专利名称：：镍锰锌系铁氧体的利记博彩app
技术领域：
：本发明涉及适用于在宽温度范围使用的变压器与扼流圈的磁芯的NiMnZn系铁氧体和使用该铁氧体的变压器与扼流圈。当用作在几十到几百KHz频率范围使用的配电电源变压器磁芯时，与其它铁氧体材料和软磁金属材料相比，Mn-Zn系铁氧体能量损失小。饱和磁通密度比较大。所以它是作为变压器与扼流圈磁芯的重要材料。但是，目前对于电动机器的小型化和制造高输出电源，为了在使用媒介物环境的高温条件(至少100℃，更好150℃)下使用要求已经提高，普通铁氧体材料饱和磁通密度Bs，特别是在高温范围内的饱和磁通密度Bs不够。JP-B-63-59241和JP-B-63-59242公开了一种铁氧体材料，其中将Ni、Mg和Li铁氧体的至少一种取代部分Mn-Zn系铁氧体成为在150℃或更高使用环境下能量损失低和高磁稳定性的铁氧体，但其在高温的饱和磁通密度Bs性能不够。JP-A-2-83218公开了一种NiMnZn系铁氧体，其在高温下和高磁场下磁性能稳定性高，饱和磁通密度Bs高，能量损失低，但在高温的饱和磁通密度Bs性能不够。上述普通的铁氧体材料涉及下述问题(1)当铁氧体材料用作变压器和扼流圈磁芯时，一般根据在可能的最高温度条件下的性能设计，但是，上述普通例子的任一种在高温范围内的饱和磁通密度Bs都不够。(2)当铁氧体材料用作变压器和扼流圈磁芯时，如果在饱和磁通密度Bs和矫顽力Hc之间的关系上饱和磁通密度Bs高和Hc小，B-H回路的初始磁化曲线陡峭至到磁通接近饱和条件，结果DC预磁化是所希望的(即使DC在饱和磁通密度附近重叠，电感L不降低)，但是在矫顽力Hc大的材料中，B-H回路的初始磁化曲线首先陡峭地处于其一半处，但在中间，它适当倾斜，并在磁通接近饱和条件的附近它绘成很小的斜度。所以，如果测定DC预磁化，在磁通饱和以前电感降低，尽管Bs性能高，仍不能说明其特性，结果不能获得希望的DC预磁化。根据上述所有普通例子的饱和磁通密度Bs和矫顽力Hc，不能获得饱和磁通密度Bs高而矫顽力Hc小这样的性能，而且不能获得希望的DC预磁化。因此，本发明的目的是提供DC预磁化优越和从室温到约150℃能量损失低的NiMnZn系铁氧体。按照本发明第一个目标，NiMnZn系铁氧体包括主成分，包括氧化铁(Fe2O3)53-59摩尔％，氧化锰(MnO)22-41摩尔％，氧化锌(ZnO)4-12摩尔％和氧化镍(NiO)2-7摩尔％；和副成分，包括氧化硅(SiO2)0．005-0．03重量％，氧化钙(CaO)0．008-0．17重量％和磷(P)0．0004-0．01重量％。按照本发明第二个目标，NiMnZn系铁氧体包括主成分，包括氧化铁(Fe2O3)53-59摩尔％，氧化锰(MnO)22-39摩尔％，氧化锌(ZnO)4-12摩尔％和氧化镍(NiO)4-7摩尔％；和副成分，包括氧化硅(SiO2)0．005-0．03重量％，氧化钙(CaO)0．008-0．17重量％和磷(P)0．0004-0．01重量％。在如上所述的NiMnZn系铁氧体中以预定的范围添加至少一种下述添加成分Nb2O50．005-0．03重量％、Ta2O50．01-0．08重量％、V2O50．01-0．1重量％、ZrO20．005-0．03重量％、Bi2O30．005-0．04重量％和MoO30．005-0．04重量％。在如上所述的NiMnZn系铁氧体中烧结体的平均粒径为6-25μm。在如上所述的NiMnZn系铁氧体中烧结体的饱和磁通密度Bs(100℃)为440mT或更大。在如上所述的NiMnZn系铁氧体中B-H回路的饱和磁通密度Bs(150℃)与矫顽力Hc(150℃)之间的关系满足条件R=(Bs-300)2／Hc，(式中R≥400)。对于变压器或扼流圈，如上所述的任一种NiMnZn系铁氧体均可使用。通过如上所述的结构呈现如下性能。