一种宽温低功耗磁芯及其制备方法与流程

本技术涉及磁芯加工，尤其涉及一种宽温低功耗磁芯及其制备方法。

背景技术：

1、磁芯是指由各种氧化铁混合物组成的一种烧结磁性金属氧化物，现功能较为优越的磁芯多为软磁铁氧体制成，软磁铁氧体材料自1935年由荷兰菲利普实验室研发成功后，至今已有80多年历史，由于铁氧体的磁性来源于亚铁磁性，其饱和磁化强度较金属磁低，但比金属磁的电阻率ρ又高得多，故具备良好的高频特性。在弱电高频技术领域，软磁铁氧体具有独特的优点。用这类材料制作的磁芯是各种电感器、电子变压器、扼流线圈、抑制器、滤波器等的核心部件。

2、由于电子信息产业的高速发展，电子产品更新换代速度加快，产品向环保型、节能型和小型化发展。这使得电子产品的基础材料—磁性材料得到空前发展。在通讯行业、it行业、汽车行业等等的大量应用，促使高性能铁氧体产品的快速发展。

3、目前，家用电子产品逐步体积减少，并且要求节能降耗，带来的电源变压器的结构向小型化、扁平化发展，产品重量大幅度减少，成本降低。现有磁性材料由于受使用温度、磁导率、功耗等的限制，不能满足行业发展的需求。

技术实现思路

1、本技术目的在于针对当前技术的不足，提供一种宽温低功耗磁芯及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种宽温低功耗磁芯，采用如下技术方案：

3、一种宽温低功耗磁芯，包括主体成分、第一辅料和第二辅料，所述主体成分以摩尔分数计，由fe2o3、zno和mno组成，含量为fe2o3 52.3-52.9mol％，zno7.58.2mol％，其余为mno；所述第一辅料包括caco3、zro2、nb2o、co2o3、纳米sio2、纳米tio2；所述第一辅料以主体成分的总重量计，各辅料组分含量为：caco30.03-0.05wt％、zro20.002-0.005wt％、nb2o0.02-0.03wt％、co2o30.20-0.26wt％、纳米sio20.004-0.007wt％、纳米tio2 0.006-0.009wt％；所述第二辅料包括ta2o5、v2o5、bi2o3、hfo2；所述第二辅料以主体成分的总重量计，各辅料组分含量为ta2o50.03-0.05wt％、v2o50.06-0.09wt％、bi2o30.05-0.08wt％、hfo20.01-0.04wt％，所述纳米sio2的颗粒粒径为20-40纳米，所述纳米tio2的颗粒粒径为40-80纳米。

4、通过采用上述技术方案，在本技术中，主体成分fe2o3、zno和mno的作用是构成锰锌铁氧体的基础，fe2o3提供磁性，zno能够改善材料的抗饱和磁场能力，mno则能够增加材料的电阻率和比磁导率。第一辅料的作用主要是通过调控不同元素的含量来改变材料的物理性质。caco3的添加可以促进晶粒的生长和磁滞回线的变小，zro2和nb2o5能够提高材料的抗饱和磁场能力，co2o3的添加可以增加材料的抗磁场热稳定性，纳米sio2和纳米tio2的添加可以减小磁芯的磁滞回线和磁导率的损耗。第二辅料的作用是进一步改善材料的性能。ta2o5和v2o5的添加可以显著降低材料的损耗，bi2o3的添加可以提高材料的饱和磁感应强度和剩余感应强度，hfo2的添加可以提高材料的抗磁场稳定性。各组分在本技术中的协同作用是通过综合调控主体成分和辅料的种类和含量，使锰锌铁氧体磁芯具有宽温低功耗的性能。主体成分提供了锰锌铁氧体的基础性能，第一辅料通过调控晶粒生长、降低磁滞回线和磁导率的损耗等手段，进一步改善了材料的性能，第二辅料的加入能够修饰损耗和增强材料的稳定性。通过协同作用，可以实现磁芯在宽温范围内具有较低的功耗，满足了高电感量、高能量转化率和宽温使用的要求。

5、第二方面，本技术提供一种宽温低功耗磁芯的制备方法，采用如下的技术方案：一种宽温低功耗磁芯的制备方法，采用上述一种宽温低功耗磁芯的原料，包括以下步骤：

6、s21、配料和球磨：按配方量混合主成分fe2o3、zno和mno，然后在球磨机中加入水进行混合和球磨，循环球磨30-60min、烘干，然后在空气气氛下以850-900℃的温度预烧1.5-2.5h后，得到预烧料；

7、s22、二次球磨：混合第一辅料、第二辅料以及步骤s31所得预烧料，进行二次球磨以及烘干后得到球磨粉料；

8、s23、喷雾造粒和成型：将搅拌完成后的粉料，依次进行过100目筛，再转移入喷雾塔中，喷雾造粒成50-200μm的颗粒；所述颗粒成型成磁芯毛坯；

9、s24、烧结：包括以下烧结工序：将磁芯毛坯升温至第一温度1250-1350℃，第一保温时通入一定氧气，在平衡氧分压气氛下，以第一降温速率降温至第二温度300-350℃，第二保温，最后以第二降温速率降温至第三温度60-70℃，再自然冷却至室温，得到宽温低功耗磁芯。

