本發(fā)明屬于軟磁領(lǐng)域，具體涉及一種高溫低損耗mnzn功率鐵氧體材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、新能源汽車近年來已經(jīng)全面普及，如今在街上隨處可見掛著綠牌的新能源汽車。新能源汽車相較于傳統(tǒng)的燃油車具有污染小更環(huán)保、噪音小更舒適、節(jié)能、電價(jià)比油價(jià)更低等優(yōu)勢(shì)；但新能源汽車也有明顯的缺點(diǎn)，比如續(xù)航里程短，容易造成續(xù)航焦慮；基礎(chǔ)設(shè)施不完善，充電難且充電慢；同時(shí)在低溫高溫等情況下，電池的續(xù)航能力受影響較大等缺點(diǎn)。針對(duì)新能源汽車的充電問題，而無線充電設(shè)備靠近地面安裝，甚至埋在地下，解決了充電樁占地的問題，大大提高了空間利用率。

2、但是，現(xiàn)用的汽車無線充電一般使用的功率都是大于20k以上。隨著充電時(shí)間的延長，充電效率降低，而引起效率降低主要是充電時(shí)器件發(fā)熱太多引起的溫度升高所致，無線充電設(shè)備里面實(shí)際溫度高于80℃，而現(xiàn)在用的無線充電磁性材料一般是常規(guī)錳鋅功率鐵氧體中的寬溫材料，材料損耗一般都是100k/200mt，損耗的最低點(diǎn)一般在40-80℃，這導(dǎo)致產(chǎn)品在充電時(shí)實(shí)際溫度在100℃左右，這會(huì)使產(chǎn)品溫升太高，在實(shí)際使用中降低效率，提高能耗。

3、因此，如何提高mnzn功率鐵氧體材料的較高溫度穩(wěn)定性和降低功率損耗，是當(dāng)下亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高溫低損耗mnzn功率鐵氧體材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明通過添加特定含量的co2o3、nio以及第一輔助成分，三者協(xié)同配合，改善了材料磁導(dǎo)率的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了材料在25-140℃寬溫范圍內(nèi)以及100-300khz寬頻范圍內(nèi)的損耗，使得mnzn功率鐵氧體材料的損耗最低點(diǎn)溫度為100℃，而且材料在330mw/cm3以下，100-140℃的溫度區(qū)間損耗上升的也少。

2、為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種高溫低損耗mnzn功率鐵氧體材料，所述高溫低損耗mnzn功率鐵氧體材料由主成分和復(fù)合輔助成分組成；

4、所述主成分包括fe2o3、mno和zno；

5、以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述復(fù)合輔助成分包括以下組分：

6、第一輔助成分：0.045-0.26％，co2o3：0.2-0.28％，nio：0.005-0.02wt％；

7、所述第一輔助成分包括caco3、nb2o5、zro2和v2o5中的至少三種。

8、本發(fā)明通過添加特定含量的co2o3、nio以及第一輔助成分，三者協(xié)同配合，改善了材料磁導(dǎo)率的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了材料在25-140℃寬溫范圍內(nèi)以及100-300khz寬頻范圍內(nèi)的損耗，使得mnzn功率鐵氧體材料的損耗最低點(diǎn)溫度為100℃，而且材料在330mw/cm3下，100-140℃的溫度區(qū)間損耗上升的也少。

9、需要說明的是，mnzn功率鐵氧體材料的損耗是由磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗組成的。為了在25-140℃寬溫條件下都有低損耗，通過添加co2o3可以生成磁晶各向異數(shù)常數(shù)k1正值很大的cofe2o4，由于co2+的磁晶各向異數(shù)常數(shù)k1值很大，比fe2+的k1值大200倍，所以mnzn功率鐵氧體材料中cofe2o4的含量大小在很大程度上決定了材料的ⅱ峰位置。此外，由于co2+不僅對(duì)磁晶各向異數(shù)常數(shù)k1有影響，如果fe2+或co2+過量的話，會(huì)導(dǎo)致高溫下磁晶各向異數(shù)常數(shù)k1值遠(yuǎn)大于零，而且隨著溫度的升高，磁晶各向異數(shù)常數(shù)k1值增大，對(duì)應(yīng)的μi-t曲線在高溫區(qū)明顯下降，出現(xiàn)較大的負(fù)溫度系數(shù)，故需要綜合利用fe2+和co2+對(duì)k1的補(bǔ)償作用，若fe2+和co2+的比例適當(dāng)，磁晶各向異數(shù)常數(shù)k1值可能有多個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)，使磁晶各向異數(shù)常數(shù)k1值在80℃-100℃-120℃時(shí)均趨近于零，使得材料損耗最低點(diǎn)在100℃。另外，nio可以有效改善溫度曲線，添加zr、nb、ca、v等元素可以有效優(yōu)化晶界，細(xì)化晶粒，改善材料的損耗系數(shù)。