在NiMnZn系铁氧体中，主成分范围在如下范围内Fe2O3=53-59摩尔％，MnO=22-41摩尔％，ZnO=4-12摩尔％和NiO=2-7摩尔％；而所述NiMnZn系铁氧体的副成分范围在如下范围内SiO20．005-0．03重量％，CaO0．008-0．17重量％和P0．0004-0．01重量％。所以，饱和磁通密度Bs为440mT或更大，且DC预磁化优异。这样，本NiMnZn系铁氧体材料可用于宽的温度范围内。在NiMnZn系铁氧体中，主成分范围在如下范围内Fe2O3=53-59摩尔％，MnO=22-39摩尔％，ZnO=4-12摩尔％和NiO=4-7摩尔％；而所述NiMnZn系铁氧体的副成分范围在如下范围内SiO20．005-0．03重量％，CaO0．008-0．17重量％和P0．0004-0．01重量％。所以，饱和磁通密度Bs的性能更加改进，且DC预磁化优异。这样，本NiMnZn系铁氧体材料可用于宽的温度范围内。在NiMnZn系铁氧体中以预定范围添加一种或二种以上下述添加成分Nb2O50．005-0．03重量％，Ta2O50．01-0．08重量％，V2O50．01-0．1重量％，ZrO20．005-0．03重量％，Bi2O30．005-0．04重量％和MoO30．005-0．04重量％。所以，饱和磁通密度Bs为450mT或更大，且DC预磁化更优异。这样，本NiMnZn系铁氧体材料能量损失低。在上述NiMnZn系铁氧体中烧结体的平均粒径为6-25μm。所以，本NiMnZn系铁氧体矫顽力Hc小，饱和磁通密度Bs为440mT或更大，且能量损失低。此外，在本NiMnZn系铁氧体中烧结体的饱和磁通密度Bs(100℃)为440mT或更大。所以，DC预磁化是优异的。在本NiMnZn系铁氧体中，B-H回路的饱和磁通密度Bs(150℃)和矫顽力Hc(150℃)之间的关系满足条件R=(Bs-300)2／Hc，(式中R≥400)。所以，DC预磁化是优异的，其中R值(R≥400)是一个参数。对于变压器或扼流圈可使用本NiMnZn系铁氧体。所以，可生产具有优异DC预磁化和适用于宽温度范围的变压器或扼流圈。图1是DC预磁化的说明图。图2是R值和DC预磁化之间关系的说明图。图3A-3C是变压器和扼流圈的说明图。参照表1和表2，以及图1-3说明实现本发明的模式。本发明控制NiMnZn系铁氧体的主成分，以使落入居里温度高和B-H回路的矫顽力(Hc)小的范围，控制在烧结过程中对晶粒结构有影响的P，以及控制副成分SiO2和CaO到预定含量之内，并控制烧结体的平均粒径到预定的范围之内，由此提供烧结体密度高，且DC预磁化优异、矫顽力(Hc)小与饱和磁通密度Bs(100℃)为440mT或更大的NiMnZn系铁氧体。此外，本发明控制主成分的范围，在该范围显示能量损失的温度性能的最小值的温度为约100-150℃，并控制烧结体的平均粒径到预定的范围内，由此提供在室温到约150℃能量损失低的NiMnZn系铁氧体。根据上述发明，本发明控制添加成分到预定含量，由此提供烧结体密度更高，DC预磁化更优异、矫顽力(Hc)小与饱和磁通密度Bs(100℃)为450mT或更大的，且能量损失低的NiMnZn系铁氧体。通过实施例来说明。表1示出了NiMnZn铁氧体系铁氧体材料(主成分、副成分、添加成分)、其烧结体的平均粒径、电磁性能和R值。其中“Com”表示比较例，“Ex”表示实施例。将各成分称重、混合、煅烧和磨粉成表1所示的主成分、副成分和添加成分，并添加粘合剂到颗粒中，以使形成环形试样。将该试样以300℃／小时加热并在1210-1400℃烧结，温度平衡后以200℃／小时冷却到室温。根据铁氧体的平衡氧分压确定从平衡温度到室温的气氛。分别测量这些试样的饱和磁通密度Bs(100℃，150℃)、矫顽力Hc(150℃)，在40KHz到200mT的能量损失(室温RT，100℃，150℃)和平均粒径。