专利名称：磁性铁氧体材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁性铁氧体材料，特别是涉及作为开关电源等的磁心使用的变压器用MnZn类磁性铁氧体材料。
迄今为止，MnZn类磁性铁氧体材料主要用于通信设备、电源用变压器材料。与其他磁性铁氧体材料不同，MnZn类磁性铁氧体材料的特征是具有高饱和的磁通密度，同时其导磁率高，作为变压器使用时的功率损失小。
为了获得高效率的电源，必须开发出功率损失的绝对值低的变压器材料。然而，即使是在使用这样低功率损失的变压器材料的情况下，当其功率损失的最小值处于电源工作温度附近(通常为50～70℃)时，随着变压器材料本身温度的上升，变压器铁芯的温度也随之上升，由于变压器铁芯的发热而导致了功率损失的增加。因此，通常使用一种将功率损失的最小值设定为稍稍离开电源的工作温度而更为靠近高温侧(100℃附近)的变压器材料，以图稳定地降低功率损失。
然而，在将磁性铁氧体材料用于电源中的情况下，为了充分地发挥磁性铁氧体材料的低功率损失的磁特性，实质上希望在电源工作温度附近具有低的功率损失。因此，如上所述，在为了使低功率损失稳定化而故意将功率损失的最小值设定为稍稍离开电源的工作温度而向高温侧移动的情况下，磁性铁氧体材料的磁特性不能充分发挥。另外，为了避免象上述那样由于变压器本身的发热而导致的功率损失的增加，一般希望使功率损失的温度变化尽可能小。
与这些要求相对应，为了达到使功率损失的温度变化减小的目的，作为该技术开发的例子，可以举出特开昭61-108109号、特开平4-33755号、特开平6-290925号、特开平8-191011号、特开平9-2866号、特开平9-134815号等。
在上述的技术开发中，特别是在特开平8-191011号公报中公开了一种低功率损失而且其功率损失的温度变化小的铁氧体材料。另外，在特开平8-191011号公报中公开了一种功率损失的温度变化小的铁氧体材料，这种材料在比功率损失最小的温度还低的温度范围，也就是从60℃至20℃的宽达40℃的温度区域内，其功率损失的温度变化很小。然而，作为电源用的变压器材料，要求能在更宽的温度区域内具有小的功率损失的温度变化。
另外，在特开平9-134815号公报中公开了这样一个事实，也就是通过添加CaO和Nb2O5，可以降低功率损失和使功率损失的损失输出最低值平坦化。然而，该功率损失的降低仍不够充分，而且功率损失的温度变化也未达到十分平坦化。因此，作为变压器材料，人们强烈希望获得一种具有更低功率损失，而且在更宽温度区域内的功率损失的温度变化更小的磁性铁氧体材料。
鉴于上述的情况，本发明的目的是提供一种在更宽温度区域内的功率损失更低，而且其功率损失的温度变化更小的MnZn类磁性铁氧体材料。
为了达到上述目的，本发明的磁性铁氧体材料是一种以氧化铁、氧化锌和氧化锰为主成分的磁性铁氧体材料，其中，氧化锌的含量在换算成ZnO时在7.0～9.0mol％的范围内，氧化锰的含量在换算成MnO时在36.8～39.2mol％的范围内，余量为氧化铁，另外还含有作为副成分的氧化钴，其含量在换算成Co3O4时在2500～4500ppm的范围内，该磁性铁氧体材料在20～100℃的温度区域内的功率损失最小值在400kW/m3以下，而且在20～100℃的温度区域内的功率损失的最大值与最小值之差在150kW/m3以下。
另外，本发明的磁性铁氧体材料在20～100℃的温度区域内的功率损失的最小值在350kW/m3以下。
另外，本发明的磁性铁氧体材料在20～100℃的温度区域内的功率损失的最大值与最小值之差在50kW/m3以下。
另外，本发明的磁性铁氧体材料中的氧化铁含量在换算成Fe2O3时在53.8～54.2mol％的范围内。
本发明的磁性铁氧体材料由于作为主成分的氧化锌和氧化锰的含量以及作为副成分的氧化钴的含量均在规定的范围内，使其在20～100℃的温度区域内的功率损失非常低，也就是说，其功率损失的最小值在400kW/m3以下，而且其功率损失的最大值与最小值之差在150kW/m3以下，因此，例如在作为电源的变压器材料使用的情况下，从接通电源时(室温附近)至达到工作温度(50～70℃附近)时，变压器材料的功率损失维持在非常低的水平，因此可以将变压器材料本身的发热抑制在温度上升很少的水平，另外，即使在由于某种原因导致变压器材料的温度上升至高温区域(100℃附近)，也能维持低的功率损失，因此可以成为一种高性能的电源。而且，由于可以对功率损失达到最低值的温度进行种种选择，因此可以提高对电源工作温度进行设计的自由度。
