[發(fā)明專利]低溫固化的高頻低損耗NiCuZn鐵氧體磁芯材料及無壓注凝成型方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010859686.5 | 申請日： | 2020-08-24 |
| 公開（公告）號： | CN112125656A | 公開（公告）日： | 2020-12-25 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 梅云輝;姚曉艷;王美玉;李欣 | 申請（專利權(quán)）人： | 天津大學(xué) |
| 主分類號： | C04B35/26 | 分類號： | C04B35/26;C04B35/622;C04B35/634;C04B35/64;B28B1/14;H01F1/34;H01F1/36;H01F41/02 |
| 代理公司： | 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201 | 代理人： | 王麗 |
| 地址： | 300350 天津市津南區(qū)海*** | 國省代碼： | 天津;12 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 低溫 固化 高頻 損耗 nicuzn 鐵氧體 材料 無壓注 凝成 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種低溫固化的高頻低損耗NiCuZn鐵氧體磁芯材料及無壓注凝成型方法，將2.5wt.％的甲基丙烯酰胺單體水溶液、N,N’?亞甲基雙丙烯酰胺和10wt.％的聚乙二醇400增塑劑水溶液混合為預(yù)混料，把NiCuZn鐵氧體粉末加入預(yù)混料中獲得膠凝漿料；在漿料中加入過硫酸銨水溶液和四甲基乙二胺，然后注入模具中，在常溫常壓下固化后脫模，干燥坯體，最后燒結(jié)，冷卻后得到磁芯。注凝成型NiCuZn軟磁鐵氧體磁芯的磁導(dǎo)率達到4F1的97.5％，950℃燒結(jié)的磁芯損耗密度比4F1低50％。本發(fā)明提供的NiZnCu軟磁鐵氧體制備方法不需要任何外加壓力，且可在室溫下固化成型，使其制備復(fù)雜形狀磁芯成為可能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種低溫固化的高頻低損耗NiCuZn鐵氧體磁芯材料及無壓注凝成型方法，屬于磁性材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)
近年來，開關(guān)型功率轉(zhuǎn)換器的效率和功率密度保持不斷提高的的趨勢，因此對功率器件和無源元件的集成不斷提出新的挑戰(zhàn)，需要可靠、低成本的功率器件和無源元件集成技術(shù)。SiC和GaN器件等寬禁帶半導(dǎo)體(WBG)的最新進展，使得電力電子設(shè)備的開關(guān)頻率可以提高到兆赫級以上范圍內(nèi)。在高開關(guān)頻率下，儲能元件(如電容器、電感器)的體積可以明顯減小。然而，由于目前磁性材料及其制備工藝的限制，想要制備出在兆赫級高頻范圍內(nèi)具有低損耗，高磁通密度的磁芯具有較大難度。
由于NiZn鐵氧體(包括NiCuZn鐵氧體)具有高電阻率和高磁導(dǎo)率，因此在兆赫頻率范圍內(nèi)被廣泛使用。然而，傳統(tǒng)的鐵氧體磁芯制備工藝要求較高的燒結(jié)溫度(900℃)和較高的成型壓力，例如，一種常用的NiZn鐵氧體4F1，需要在兆帕范圍內(nèi)的高壓下壓制成磁芯，然后在1400℃以上燒結(jié)成形，其磁導(dǎo)率最高可達到80，在5MHz頻率和10mT激勵下磁芯損耗密度為400mW/cm3。以4F1為代表的商用NiZn鐵氧體磁芯雖然具備優(yōu)良的磁導(dǎo)率，但其高頻損耗較高，同時其制備工藝的復(fù)雜性抑制了制備復(fù)雜形狀磁芯的可能，從而阻礙了在功率轉(zhuǎn)換器集成中的應(yīng)用。
注凝成型技術(shù)可以以較低的成本且在無壓條件下生產(chǎn)出高密度陶瓷零件，從而降低所需燒結(jié)溫度。此外，由于注凝成型不需要壓力，因此可以在合理的加工時間內(nèi)加工出翹曲小、密度均勻的復(fù)雜形狀陶瓷零件。然而，目前并沒有研究將注凝成型技術(shù)應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域，尤其是NiZn鐵氧體(包括NiCuZn鐵氧體)磁芯的制備中。因此，無壓注凝成型工藝在鐵氧體磁芯制備及高頻下的應(yīng)用具有很好的前景。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述采用傳統(tǒng)的鐵氧體制備工藝來制備NiCuZn鐵氧體磁芯時工藝復(fù)雜，需要較高成型壓力，且磁芯高頻損耗較高的問題，本發(fā)明的目的在于簡化NiCuZn鐵氧體磁芯的制備工藝，同時減小磁芯的高頻損耗，提供一種可低溫固化的高頻低損耗NiCuZn鐵氧體磁芯材料及其無壓注凝成型方法。本發(fā)明先將NiCuZn鐵氧體(LSF 50)粉末通過無壓注凝成型方法制備成磁芯，然后在不同的峰值溫度下進行燒結(jié)，最終得到NiCuZn鐵氧體磁芯。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：
一種低溫固化的高頻低損耗NiCuZn鐵氧體磁芯材料，磁芯材料包括的組分及各組分的重量份數(shù)如下：
本發(fā)明的一種低溫固化的高頻低損耗NiCuZn鐵氧體磁芯材料的無壓注凝成型方法，包括以下步驟：
1)制備膠凝漿料
先將2-3wt.％的甲基丙烯酰胺單體水溶液、N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺和5-10wt.％的聚乙二醇400增塑劑水溶液混合作為制備漿料的預(yù)混料；其次將NiCuZn鐵氧體粉末加入預(yù)混料中，獲得膠凝漿料；然后加入聚丙烯酸銨鹽。最后研磨得到膠凝漿料；
2)制備磁芯
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