为从B-H回路计算的计算式设定如下，由此可计算为本试样的DC预磁化的参数的特性值(R)。结果示于表1。R=(Bs-300)2／Hc………………………(1)式中，Bs(mT)在150℃，Hc(A／m)在150℃。在表1中示出了NiMnZn铁氧体系铁氧体材料(主成分、副成分、添加成分)，其烧结体的平均粒径，电磁特性和R值。在该表中，“Com”表示比较例，“Ex”表示实施例，而“A”表示平均晶粒尺寸。表1式(1)为DC预磁化参数值。可以看出R大，DC预磁化更好。目前一般使用的MnZn系铁氧体在150℃的Bs性能最大为约300Tm，而相对于本发明的NiMnZn系铁氧体的Bs性能式(1)的(Bs-300)2是差的平方。剩下的“／Hc”是表示相对于DC预磁化中电流值电感性能的线性扩展。在本发明中研究了各种形式试样B-H回路性能和DC预磁化之间的关系。结果是在高饱和磁通密度Bs和小的矫顽力Hc的试样中，B-H回路的初始磁化曲线陡峭直到磁通接近饱和状态，所以，DC预磁化是希望的，但在矫顽力Hc大的试样中在初始磁化曲线的一半陡峭，且在中间，它适当倾斜，在其附近绘出一个小的曲线斜度。所以，如果评价DC预磁化，在磁通饱和前电感降低，尽管Bs性能高，不能说明其性能，结果不能获得希望的DC预磁化。表2示出了实施例1和比较例4材料在100℃的饱和磁通密度Bs和矫顽力Hc的性能。表2实施例1和比较例4的Bs与Hc性能(在100℃)<tablesid="table1"num="002"><table>试样Bs(mT)Hc(A／m)实施例14407．5比较例444020．6</table></tables>图1是DC预磁化的说明图，显示出用表2材料制造的变压器的DC预磁化。由此可以看出，实施例1和比较例4的材料的饱和磁通密度Bs性能是相同的，但矫顽力Hc大的比较例4材料DC电流值I．d．c小。其中电感L开始降低，在DC电流重叠以前电感L的值降低10％的DC电流值为约1．4(A)。另一方面，关于矫顽力Hc小的实施例1材料，电感L值降低10％的DC电流值为约1．75(A)，且DC预磁化比比较例4增大。由这些数据可以看出，关于DC预磁化不仅仅取决于饱和磁通密度Bs性能，饱和磁通密度Bs与矫顽力Hc之间的关系是重要的，特别是在宽的温度范围内使用的材料中需要式(1)中的R值大。图2是R值与DC预磁化之间关系的说明图，示出了用比较例1和实施例1、3和8的材料制造的变压器在100℃的DC预磁化。由此可以看出，当R值沿着31、425、780和1130变大，则DC预磁化上升。在目前的铁氧体材料中R值达到400以上的值是困难的。本发明R值为400或更高。将烧结的铁氧体试样磨成镜面，用盐酸腐蚀，用500倍光学显微镜在磨光面上照相。基于该光学显微镜的照片研究平均粒径。在上述的照片上做可收入约100个晶粒的正方形，例如200μm×200μm，计算在正方形中存在的晶粒数。假设在晶界存在的晶粒以1／2个计算。设这个数为n，则平均粒径d由下式计算d=(4π)×(40000μm2n)----(2)]]>主成分在如实施例1-19所示的预定范围内，副成分在预定范围内，烧结体的晶粒尺寸为6-25μm的铁氧体，以R为400或更大，在室温到150℃的能量损失PCV为500kw／m3或更小，饱和磁通密度Bs(100℃)为440mT或更大的方式来控制。但是，在烧结体的平均粒径为6μm或更小的铁氧体中，如比较例5，矫顽力Hc大，饱和磁通密度Bs(100℃)为440mT或更小。另外，在烧结体的平均粒径为25μm或更大的铁氧体中，如比较例6，R低于400，不能得到低能量损失的性能。如果平均粒径为25μm或更大，晶粒可在没有由烧结条件引起反常生长下生长，可将R控制到比较好的值，但考虑到在使用的频率范围内能量损失的增加和烧结成本，本发明平均粒径的范围是更好的。