专利名称：一种低损耗磁芯及其烧结工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及锰锌铁氧体磁性材料制造技术，具体地，涉及一种低损耗磁芯及其烧
结工乙O
背景技术：
目前，在变压器的设计中，要求功率类材料的功率损耗Pcv要低、饱和磁感应强度 Bs要高。在实际生产中，控制这两个参数的一个关键环节就是烧结工艺，即要求烧结所得 产品的晶粒成长快，显微结构单畴晶粒要细密，控制阳离子和晶点缺陷在晶位中的整体分布。一般地，窑炉在烧结过程中，升温速度对铁氧体产品的密度、晶粒大小及均勻性有 直接关系，升温速度过快将使晶粒尺寸不均勻，内部存在较多的气孔；升温速度太慢，则烧 成的铁氧体密度低，气孔明显增大。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中磁芯烧结工艺至少存在功耗高、 功耗最低温度点(谷点)分布范围较窄与温度范围不易调整的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种低损耗磁芯及其烧结工艺，以实现功 耗低、最低温度点分布范围宽与温度范围易调整的优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种低损耗磁芯，该磁芯包括以下组 分和摩尔百分数的主料=Fe2O3 :51-54mol% ；MnO :33-38mol% ；ZnO 余量。进一步地，所述磁芯还包括以下组分和重量百分数的辅料=CaCO3 0. 02-0. 06wt% ；V2O5 0. 02-0. 04wt% ；SnO2 0. 01-0. 03wt% ；Nb2O5 0. 02-0. 06wt%。进一步地，在所述低损耗磁芯的烧结工艺中，包括在窑炉的升温阶段，当窑炉 温度达到900-1100°C时，延长保温时间0. 8-1. 2h，以其获得更加平稳的升温曲线；同 时加大氮气进入量，上、下进气点同时进氮气约8m3/h，以使该温度段的氧含量降低到约 0. 8-1. 5%，使其达到烧结磁芯晶粒的致密化。本发明各实施例的低损耗磁芯及其烧结工艺，由于该低损耗磁芯包括51-54mol% 的Fe203、33-38mol %的MnO、以及ZnO余量，且在该低损耗磁芯的烧结工艺中，在窑炉的升温 阶段，当窑炉温度达到900-1100°C时，延长保温时间，同时加大氮气进入量，以降低烧结区 的氧含量，使正常烧结的铁氧体在晶粒成长的过程中，突然致密化，控制磁晶各向异性常数 Kl t曲线及铁氧体的微观结构，将Kl的最小值调节到合适的位置，并尽量降低使其趋向 于零，使其单畴平均晶粒尺寸在3 μ m到8 μ m，降低涡流损耗，以降低总损耗；从而可以克服 现有技术中功耗高、最低温度点分布范围较窄与温度范围不易调整的缺陷，以实现功耗低、 最低温度点分布范围宽与温度范围易调整的优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明
3书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中图1为现有技术中磁芯烧结工序中窑炉工艺曲线示意图；图2为根据本发明低损耗磁芯及其烧结工序中窑炉工艺曲线示意图。结合附图，本发明实施例中附图标记如下A-氧含量曲线；B-温度曲线。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。实施例一根据本发明实施例，提供了一种低损耗磁芯及其烧结工艺。其中，该低损耗磁芯包 括以下组分和摩尔百分数的主料Fe2O3 5Imol % ；MnO :38mol% ；ZnO 余量。在上述实施例中，上述低损耗磁芯还可以包括以下组分和重量百分数的辅料CaCO3 :0. 02wt% ；V2O5 0. 04wt% ；SnO2 0. 02wt% ；Nb2O5 :0· 04wt%。进一步地，在上述实施例中，在上述低损耗磁芯的烧结工艺中，包括在窑炉的升 温阶段，当窑炉温度达到900°C时，延长保温时间0. 8h，同时加大氮气进入量约8m3/h，以降 低烧结区的氧含量，使正常烧结的铁氧体在晶粒成长的过程中，突然致密化，控制磁晶各向 异性常数Kl t曲线及铁氧体的微观结构，将Kl的最小值调节到合适的位置，并尽量降低 使其趋向于零；可以降低烧结温度，提高窑炉的使用寿命；通过对后面降温段氧含量的优 化控制，使功耗-温度曲线更加平坦，同时还可提高磁芯其它如机械强度等方面的性能。其 中，与常规窑炉工艺曲线的对比，可参见图1与图2。经验证，上述实施例所得低损耗磁芯，可以工作在几百kHz的高频，其功率损耗主 要由磁滞损耗Ph和涡流损耗Pe两部分组成；为降低Ph，材料的Bs要高，同时必须改善晶 粒大小的一致性，提高烧结产品密度，减小内应力。这里，涡流损耗Pe可用公式(1)表示Pe = Ke*r2*f2*Bm2/ P (1)在公式(1)中r为平均晶粒尺寸；P为电阻率；Ke为常数。可见，通过提高烧成品的电阻率P，同时控制磁芯的晶粒在最佳状态范围内，可以 降低产品的功耗。
