[发明专利]低损耗功率铁氧体及制造方法

说明书

多相铁氧体组合物包含：由MnZn铁氧体基体组成的主相；和0.01重量百分比至10重量百分比微米级夹杂物颗粒，所述微米级夹杂物颗粒包括正铁氧体RFeO3(其中R为稀土离子)、钇铁石榴石(YIG)、或其组合，其中微米级夹杂物颗粒的平均颗粒尺寸(D50)为0.1微米至5微米，以及其中微米级夹杂物颗粒的D50小于MnZn铁氧体颗粒的平均颗粒尺寸(D50)；以及任选的0.01重量百分比至5重量百分比添加剂；其中重量百分比基于多相铁氧体组合物的总重量。还公开了制造多相铁氧体组合物的方法。

背景技术

本公开一般地涉及制造用于电力应用的低损耗复合材料的方法、通过所述方法制造的低损耗复合材料、以及包含所述低损耗复合材料的制品。

数十年来一直期望用于电力应用的低损耗和小尺寸铁氧体组件。随着电力电子设备当前的快速发展，特别是宽带隙装置的应用，迫切需要用于高频应用的低损耗铁氧体材料。

已经进行了许多尝试以降低电力铁氧体材料的功率损耗密度。这些尝中的大部分涉及通过将非磁性(例如，顺磁性、反磁性或反铁磁性)绝缘材料添加到铁氧体基体中来增加电阻率。然而，使用非磁性材料的缺点是材料的磁导率和饱和磁通密度显著降低。

本领域需要用于电力应用的具有在高工作频率(50kHz至10MHz)下的低损耗、高磁导率、和高饱和的铁氧体材料，以及制造这样的铁氧体材料的成本有效且灵活的方法。

发明内容

本文公开了用于制造多相铁氧体组合物的方法，所述方法包括：将以下组合以形成铁氧体混合物：MnZn铁氧体颗粒；0.01重量百分比至10重量百分比微米级夹杂物(inclusion)颗粒，所述微米级夹杂物颗粒包括正铁氧体RFeO₃(其中R为稀土离子，优选地R为Y、Ho、Er、Gd、或Lu)，钇铁石榴石(YIG)，或其组合；以及任选的0.01重量百分比至5重量百分比添加剂，其中重量百分比基于铁氧体混合物的总重量，其中微米级夹杂物颗粒的平均颗粒尺寸(D50)为0.1微米至5微米，优选地0.15微米至2微米，或1微米至5微米，以及其中微米级夹杂物颗粒的D50小于MnZn铁氧体颗粒的平均颗粒尺寸(D50)；使包含铁氧体混合物和粘结剂溶液的浆料粒化以获得50微米至750微米，优选地100微米至500微米的颗粒体；将颗粒体压制以形成生坯；以及在0.01％至20％氧气中对生坯进行烧结以形成多相铁氧体组合物C。

还公开了多相铁氧体组合物，所述多相铁氧体组合物包含：由MnZn铁氧体基体组成的主相；和0.01重量百分比至10重量百分比微米级夹杂物颗粒，所述微米级夹杂物颗粒包括正铁氧体RFeO₃(其中R为稀土离子，优选地R为Y、Ho、Er、Gd、或Lu)、钇铁石榴石(YIG)、或其组合，其中微米级夹杂物颗粒的平均颗粒尺寸(D50)为0.1微米至5微米，优选地0.15微米至2微米或1微米至5微米，以及其中微米级夹杂物颗粒的D50小于MnZn铁氧体颗粒的平均颗粒尺寸(D50)；以及任选的0.01重量百分比至5重量百分比添加剂；其中重量百分比基于多相铁氧体组合物的总重量。

上述和其他特征通过以下详细描述例示。

具体实施方式

本发明人已开发了包含引入到MnZn铁氧体基体中的亚铁磁性电介质或弱铁磁性电介质的微米级夹杂物的多相铁氧体组合物，以及制造该多相铁氧体组合物的方法。该多相铁氧体组合物具有增加的电阻率同时保持高磁导率和饱和磁化强度。夹杂物在保持、或甚至增加多相铁氧体组合物的磁导率的同时降低功率损耗密度。该多相铁氧体组合物特别适用于在高工作频率例如50千赫兹(KHz)至10兆赫兹(MHz)下的电力应用。