图1示出了在实施例中的20～100℃的温度区域内的功率损失的测定结果。
下面说明本发明的实施方案。
本发明对作为MnZn类磁性铁氧体材料主成分的氧化铁、氧化锌、氧化锰的含量以及作为副成分添加的氧化钴的含量进行了研究，结果发现，当上述各成分的含量在规定的范围内时，可以使磁性铁氧体材料在20～100℃这样宽的温度区域内的功率损失显著降低，并可使温度变化变得缓和，具体地说，可使功率损失的最小值在400kW/m3以下，而且其功率损失的最大值与最小值之差在150kW/m3以下。
也就是说，在本发明的磁性铁氧体材料中的氧化锌含量在换算成ZnO时在7.0～9.0mol％的范围内，氧化锰的含量在换算成MnO时在36.8～39.2mol％的范围内，余量为氧化铁(优选是在换算成Fe2O3时在53.8～54.2mol％的范围内)，另外还含有作为副成分的氧化钴，其含量在换算成Co3O4时在2500～4500ppm，优选在3000～4500ppm的范围内。另外，在20～100℃的温度区域内的功率损失的最小值在400kW/m3以下，优选在350kW/m3以下，而且，在20～100℃的温度区域内的功率损失的最大值与最小值之差在150kW/m3以下，优选在50kW/m3以下。
此处，本发明中所说的功率损失是指在规定的温度下和在施加频率为100kHz、励磁磁通密度200mT的交流磁场的条件下测得的数值。
当作为本发明的磁性铁氧体材料主成分的氧化铁、氧化锌和氧化锰的含量处于上述各范围以外时，即使添加氧化钴也不能获得功率损失的温度变化显著地降低的效果，或者还会使功率损失的绝对值增大，因此不好。另外，当氧化钴的含量不足2500ppm时，不能获得温度变化缓和的效果，而在超过4500ppm时，会使功率损失，特别是在室温附近的功率损失显著增大。
另外，对于本发明的磁性铁氧体材料来说，为了达到降低功率损失的目的，除了添加氧化钴之外，也可以添加据化硅、氧化钙、氧化氟、氧化锆、氧化钒、氧化钽等能够获得低功率损失的微量添加物。这时，作为这些添加物的用量范围，优选是使氧化硅在换算成SiO2时为50～150ppm左右，氧化钙在换算成CaCO3时为300～1200ppm左右，氧化铌、氧化钒、氧化钽在分别换算成Nb2O5、V2O5、Ta2O5时为50～1000ppm左右，氧化锆在换算成ZrO2时为10～450ppm左右。
上述本发明的磁性铁氧体材料可以按下述方法制造，首先将一种其中所含的氧化铁、氧化锌、氧化锰、氧化钴在煅烧后的含量落入上述范围内的原料煅烧，进而将所获的煅烧粉末成形为所需的形状，然后将其烧结(1200～1400℃)。另外，氧化钴的添加时期没有限制，例如，也可以在将含有氧化铁、氧化锌、氧化锰的原料煅烧之后添加氧化钴，然后再与上述同样地进行烧结。
另外，在本发明中，不限于上述的主成分原料(氧化铁、氧化锌、氧化锰)，也可以使用含有两种以上金属的复合氧化物粉末作为主成分原料。这类复合氧化物粉末通常可以通过氧化/焙烧氯化物来制造。例如，通过氧化焙烧含有氯化铁、氯化锰和氯化锌的水溶液，可以获得含有Fe、Mn和Zn的复合氧化物粉末。通常，这种复合氧化物含有尖晶石相。但是，当氯化锌的蒸气压高时，容易发生组成的变化。因此，可以使用含有氯化铁和氯化锰的水溶液来制造含有Fe和Mn的复合氧化物粉末，再将这种粉末与氧化锌粉末或锌铁尖晶石粉末混合，将其作为主成分原料。
下面举出具体的实施例来更详细地描述本发明。
首先按照下述表1～表6所示的用量称取作为主成分的Fe2O3、MnO和ZnO，将这些成分一起加入球磨机中进行16小时的湿式混合。进而将这些混合粉末在850℃下锻烧2小时。
然后向上述的煅烧粉末中加入作为副成分的SiO2、CaCO3、Nb2O5、ZrO2、Co3O4，其加入量分别为下述表1～表6所示的配合量，将其进行湿式粉碎，获得了煅烧粉末(试料1～试料95)。
