[发明专利]高饱和磁通高传输能力高直流叠加的软磁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子器材及其制备，更具体地说，本发明涉及一种磁性材料及其制备方法。

背景技术

随着电子产品的多种效率指标日益提高、使用范围和工作环境日益广泛，一些变压器磁芯材料被设计工作在25-100℃的宽温范围、瞬时大电流冲击、逼仄紧凑的空间、和直流叠加的恶劣环境条件下，这就要求改善磁材使之在宽温范围具有如下优异性能：(1)具有较高的饱和磁通密度Bs，从而更能防止大电流冲击所致导磁能力和功率传输能力下降，即具有较强的高温抗饱和性能；(2)具有较大的磁通偏移量ΔB，依照功率传输能力公式Pth∝KfAeΔB，较大的磁通偏移量ΔB能确保其不降低磁材功率传输能力的前提下，减少磁路面积Ae包括减少磁芯体积和线圈匝数，从而能在各种工作环境下减少变压器体积、降低铜耗；(3)具有较高的磁通偏移量ΔB和较高饱和磁通密度Bs，因而其B-H磁化曲线更为高耸陡峭，从而确保其对叠加的直流及其磁场具有更强适应能力，即更强的抗直流叠加性能；(4)具有较高居里温度Tc能确保饱和磁通密度Bs的高值稳定，而具有较高密度ρ能确保磁材较高的机械强度和较高的饱和磁通密度Bs。

正如业界普遍所知，单纯提高磁材某种性能相对容易，但是，要同时提高磁材的几种性能并使之适应某些苛刻工作条件而稳定正常工作，则是非常难以办到的。

发明内容

为解决目前磁材所面临的上述问题，本发明提供了一种高饱和磁通高传输能力高直流叠加的软磁材料及其制备方法，其具有如下优点：制得的软磁材料具有超越传统锰锌铁氧体性能上限的较高饱和磁通密度Bs和较大磁通偏移量ΔB，因而具有较强抗饱和性能和功率传输能力；相比金属磁芯材料具有较低的功耗，特别适合在直流叠加很大、电压较低、频率不高的多种应用场合实现更稳定的电感功能。

为此，本发明的技术解决方案是一种高饱和磁通高传输能力高直流叠加的软磁材料，其包含如下含量的主成分：Fe₂O₃为58～65mol％、ZnO为11～15mol％、NiO为4～6mol％、余量为MnO；相对主成分的总重量还包含如下含量的副成分：CaO为0.01～0.04wt％，Nb₂O₅为0.02～0.05wt％，TiO₂为0.02～0.08wt％，MoO₃为0.01～0.03wt％，V₂O₅为0.02～0.06wt％。

本发明的高饱和磁通密度高直流叠加软磁材料，采用四元主成分和添加副成分相匹配，经过原料混合、预烧、喷雾造粒、成型、烧结而制成；其中的主成分配方为后续添加组合副成分奠定基础，而独特的副成分组合进而促进生坯易于烧结、晶粒更加细化，生长出更为均匀分布和细化的晶粒，且能控制晶界气孔率，生成致密均匀的微观结构，形成较高的烧结密度，从而获得更高饱和磁通密度Bs、更大磁通偏移量ΔB、更高的抗直流叠加能力、更高居里温度Tc的高性能软磁材料；因此，本发明软磁材料能够稳定有效地工作在25-100℃左右宽温、瞬时大电流冲击、逼仄紧凑的空间、和直流叠加的恶劣环境条件下，特别适合在大功率、直流叠加很大、电压较低、频率不高的多种应用场合实现更稳定的电感功能。

由后面实施例的实测数据可见，本发明软磁材料制得的磁芯及电感元件，比之传统磁芯，在叠加直流相同的情况下，其电感数值能够高出40％，直流叠加性能大幅改善；而且由公式Pth∝KfAeΔB可知，本发明磁粉在的功率传输率力要比传统磁材高出约13％-22％；而且，由实施例磁芯的电感参数组合可见，本发明软磁材料在饱和磁通密度、居里温度等参数方面，获得了全面的提升，能够使电感器件做得更小，能以更优、更稳定的磁材性能，保证整机更为稳定地运行。因此，本发明软磁材料特别适合在直流叠加很大、电压较低、频率不高的变频空调器、变频无级调速器、太阳能逆变器等诸多场合推广使用。

为了进一步优化软磁材料的组分配比，提高软磁材料的应用性能和加工性能、优化烧结工艺，促进晶粒更加细化，生长出更为均匀细化的晶粒分布，生成密度更高、微观结构致密均匀的软磁材料，本发明软磁材料还包括如下的改进：

相对主成分的总重量还包含如下含量的副成分：Ta₂O₅为0～0.025wt％，ZrO₂为0.02～0.06wt％，SiO₂为0～0.005wt％。