在主成分Fe2O3含量为59摩尔％或更大，NiO含量为7摩尔％或更大时，如比较例11和12，B-H回路为帕明瓦(perminvar)型，这种趋势是值得注意的。虽然饱和磁通密度Bs(100℃)高，矫顽力Hc大，由此R为400或更低，且能量损失快速增加。如果Fe2O3小于53摩尔％，不能获得希望的饱和磁通密度Bs。如果NiO含量为0-2摩尔％，如比较例1和2所显示的，添加对提高饱和磁通密度Bs(100℃)的作用是很小的，且不能提供希望的性能。所以NiO含量应为2摩尔％或更高。明确地说，4摩尔％或更高是更好的，且饱和磁通密度Bs(100℃)性能显著提高，R值也大。在4-6摩尔％，R值最大，而在其它范围它降低。如比较例4，在ZnO含量为4摩尔％或更低时，虽然饱和磁通密度Bs(100℃)高，矫顽力Hc大，由此R值降低，且不能获得更好的DC预磁化，不能获得低能量损失性能。如比较例3，在ZnO含量为12摩尔％或更大时，居里温度降低，以使饱和磁通密度Bs(100℃)不够。如比较例7-10，在主成分在预定范围中，但副成分超出预定范围的NiMnZn系铁氧体中，在烧结过程中晶粒生长不够或引起反常生长，饱和磁通密度Bs和R值降低，而且能量损失迅速增加。如果SiO2低于0．005重量％和CaO低于0．008重量％，电阻降低，能量损失大。如果SiO2超过0．03重量％和CaO超过0．17重量％，在烧结期间由于反常的晶粒生长不能获得预定的饱和磁通密度Bs和低的能量损失。特别是副成分P的更小含量对烧结体的密度有影响。本发明P的范围为0．0004-0．01重量％。如比较例9，在P含量大于0．01重量％时，烧结期间晶粒反常生长，不能获得满意的烧结体密度，因此，不能获得希望的饱和磁通密度Bs和R值。如比较例10，在P含量低于0．0004重量％时，烧结性不足，不能获得预定的饱和磁通密度Bs和R值。相反，如实施例8-19，在主成分和副成分在预定范围的NiMnZn系铁氧体中，以预定范围添加一种或二种以上添加成分Nb2O50．005-0．03重量％、Ta2O50．01-0．08重量％、V2O50．01-0．1重量％、ZrO20．005-0．03重量％、Bi2O30．005-0．04重量％和MoO30．005-0．04重量％，并且控制平均粒径为6-25μm，与没有添加成分的相比获得的烧结体相应密度高，其结果获得矫顽力Hc小，饱和磁通密度Bs高和R值高这样的性能。此外，特别是添加成分Nb2O5和Ta2O5可有效降低能量损失。在这些添加成分的含量低于预定范围时，添加的作用不明确，在大于预定范围时，烧结期间晶粒反常生长，且不能提供希望的饱和磁通密度Bs(100℃)和低能量损失。图3是变压器和扼流圈的说明图，其中图3A是EE型的外透视图。图3B是EE型的横截面图，而图3C是EI型的外透视图。在图3A和图3B的变压器和扼流圈中一对E型铁氧体磁芯1相对组成磁芯，中心磁座2安装缠绕线圈4的线轴3。在中心磁座2之间的间隙G是用来调整电感，并可移动。在图3C中，E型铁氧体磁芯11和I型铁氧体磁芯12相对形成磁芯，而E型铁氧体磁芯11的中心磁座101缠绕线圈14。如果将本发明NiMnZn系铁氧体应用于变压器和扼流圈磁芯，这样的变压器和扼流圈可在宽温度范围内使用。在NiMnZn系铁氧体中，主成分范围在如下范围内Fe2O3=53-59摩尔％，MnO=22-41摩尔％，ZnO=4-12摩尔％和NiO=2-7摩尔％；该NiMnZn系铁氧体的副成分范围在如下范围内SiO20．005-0．03重量％，CaO0．008-0．17重量％和P0．0004-0．01重量％。所以，饱和磁通密度Bs为440mT或更大，DC预磁化优异。这样，本发明NiMnZn系铁氧体可在宽的温度范围内使用。在NiMnZn系铁氧体中，主成分范围在如下范围内Fe2O3=53-59摩尔％，MnO=22-39摩尔％，ZnO=4-12摩尔％和NiO=4-7摩尔％；而该NiMnZn系铁氧体的副成分范围在如下范围内SiO20．