10、本發(fā)明中，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，復(fù)合輔助成分中第一輔助組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.045-0.26％，例如可以是0.045％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.15％、0.2％或0.25％等，優(yōu)選為0.045-0.15％。

11、本發(fā)明中，第一輔助組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.045-0.15％的范圍內(nèi)，可以提高材料的表面電阻，降低渦流損耗。

12、本發(fā)明中，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，復(fù)合輔助成分中co2o3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2-0.28％，例如可以是0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％、0.25％、0.26％、0.27％或0.28％等，優(yōu)選為0.21-0.24％。

13、本發(fā)明中，若復(fù)合輔助成分中co2o3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過小，則磁導(dǎo)率低，材料的材料損耗谷點(diǎn)s點(diǎn)在115℃，25-120℃損耗都偏高；若復(fù)合輔助成分中co2o3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大，則材料損耗谷點(diǎn)s點(diǎn)在75℃，100-120℃損耗上升，導(dǎo)致產(chǎn)品溫升大。

14、本發(fā)明中，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述第一輔助成分中nio的含量為0.005-0.02wt％，例如可以是0.005wt％、0.01wt％、0.015wt％或0.02wt％等，優(yōu)選為0.01-0.015wt％。

15、本發(fā)明中，添加nio可以有效改善溫度曲線，若復(fù)合輔助成分中nio的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過小，則沒有改善效果；若復(fù)合輔助成分中nio的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過大，則造成磁晶各向異數(shù)常數(shù)k1增大，材料的整體損耗增大。

16、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，按摩爾百分比計(jì)，所述主成分包括：

17、fe2o3：52-53％，mno：35-37％，zno：10-12％。

18、本發(fā)明中，按摩爾百分比計(jì)，主成分中fe2o3的摩爾百分?jǐn)?shù)為52-53％，例如可以是52％、52.2％、52.4％、52.6％、52.8％或53％等。

19、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第一輔助成分包括caco3，nb2o5、zro2和v2o5。

20、優(yōu)選地，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述第一輔助成分包括：

21、caco3：0.01-0.07wt％，nb2o5：0.01-0.05wt％，zro2：0.01-0.03wt％，v2o5：0.01-0.07wt％。

22、本發(fā)明中，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述第一輔助成分中caco3的含量為0.01-0.07wt％，例如可以是0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％或0.07wt％等。

23、本發(fā)明中，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述第一輔助成分中nb2o5的含量為0.01-0.05wt％，例如可以是0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％或0.05wt％等。

24、本發(fā)明中，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述第一輔助成分中zro2的含量為0.01-0.03wt％，例如可以是0.01wt％、0.015wt％、0.02wt％、0.025wt％或0.03wt％等。

25、本發(fā)明中，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述第一輔助成分中v2o5的含量為0.01-0.07wt％，例如可以是0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％或0.07wt％等。

26、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述第一輔助成分包括：

27、caco3：0.05-0.07wt％，nb2o5：0.01-0.035wt％，zro2：0.01-0.03wt％，v2o5：0.02-0.07wt％。

28、第二方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的高溫低損耗mnzn功率鐵氧體材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

29、(1)對(duì)主成分制備原料進(jìn)行一次球磨和預(yù)燒，得到預(yù)燒料；

30、(2)將所述預(yù)燒料與按照配方量稱量的復(fù)合輔助成分混合，進(jìn)行二次球磨、造粒、成型和燒結(jié)，得到所述高溫低損耗mnzn功率鐵氧體材料。

31、本發(fā)明提供的制備方法工藝穩(wěn)定，可重復(fù)性好，成本低。

32、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，以所述主成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，步驟(1)所述一次球磨中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01-0.04％的分散劑，例如可以是0.01％、0.02％、0.03％或0.04％等。

33、本發(fā)明在一次球磨中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01-0.04％的分散劑，可以使得主成分制備原料研磨更加充分。

34、本發(fā)明對(duì)所述分散劑的種類不作限定，示例性的，例如可以是檸檬酸氨，等。

35、優(yōu)選地，所述一次球磨的方式包括濕法球磨

36、本發(fā)明對(duì)濕法球磨中原材料、去離子水與鋼球的質(zhì)量比不作具體限定，示例性的，例如可以是400:400:2500。

37、優(yōu)選地，步驟(1)所述一次球磨的時(shí)間為30-90min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min或90min等，優(yōu)選為40-80min。

38、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(1)所述預(yù)燒的溫度為850-1000℃，例如可以是850℃、900℃、950℃或1000℃等，優(yōu)選為900-950℃。