10、通过采用上述技术方案，在本技术中的制备方法主要包括以下步骤：s21、配料和球磨：此步骤的目的是混合和球磨主体成分fe2o3、zno和mno，通过球磨的方式使粉体均匀混合，并且使晶粒变得更加细小。球磨过程中添加的去离子水有助于粉体的混合和球磨。s22、二次球磨：在此步骤中，将第一辅料、第二辅料和预烧料混合进行二次球磨，进一步增强各组分的混合均匀性，从而得到更加稳定的颗粒粒径。s23、喷雾造粒和成型：将球磨粉料进行喷雾造粒，喷雾造粒可以将粉料形成颗粒状，使其更容易进行成型。成型过程中，颗粒通过压制或注塑等方法，形成磁芯的毛坯。s24、烧结：此步骤是通过高温处理将磁芯毛坯进行致密化并形成坚固的结构。通过升温、保温和降温过程，使材料中的晶粒熔合并形成连续的结构。烧结对于改善磁芯的性能起着至关重要的作用。通过上述各步骤的协同作用，可以实现制备出具有宽温低功耗性能的磁芯。主体成分和第一辅料的配料和球磨过程中，球磨使得粉体混合均匀且晶粒细腻，从而改善了材料的物理性质。第二辅料的添加进一步修饰了材料的损耗，提高了材料的稳定性。喷雾造粒和成型过程中，形成了适合成型的颗粒并得到磁芯毛坯，为后续的烧结提供了良好的前提条件。烧结使得磁芯的晶粒熔合并形成致密的结构，从而使得磁芯具有宽温低功耗的性能。通过各步骤的协同作用，本技术中的制备方法能够实现锰锌铁氧体具有宽温低功耗的性能，并满足高电感量、高能量转化率、低功率损耗和宽温使用的要求。

11、优选的，在步骤s21中，放入球磨机的原料:磨介:水的质量比为1:6-8:1.2-1.6,所述磨介采用φ0.4-0.55mm的锆球。

12、优选的，在步骤s22中，所述二次砂磨的时间为2-3h；所述球磨粉料的粒径d50为0.8-1.0μm。

13、优选的，在步骤s23中，所述喷雾造粒的过程中加入粘结剂，所述粘结剂为聚乙烯醇、硬脂酸锌按照质量比为5:1-3的组合物。

14、优选的，所述粘结剂溶液浓度为6-8wt％，所述粘结剂为球磨粉料过筛后粉末的8-10％。

15、通过采用上述技术方案，在步骤s23中，喷雾造粒过程中加入粘结剂的作用是将粉料团聚成颗粒，帮助形成磁芯毛坯。所述粘结剂的组合物为聚乙烯醇和硬脂酸锌，可以提供足够的粘结力和可塑性，使得粉料在喷雾造粒过程中形成颗粒状，并且在后续的成型过程中保持形状。粘结剂的溶液浓度为6-8wt％，通过控制浓度，可以确保溶液具有适当的黏度和流动性，便于喷雾造粒的过程。粘结剂的添加量为球磨粉料过筛后粉末的8-10％，通过控制粘结剂的添加量，可以使粉料得到足够的粘结力，从而形成相对稳定的颗粒结构。步骤s23中的粘结剂的添加可以使粉料更容易形成颗粒，并且保持颗粒形状的稳定性，从而为后续的成型过程提供了良好的条件。粘结剂的添加还能够在喷雾造粒过程中帮助提高颗粒的密实度和强度，从而改善最终磁芯的物理性能。

16、优选的，在步骤s23中，所述成型的压力为80-150mpa，时间为30-100s。

17、优选的，在步骤s24中，所述升温的升温速率为2-3℃/min，所述第一温度的保温时间为3-6h。

18、优选的，在步骤s24中，所述第一降温速率为1.5-2℃/min，所述第二温度的保温时间为5-8h，所述第二降温速率为0.2-0.4℃/min。

19、优选的，在步骤s24中，所述平衡氧分压气氛中氧含量为1.8-2.3vol％。

20、通过采用上述技术方案，在步骤s24中，将磁芯毛坯进行烧结时，在平衡氧分压的气氛下通入一定氧气，其中氧含量为1.8-2.3vol％。这个步骤中平衡氧分压的存在和控制是非常重要的，并且与其他步骤相协同，共同实现宽温低功耗磁芯的制备。在烧结过程中，平衡氧分压的存在可以影响磁芯的磁性能和电学性能。适当的氧气含量可以控制磁芯的晶体结构和磁性能，进而影响磁芯的低功率损耗和宽温特性。具体来说，适当的氧含量有助于形成理想的磁性晶粒结构，提高磁芯的饱和磁化强度和矫顽力，从而提高磁芯的电感量和能量转化率。外，控制氧气含量还可以有效地调控磁芯的磁滞损耗，使得磁芯在各个温度范围内都能够保持较低的功率损耗。通过控制平衡氧分压气氛中的氧含量，可以在烧结过程中实现对磁芯晶粒结构和磁性能的调控，从而实现宽温低功耗磁芯的要求。

