[发明专利]高频低损耗锰锌铁氧体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种软磁低功耗材料技术领域，尤其是涉及一种高频低损耗锰锌铁氧体及其制造方法。

背景技术

现代电子技术的发展趋势是为用户提供体积更小、更加节约能源的电子设备，为此，就需要体积更小、效率更高的开关电源。显著增加切换频率，是实现以上要求的一种可行方式，通过使用氮化镓GaN的电路，可获得所需高频。

2016年为GaN的爆发年，国际上众多大公司如EPC、TI、Navitas等都于近期推出基于GaN的功率驱动及控制芯片，随着新一代的电子开关管技术上的成熟，开关电源系统的频率也由几百kHz跃升至1MHz以上。在开关电源中，变压器占有很大一部分体积，同时也消耗了很大一部分能量。因此，降低变压器中使用的锰锌铁氧体材料的功率损耗就显得尤为重要。

为了制造高频低损耗材料，就必须对锰锌铁氧体的损耗机理进行分析和研究，并采取相应的掺杂和工艺。由文献可知，锰锌铁氧体的磁芯损耗可以分为三个主要部分：磁滞损耗P_h、涡流损耗P_e和剩余损耗P_r。这三种损耗在总损耗中各自所占的比例随着工作频率和磁通密度及温度的不同而差别很大，它们可以在一个很宽的范围内变化。在低频下，P_h占优势，因此，形成无点阵缺陷和无气孔的均匀晶粒结构以减小畴壁运动的阻力对减小P_h非常重要，同时也可以降低总损耗。在中频下，P_e所占的比例增大，要降低总损耗，可以通过增大材料电阻率的方法来抑制P_e的增大，此时可以使用CaO-SiO₂复合掺杂在晶界形成高电阻层来抑制P_e的增大，但是，晶界层会增大畴壁运动的阻力，从而使P_h增大，因此必须综合考量工艺条件对P_h和P_e的不同影响。而对磁通密度比较低或高频(＞1MHz)条件下剩余损耗P_r就会变得很重要，因此，此时只有设法降低P_r才能降低总损耗。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术的不足，提供一种高频低损耗锰锌铁氧体及其制造方法，制造过程更加节能，同时所制得的铁氧体材料晶粒结构更加细小均匀，没有异常晶粒的长大，晶界电阻率高，降低了高频涡流损耗，晶粒内部无杂相，对磁畴转动及畴壁位移的阻滞小，减小了的磁滞损耗。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高频低损耗锰锌铁氧体，包括主料、辅料、第一添加剂及第二添加剂，其中，主料包括53～59mol％的Fe₂O₃、5～10mol％的ZnO、31～42mol％的MnO，辅料包括0.1～1.5wt％的分散剂、0.5～3wt％的消泡剂、1～3wt％的粘合剂，第一添加剂包括30～80ppm的SiO₂、500～3000ppm的CaCO₃、200～2000ppm的TiO₂及50～600ppm的V₂O₅，第二添加剂为50～300ppm Nb₂O₅、80～300ppm HfO₂、50～300ppm ZrO₂及50～300ppm Ta₂O₅中的一种或几种。

一种高频低损耗锰锌铁氧体的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

按摩尔比例称取主料，于球磨机中混合处理后，在850～980℃的烧结炉内烧结，并保温1～3小时，制得预烧料；

进行二次球磨，向得到预烧料中加入辅料进行球磨处理形成粉料；

添加第一添加剂及第二添加剂，采用机械进行造粒；

在压机上将造粒后的粉料压制成型，将成型后的坯件放入到气氛烧结炉内进行二次烧结，制得高频低功耗锰锌铁氧体材料。

在其中一个实施例中，所述气氛烧结炉为微波气氛烧结炉。

综上所述，本发明高频低损耗锰锌铁氧体及其制造方法通过调整主料、辅料及添加剂的成分比例，利用微波烧结工艺获得一种在高频条件下也能够进行大功率传输的锰锌铁氧体材料，这种材料晶粒结构细小均匀，气孔少，具有高的晶界电阻率，从而使高频损耗大大降低，使变压器的高温稳定性大大提高。

具体实施方式