005-0．03重量％，CaO0．008-0．17重量％和P0．0004-0．01重量％。所以，饱和磁通密度Bs性能更加改善，DC预磁化优异。这样，本发明NiMnZn系铁氧体可用于宽的温度范围。在NiMnZn系铁氧体中以预定范围添加至少一种如下添加成分Nb2O50．005-0．03重量％，Ta2O50．01-0．08重量％，V2O50．01-0．1重量％，ZrO20．005-0．03重量％，Bi2O30．005-0．04重量％和MoO30．005-0．04重量％。所以，饱和磁通密度Bs为450mT或更大，而DC预磁化更优异。这样，本发明NiMnZn系铁氧体是低能量损失的。在上述NiMnZn系铁氧体中，烧结体的平均粒径为6-25μm。所以，本发明NiMnZn系铁氧体矫顽力Hc小，饱和磁通密度Bs(100℃)为440mT或更大，且能量损失低。在本发明NiMnZn系铁氧体中，烧结体的饱和磁通密度Bs为440mT或更大，所以，DC预磁化优异。在本发明NiMnZn系铁氧体中，饱和磁通密度Bs(150℃)和矫顽力Hc(150℃)之间的关系满足条件R=(Bs-300)2／Hc(式中R≥400)。所以，以R值(R≥400)为参数的预磁化优异。对于变压器或扼流圈可使用本发明NiMnZn系铁氧体。所以，可生产具有优越DC预磁化并可应用于宽温度范围的变压器或扼流圈。权利要求1．一种NiMnZn系铁氧体，包括主成分包括氧化铁(Fe2O3)53-59摩尔％，氧化锰(MnO)22-41摩尔％，氧化锌(ZnO)4-12摩尔％和氧化镍(NiO)2-7摩尔％；和副成分包括氧化硅(SiO2)0．005-0．03重量％，氧化钙(CaO)0．008-0．17重量％和磷(P)0．0004-0．01重量％。2．一种NiMnZn系铁氧体，包括主成分包括氧化铁(Fe2O3)53-59摩尔％，氧化锰(MnO)22-39摩尔％，氧化锌(ZnO)4-12摩尔％和氧化镍(NiO)4-7摩尔％；和副成分包括氧化硅(SiO2)0．005-0．03重量％，氧化钙(CaO)0．008-0．17重量％和磷(P)0．0004-0．01重量％。3．权利要求1所述的NiMnZn系铁氧体，其特征在于以预定范围添加一种或二种或更多种下述添加成分Nb2O50．005-0．03重量％Ta2O50．01-0．08重量％V2O50．01-0．1重量％ZrO20．005-0．03重量％Bi2O30．005-0．04重量％和MoO30．005-0．04重量％。4．权利要求2所述的NiMnZn系铁氧体，其特征在于以预定范围添加一种或二种或更多种下述添加成分Nb2O50．005-0．03重量％Ta2O50．01-0．08重量％V2O50．01-0．1重量％ZrO20．005-0．03重量％Bi2O30．005-0．04重量％和MoO30．005-0．04重量％。5．权利要求1-4任一项所述的NiMnZn系铁氧体，其中烧结体的平均粒径为6-25μm。6．权利要求5所述的NiMnZn系铁氧体，其中烧结体的饱和磁通密度Bs(100℃)为440mT或更大。7．权利要求6所述的NiMnZn系铁氧体，其中烧结体的饱和磁通密度Bs(150℃)与矫顽力Hc(150℃)之间的关系满足如下条件R=(Bs-300)2／Hc，式中R≥400。8．使用权利要求1-7任一项所述NiMnZn系铁氧体构成的变压器。9．使用权利要求1-7任一项所述NiMnZn系铁氧体构成的扼流圈。全文摘要一种NiMnZn系铁氧体,其主成分范围在如下范围,Fe文档编号H01F17/04GK1294099SQ0013532公开日2001年5月9日申请日期2000年10月12日优先权日1999年10月12日发明者渡边雅彦申请人:Tdk株式会社