O3＝53.0mol％、ZnO＝7.5mol％、MnO＝39.5mol％、Co2O3＝0.5wt％。

[0054] 性能：

[0055] 见表1，下同

[0056] 实施例2

[0057] Fe2O3＝54.0mol％、ZnO＝6.5mol％、MnO＝39.5mol％、Co2O3＝0.4wt％。

[0058] 实施例3

[0059] Fe2O3＝55.0mol％、ZnO＝5.5mol％、MnO＝39.5mol％、Co2O3＝0.3wt％。

[0060] 对比例1

[0061] Fe2O3＝52.5mol％、ZnO＝8.0mol％、MnO＝39.5mol％、Co2O3＝0.5wt％。

[0062] 对比例2

[0063] Fe2O3＝55.5mol％、ZnO＝5.0mol％、MnO＝39.5mol％、Co2O3＝0.2wt％。

[0064] 对比例3

[0065] Fe2O3＝55.0mol％、ZnO＝5.5mol％、MnO＝39.5mol％、Co2O3＝0.2wt％。

[0066] 对比例4

[0067] Fe2O3＝53.0mol％、ZnO＝7.5mol％、MnO＝39.5mol％、Co2O3＝0.6wt％。

[0068]

[0069] 实施例及对比例说明：

[0070] 1.对比例1中，Fe2O3含量过低，ZnO含量过高，整体损耗升高，各温度段均超过标准。

[0071] 2.对比例2中，Fe2O3含量过高，25℃的损耗扔保持较低水平，但高温部分，尤其是120℃损耗超过标准。

[0072] 3.对比例3中，Co2O3含量过低，K1补偿不足，25℃和120℃的损耗无法压低，本例结果中，120℃损耗超过标准。

[0073] 4.对比例4中，Co2O3含量过高，K1补偿过量，整体损耗升高，各温度段均超过标准。