39、優(yōu)選地，步驟(1)所述預(yù)燒的時(shí)間為1-6h，例如可以是1h、3h或5h等，優(yōu)選為2-4h。

40、優(yōu)選地，所述預(yù)燒的具體步驟包括：將一次球磨后的物料置于回轉(zhuǎn)窯中預(yù)燒，控制進(jìn)料量為600-1200kg/h，例如可以是600kg/h、800kg/h、1000kg/h或1200kg/h等，預(yù)熱管轉(zhuǎn)速為10-25hz，例如可以是10hz、15hz、20hz或25hz等，高溫管轉(zhuǎn)速為10-25hz，例如可以是10hz、15hz、20hz或25hz等，冷卻管轉(zhuǎn)速為10-25hz，例如可以是10hz、15hz、20hz或25hz等。

41、本發(fā)明采用上述步驟進(jìn)行預(yù)燒，可以保證預(yù)燒的均勻性，以及產(chǎn)品收縮一致。

42、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(2)所述預(yù)燒料與按照配方量稱量的復(fù)合輔助成分混合之前，先對(duì)預(yù)燒料進(jìn)行破碎處理，使得破碎后的預(yù)燒料的粒徑d50為1.3-1.7μm，例如可以是1.4μm、1.5μm或1.6μm等。

43、本發(fā)明中，對(duì)預(yù)燒料進(jìn)行破碎，可便于二次球磨時(shí)料漿的粒度分布控制。

44、優(yōu)選地，步驟(2)所述二次球磨的方式包括濕法球磨

45、本發(fā)明對(duì)濕法球磨中原料、去離子水與鋼球的質(zhì)量比不作具體限定，示例性的，例如可以是1:0.7:6等。對(duì)鋼球的尺寸不作具體的限定，例如可以是φ3mm、φ5.0mm和φ8mm的混合，混合比例可以是40％:40％:20％等。

46、優(yōu)選地，步驟(2)所述二次球磨的時(shí)間為5-12h，例如可以是5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等，優(yōu)選為6-10h。

47、優(yōu)選地，步驟(2)所述造粒的方式包括噴霧造粒。

48、需要說明的是，噴霧造粒中，含水量要控制在0.3％-0.6％，例如可以是0.3％、0.4％、0.5％或0.6％等。

49、優(yōu)選地，步驟(2)所述造粒后顆粒的平均目數(shù)為80-160目，例如可以是80目、100目、120目、140目或160目等。

50、優(yōu)選地，步驟(2)所述成型的過程中添加潤滑劑。

51、優(yōu)選地，以造粒后的物料總質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述潤滑劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01-0.04％，例如可以是0.01％、0.015％或0.03％等。

52、本發(fā)明對(duì)所述潤滑劑的種類不作限定，示例性的，例如可以是硬脂酸鋅或甘油等。

53、優(yōu)選地，步驟(2)所述燒結(jié)的過程包括一級(jí)升溫?zé)Y(jié)、二級(jí)升溫?zé)Y(jié)、三級(jí)恒溫?zé)Y(jié)、四級(jí)降溫?zé)Y(jié)和五級(jí)降溫?zé)Y(jié)。

54、本發(fā)明中，借助一級(jí)升溫?zé)Y(jié)、二級(jí)升溫?zé)Y(jié)、三級(jí)恒溫?zé)Y(jié)、四級(jí)降溫?zé)Y(jié)和五級(jí)降溫?zé)Y(jié)的多重?zé)Y(jié)，可以更好排膠，減少氣孔率，精確控制氣氛，保證材料的更低的損耗。

55、優(yōu)選地，所述一級(jí)升溫?zé)Y(jié)的初始溫度為室溫，升溫速率為1-2.5℃/min，例如可以是1℃/min、1.5℃/min、2℃/min或2.5℃/min等。

56、本發(fā)明對(duì)室溫的具體溫度不作限定，示例性的，例如可以是25±5℃，如20℃、25℃或30℃等。

57、優(yōu)選地，所述一級(jí)升溫?zé)Y(jié)的氣氛為空氣氣氛。

58、優(yōu)選地，所述二級(jí)升溫?zé)Y(jié)的初始溫度為850-950℃，例如可以是850℃、900℃或950℃等，升溫速率為1-3℃/min，例如可以是1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min或3℃/min等。

59、優(yōu)選地，所述二級(jí)升溫?zé)Y(jié)的氣氛為氮?dú)鈿夥眨龅獨(dú)鈿夥罩械难鹾康陀?.2％。

60、本發(fā)明中，在氧含量低于0.2％的氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行二級(jí)升溫?zé)Y(jié)，可以使得鐵氧體充分致密。