然后向所获的各个煅烧粉末中加入作为粘合剂的聚乙烯醇，聚乙烯醇的加入量按其固体成分计为0.8重量％，以1吨/cm3的压力将其加压成形为环形物体(外径24mm、内径12mm、厚度5.5mm)。然后将所获成形体置于一种控制氧气分压的N2-O2混合气的气氛中在1300℃下煅烧5小时，获得了磁性铁氧体材料(试样1～试样95)。另外，利用荧光X射线分光法测定其最终组成，测得的结果与混合时的组成相对应。
对于所获的各个环形磁性铁氧体材料，使用交流B-H分析仪(岩崎通信机(株)制IWAT SU-8232)在励磁磁通密度200 mT、频率100kHz的条件下测定其功率损失，把在20～100℃的温度区域内的功率损失的最小值、与该最小值相应的温度以及最大值与最小值之差示于下述表1～表6中。另外，作为本发明磁性铁氧体材料的试样64、65和作为比较例的试样60、61在20～100℃的温度区域内的功率损失的测定结果示于图1中。
表1
表2
带*号的试样表示本发明的磁性铁氧体材料。
表3
带*号的试样表示本发明的磁性铁氧体材料。
表4
带*号的试样表示本发明的磁性铁氧体材料。
表5
带*号的试样表示本发明的磁性铁氧体材料。
表6
带*号的试样表示本发明的磁性铁氧体材料。
如表1～表6所示，作为本发明的磁性铁氧体材料的试样32、33、43、44、49、50、54～57、62～65、69～72、76、77、81、82、87、88合有作为主成分的ZnO7.0～9.0mol％、MnO36.8～39.2％、余量为Fe2O3，并含有作为副成分的Co3O42500～4500ppm，可以确认，这些试样在20～100℃的温度区域的功率损失特别低(功率损失的最小值在400kW/m3以下，功率损失的最大值与最小值之差在150kW/m3以下)，功率损失的温度变化平坦化。
在本发明的这些磁性铁氧体材料中，试样33、43、49、50、54、55、62～65、69、71、72、81、87、88在20～100℃的温度区域的功率损失的最小值在350kW/m3以下，另外，试样32、64、65在20～100℃的温度区域的功率损失的最大值与最小值之差在50kW/m3以下，可以实现特别低的功率损失。另外，试样64、65在20～100℃的温度区域的功率损失的最小值在350kW/m3以下，而且功率损失的最大值与最小值之差在50kW/m3以下，功率损失的温度变化更为平坦化。
另外，可以确认，在本发明的磁性铁氧体材料中，作为功率损失最小的温度存在各种不同的温度。
进而，如图1所示，与作为比较的试样60、61相比，作为本发明的磁性铁氧体材料的试样64、65在20～100℃的温度区域的功率损失低，而且其温度变化小而且平坦。
权利要求
l、一种磁性铁氧体材料，它是一种以氧化铁、氧化锌和氧化锰为主成分的磁性铁氧体材料，其特征在于，氧化锌的含量在换算成ZnO时在7.0～9.0mol％的范围内，氧化锰的含量在换算成MnO时在36.8～39.2mol％的范围内，余量为氧化铁，另外还含有作为副成分的氧化钴，其含量在换算成Co3O4时在2500～4500ppm的范围内，该磁性铁氧体材料在20～100℃的温度区域内的功率损失最小值在400kW/m3以下，而且在20～100℃的温度区域内的功率损失的最大值与最小值之差在150kW/m3以下。
2.权利要求1所述的磁性铁氧体材料，其特征在于，在20～100℃的温度区域的功率损失的最小值在350kW/m3以下。
3.权利要求1所述的磁性铁氧体材料，其特征在于，在20～100℃的温度区域的功率损失的最大值与最小值之差在50kW/m3以下。
4.权利要求1所述的磁性铁氧体材料，其特征在于，其中的氧化铁含量在换算成Fe2O3时在53.8～54.2mol％的范围内。
全文摘要
一种磁性铁氧体材料,其中含有作为主成分的氧化锌在换算成ZnO时在7.0～9.0mol%的范围内,氧化锰在换算成MnO时在36.8～39.2mol%的范围内,其余为氧化铁,另外还含有作为副成分的氧化钴在换算成Co
文档编号C04B35/38GK1287985SQ0012635
公开日2001年3月21日 申请日期2000年9月8日 优先权日1999年9月9日
发明者齐田仁, 佐藤直义, 多田惠美子, 高川建弥, 安原克志, 黑田朋史, 石田茂敏 申请人:Tdk株式会社