21、综上所述，本技术的有益技术效果：

22、1.控制主体成分和第一辅料的添加范围，实现了锰锌铁氧体具有宽温低功耗的性能。通过混合fe2o3、zno和mno等主要成分，可以获得具有良好宽温特性的磁芯材料。

23、2.添加第二辅料来修饰损耗，使得各个温度下都有一个较低的功率损耗。通过混合第一辅料、第二辅料和预烧料，可以调节磁芯的损耗，达到低功耗的效果。

24、3.解决在极端条件下的应用范围。该制备方法能够在极端温度条件下保持磁芯的宽温低功耗性能，使得磁芯在高温或低温环境下仍然能够正常工作，扩大了磁芯的应用范围。

25、4.满足对宽温低功耗磁芯的高电感量、高能量转化率、低功率损耗和宽温使用的要求。该制备方法得到的磁芯具有较高的电感量和能量转化率，同时具有较低的功率损耗，且在宽温范围内能够稳定工作。

技术特征：

1.一种宽温低功耗磁芯，其特征在于，包括主体成分、第一辅料和第二辅料，所述主体成分以摩尔分数计，由fe2o3、zno和mno组成，含量为fe2o352.352.9mol%，zno7.58.2mol%，其余为mno；所述第一辅料包括caco3、zro2、nb2o、co2o3、纳米sio2、纳米tio2；所述第一辅料以主体成分的总重量计，各辅料组分含量为：caco30.03-0.05wt%、zro20.0020.005wt%、nb2o0.020.03wt%、co2o30.200.26wt%、纳米sio20.004-0.007wt%、纳米 tio2 0.006-0.009wt%；所述第二辅料包括ta2o5、v2o5、bi2o3、hfo2；所述第二辅料以主体成分的总重量计，各辅料组分含量为ta2o50.03-0.05wt%、v2o50.06-0.09wt%、bi2o30.05-0.08wt%、hfo20.01-0.04wt%，所述纳米sio2的颗粒粒径为20-40纳米，所述纳米tio2的颗粒粒径为40-80纳米。

2.一种宽温低功耗磁芯的制备方法，其特征在于，采用权利要求1所述一种宽温低功耗磁芯的原料，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述一种宽温低功耗磁芯的制备方法，其特征在于，在步骤s21中，放入球磨机的原料:磨介:水的质量比为1:6-8:1.2-1.6,所述磨介采用φ0.4-0.55mm的锆球。

4.根据权利要求2所述一种宽温低功耗磁芯的制备方法，其特征在于，在步骤s22中，所述二次砂磨的时间为2-3h；所述球磨粉料的粒径d50为 0.8-1.0μm。

5.根据权利要求2所述一种宽温低功耗磁芯的制备方法，其特征在于，在步骤s23中，所述喷雾造粒的过程中加入粘结剂，所述粘结剂为聚乙烯醇、硬脂酸锌按照质量比为5:1-3的组合物。

6.根据权利要求5所述一种宽温低功耗磁芯的制备方法，其特征在于，所述粘结剂溶液浓度为6-8wt％，所述粘结剂为球磨粉料过筛后粉末的8-10％。

7.根据权利要求2所述一种宽温低功耗磁芯的制备方法，其特征在于，在步骤s23中，所述成型的压力为80-150mpa，时间为30-100s。

8.根据权利要求2所述一种宽温低功耗磁芯的制备方法，其特征在于，在步骤s24中，所述升温的升温速率为2-3℃/min，所述第一温度的保温时间为3-6h。

9.根据权利要求2所述一种宽温低功耗磁芯的制备方法，其特征在于，在步骤s24中，所述第一降温速率为1.5-2℃/min，所述第二温度的保温时间为5-8h，所述第二降温速率为0.2-0.4℃/ min。

10.根据权利要求2所述一种宽温低功耗磁芯的制备方法，其特征在于，在步骤s24中，所述平衡氧分压气氛中氧含量为1.82.3vol％。

技术总结
本申请涉及磁芯加工技术领域，尤其涉及一种宽温低功耗磁芯及其制备方法。一种宽温低功耗磁芯，包括主体成分、第一辅料和第二辅料，所述主体成分由Fe2O3、ZnO和MnO组成；所述第一辅料包括CaCO3、ZrO2、Nb2O、Co2O3、纳米SiO2、纳米TiO2；所述第二辅料包括Ta2O5、V2O5、Bi2O3、HfO2；本申请通过控制主体成分和第一辅料的添加范围，基本实现了锰锌铁氧体具有宽温、低功耗的性能，添加第二辅料来修饰损耗，使得各个温度下都有一个较低的功率损耗，能够在很大程度上解决宽温低功耗磁芯在极端条件下的应用范围，满足对宽温低功耗磁芯的高能量转化率、低功率损耗和宽温使用的要求。

技术研发人员：杨仕机,杨力帆,杨蛟,黄龙友
受保护的技术使用者：广东尚朋电磁科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5