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实施例二与上述实施例不同的是，在本实施例中，低损耗磁芯包括以下组分和摩尔百分数 的主料Fe2O3 :54mol% ；MnO :33mol% ；ZnO 余量。在上述实施例中，上述低损耗磁芯还可以包括以下组分和重量百分数的辅料CaCO3 :0. 06wt% ；V2O5 0. 02wt% ；SnO2 0. 01wt% ；Nb2O5 :0· 06wt%。进一步地，在上述实施例中，在上述低损耗磁芯的烧结工艺中，包括在窑炉的升 温阶段，当窑炉温度达到1000°c时，延长保温时间1. Oh,同时加大氮气进入量6m3/h。实施例三与上述实施例不同的是，在本实施例中，低损耗磁芯包括以下组分和摩尔百分数 的主料Fe2O3 :52. 5mol% ；MnO 35. 5mol% ；ZnO 余量。在上述实施例中，上述低损耗磁芯还可以包括以下组分和重量百分数的辅料CaCO3 :0. 04wt% ；V2O5 0. 03wt% ；SnO2 0. 03wt% ；Nb2O5 :0· 02wt%。进一步地，在上述实施例中，在上述低损耗磁芯的烧结工艺中，包括在窑炉的升 温阶段，当窑炉温度达到1100°c时，延长保温时间1. 2h，同时加大氮气进入量10m3/h。具体地，在上述各实施例中，通过对烧结工序的研究和大胆试验，可以发现，功率 类铁氧体在窑炉升温阶段900-1100°C左右，是晶粒生成的关键时期，而且烧结过程的升温 阶段期间要经历一次晶粒快速成长步骤；所以，在上述实施例中，可以在这个阶段采取突然降低氧含量的做法，同时，在 此步骤的温度比正常烧结升温阶段的温度曲线要平坦，有约一个小时左右的低温保温阶 段，以其对烧结的产品进行致密化，得到了细密的单畴晶粒，从而使烧结出的产品性能提 升；使得所得低损耗磁芯具有烧结功耗较低，功耗最低温度点(谷点)分布范围较宽(如 10-120°C )且易于调整的优点；该发明可应用于所有单频信号和宽窄频信号传输的功率铁氧体，引领开关电源小 型化和轻量化的潮流，适合各个电子领域，特别适合小型的SMD片式电感、功率转换变压 器、宽频及脉冲变压器等，广泛应用于LCD液晶显示器背光源、LED照明，数码相机、电磁炉、 3G网络通信等。综上所述，本发明各实施例的低损耗磁芯及其烧结工艺，由于该低损耗磁芯包括51-54mol %的Fe203、33_38mol %的MnO、以及ZnO余量，且在该低损耗磁芯的烧结工艺中，在 窑炉的升温阶段，当窑炉温度达到900-1100°C时，延长保温时间约0. 8-1. 2h，同时加大氮 气进入量约8m3/h，以降低烧结区的氧含量，使正常烧结的铁氧体在晶粒成长的过程中，突 然致密化，控制磁晶各向异性常数Kl t曲线及铁氧体的微观结构，将Kl的最小值调节到 合适的位置，并尽量降低使其趋向于零，使其单畴平均晶粒尺寸在3 μ m到8 μ m，降低涡流 损耗，以致降低总损耗；从而可以克服现有技术中功耗高、最低温度点分布范围较窄与温度 范围不易调整的缺陷，以实现功耗低、最低温度点分布范围宽与温度范围易调整的优点。
最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
一种低损耗磁芯，其特征在于，该磁芯包括以下组分和摩尔百分数的主料Fe2O351 54mol％；MnO33 38mol％；ZnO余量。
2.根据权利要求1所述的低损耗磁芯，其特征在于，所述磁芯还包括以下组分和重量 百分数的辅料CaCO3 0. 02-0. 06wt% ； V2O5 0. 02-0. 04wt% ； SnO2 0. 01-0. 03wt% ； Nb2O5 0. 02-0. 06wt%。
3.根据权利要求1或2所述的低损耗磁芯，其特征在于，在所述低损耗磁芯的烧结工艺 中，包括在窑炉的升温阶段，①当窑炉温度达到900-1100°C时，延长在该温度保温时间 0. 8-1. 2h，以其获得更加平稳的升温曲线，使烧结磁芯晶粒的在该温度段快速成长，达到细 密；②在此阶段，同时加大氮气进入量，上、下进气点同时进氮气6-10m3/h，以使该温度段的 氧含量降低到约0. 8-1. 5%，该氧含量有助于烧结磁芯晶粒的致密化。
全文摘要
本发明公开了一种低损耗磁芯及其烧结工艺，其中，该低损耗磁芯包括以下组分和摩尔百分数的主料Fe2O351-54mol％，MnO33-38mol％，ZnO余量；在该低损耗磁芯的烧结工艺中，包括在窑炉的升温阶段，当窑炉温度达到900-1100℃时，延长该温度在升温阶段的保温时间约0.8-1.2h，同时加大氮气进入量约8m3/h。本发明所述低损耗磁芯及其烧结工艺，可以克服现有技术中功耗高、功耗最低温度点(谷点)分布范围较窄、功耗最低温度点不易调整等缺陷，以实现功耗低、其最低温度点(谷点)分布范围宽与温度范围易调整的优点。
文档编号H01F41/02GK101916638SQ20101026359
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者刘洪建 申请人:江苏省晶石磁性材料与器件工程技术研究有限公司