61、優(yōu)選地，所述三級(jí)恒溫?zé)Y(jié)的恒溫溫度為1280-1340℃，例如可以是1280℃、1300℃、1320℃或1340℃等，保溫時(shí)間為300-480min，例如可以是300min、320min、340min、360min、380min、400min、420min、440min、460min或480min等。

62、優(yōu)選地，所述三級(jí)恒溫?zé)Y(jié)的氣氛中氧含量為2-6％，例如可以是2％、3％、4％、5％或6％等。

63、優(yōu)選地，所述四級(jí)降溫?zé)Y(jié)的降溫速率為1-3℃/min，例如可以是1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min或3℃/min等。

64、優(yōu)選地，所述四級(jí)降溫?zé)Y(jié)的氣氛中氧含量為4-0.05％，例如可以是4％、2％、1％、0.8％或0.15％等。

65、需要說明的是，四級(jí)降溫過程需要根據(jù)氧氣含量條件燒結(jié)，并微調(diào)氧含量來控制fe2+含量，從而降低材料的損耗和微調(diào)材料損耗的最低點(diǎn)。

66、優(yōu)選地，所述五級(jí)降溫?zé)Y(jié)的初始溫度為800-1000℃，例如可以是800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃等，降溫后的溫度為室溫。

67、優(yōu)選地，所述五級(jí)降溫?zé)Y(jié)的氣氛為氮?dú)鈿夥铡?/p>

68、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述制備方法包括以下步驟：

69、(1)按配方量稱取主成分制備原料，對(duì)主成分制備原料進(jìn)行30-90min的一次球磨，然后進(jìn)行一次攪拌，得到漿料，在850-1000℃下對(duì)所述漿料進(jìn)行預(yù)燒，時(shí)間為1-6h，得到預(yù)燒料；

70、(2)將所述預(yù)燒料破碎成粒徑d50為1.3-1.7μm的粉料，然后與按照配方量稱量的復(fù)合輔助成分混合，進(jìn)行5-12h的二次球磨，然后進(jìn)行二次攪拌，得到漿料，對(duì)所述漿料進(jìn)行造粒，使得造粒后顆粒的平均目數(shù)為80-160目，成型，然后依次進(jìn)行一級(jí)升溫?zé)Y(jié)、二級(jí)升溫?zé)Y(jié)、三級(jí)恒溫?zé)Y(jié)、四級(jí)降溫?zé)Y(jié)和五級(jí)降溫?zé)Y(jié)，得到所述高溫低損耗mnzn功率鐵氧體材料；

71、其中，一級(jí)升溫?zé)Y(jié)在空氣氣氛中進(jìn)行，升溫速率為1-2.5℃/min，初始溫度為室溫；二級(jí)升溫?zé)Y(jié)在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行，升溫速率為1-3℃/min，初始溫度為850-950℃；三級(jí)恒溫?zé)Y(jié)的過程中，燒結(jié)氣氛中的氧含量為2-6％，恒溫溫度為1280-1340℃，保溫時(shí)間為300-480min；四級(jí)降溫?zé)Y(jié)的過程中，燒結(jié)氣氛中的氧含量為0.05-4％，降溫速率為1-3℃/min；五級(jí)降溫?zé)Y(jié)在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行，初始溫度為800-1000℃，降溫后的溫度為室溫。

72、需要說明的是，二次攪拌的過程中還加入0.01-0.03wt％的分散劑、0.005-0.02wt.％的消泡劑和7.5-8wt.％的pva溶液。

73、第三方面，本發(fā)明提供一種如第一方面所述的高溫低損耗mnzn功率鐵氧體材料的應(yīng)用，所述高溫低損耗mnzn功率鐵氧體材料應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域。

74、本發(fā)明所述的數(shù)值范圍不僅包括上述列舉的點(diǎn)值，還包括沒有列舉出的上述數(shù)值范圍之間的任意的點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

75、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

76、(1)本發(fā)明通過特定含量的co2o3以及特定組成第一輔助成分的添加，改善了材料磁導(dǎo)率的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了材料在25-140℃寬溫范圍內(nèi)以及100-300khz寬頻范圍內(nèi)的損耗，使得mnzn功率鐵氧體材料的損耗最低點(diǎn)溫度為100℃，而且而且材料的損耗很低，在330mw/cm3以下，高溫的100-140℃之間損耗上升的也少。

77、(2)本發(fā)明制備的mnzn功率鐵氧體材料在100khz、200mt的條件下，25℃功耗小于350mw/cm3，80℃功耗為小于30mw/cm3，100℃功耗小于320mw/cm3，120℃功耗為小于330mw/cm3，磁導(dǎo)率為2800±20％。

78、(3)本發(fā)明提供的制備方法能很好的滿足器件對(duì)mnzn功率鐵氧體材料寬溫低損耗的要求，且生產(chǎn)工藝穩(wěn)定、可重復(fù)性好。