本发明涉及一种变压器，尤其涉及一种含有高磁导率、高居里温度、高阻抗、低损耗的铁氧体材料的变压器及其制备方法。
背景技术：
随着现代技术的不断进步和人类生活水平的不断提高，对电压器提出小型化、轻量化、集成化的要求，从而取代传统变压器体积大、质量中、成本高等问题。此外，商业化商品要求产品成本低，自动化，这对用于变压器的磁芯材料—铁氧体材料具有跟严格的要求。现有也氧体材料的组成及制备方法很难同时具备高磁导率、高居里温度、高阻抗、低损耗等特性，因此很难满足铁氧体材料作为磁芯材料在各类变压器中的使用。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是：提供一种变压器，其中，变压器含有铁氧体材料，铁氧体材料具备高的磁导率、高的居里温度、高的阻抗特性、低磁损耗等优异的磁性能，使的铁氧体材料能够作为变压器的磁芯材料，应用于各类变压器中，满足各类电压器的需求。
本申请采用如下技术方案：
本发明涉及一种变压器，尤其涉及一种高磁导率、高居里温度、高阻抗、低损耗等有益优异的磁性能。所述铁氧体材料包括主要成分和辅助成分，所述主要成分包括zno，fe2o3，mn3o4,辅助成分包括caco3、sio2tio2、v2o5、co2o3、nb2o5、bi2o3、moo3、zro2、nio的一种或多种。所述铁氧体材料的居里温度tc＞260℃，初始磁导率(25℃，100khz)大于7000，磁损耗小于550kw/m3(200mt,100khz，100℃)。同时，具有高的高阻抗特性，其中，1mhz、500mhz的阻抗分别大于5ω、1300ω。
作为进一步的改进，所述主要成分包括65-75wt％的fe2o3，3-6wt％的zno，20-25wt％mn3o4，辅助成分包括400-1000ppm的caco3、30-150ppm的sio2、300-800ppm的v2o5、300-800ppmnio的zro2、400-1200ppm的nio。
本发明的铁氧体材料，严格控制各主要成分的配比和辅助成分的掺杂比例以及砂磨、预烧、煅烧等工艺条件的调控，使主要成分与辅助成分其协同作用，改善材料的本征特性，使铁氧体材料晶粒细化、均匀，获得高的烧结密度、高的磁感性强度、高的阻抗特性等优异的磁性能。
例如，调整主要成分的比例，提高铁氧体材料的阻抗特性。
添加适量cao和sio2可进一步使晶粒生长均匀，使磁导率更好的温度特性。此外，sio2还可以起到助溶作用，有效减低材料的损耗。添加适量的tio2可使磁芯的磁晶各项异性常数随温度变化波动减小，获得磁导率更好的温度特性。
适当添加co2o3，可补偿磁晶的各向异性常数，使铁氧体材料的初始磁导率增加，同时可降低铁氧体材料的剩磁，改善磁导率的温度特性，有利于提升饱和磁感应强度。此外，还有利于晶粒的均匀生长，有利于降低剩余磁感应强度。
添加适量的nb2o5，可抑制异常晶粒的生长，细化铁氧体材料的晶粒，促进晶粒均匀性，提升材料致密性，提升磁导率和电阻率，降低材料的损耗。当添加过量的nb2o5，会使气孔率增大，晶粒异常长大，大小不一，磁化阻力增大，初始磁导率和电阻率降低，损耗上升。
作为优选，所述铁氧体材料具备优良的磁性能，能够作为磁芯材料满足变各类变压器的需求。
另一方面，本申请提供了一种高磁导率、高居里温度、高阻抗、低损耗的铁氧体材料的制备方法，采用如下步骤：
一种变压器，包含铁氧体材料，所述铁氧体材料的制备方法，包括：
(1)配料混合研磨处理：将主成分65-75wt％的fe2o3，3-6wt％的zno，20-25wt％的mno按比例称取，在振磨机中混合处理20-120分钟；
(2)预烧处理：将步骤(1)处理好的材料放入马弗炉中，在700-1000℃预烧处理2小时；
(3)砂磨处理：将步骤(2)预烧后的粉料，按比例添加辅助成分及其他添加剂，砂磨30-180分钟；
(4)喷雾造粒：将步骤(3)研磨后的粉料烘干后进行造粒；
(5)成型处理：将所得的颗粒用模具压制成所需坯样；
(6)烧结处理：成型后所得的毛坯在氧含量0.3-5％的空气中烧结处理，烧结温度为700-1100℃，烧结保温时间为3-10小时。
作为优选方案，根据本发明所述的铁氧体材料的制备方法，其中步骤(3)中其它添加剂为分散剂、粘合剂和消泡剂。所述分散剂为柠檬酸、聚丙酸、葡萄糖、十二烷基磺酸盐、柠檬酸盐中的一种或多种。所述粘合剂为聚乙烯醇；所述消泡剂为氨水、辛醇、有机硅类消泡剂的一种或多种。所述分散剂的含量为100ppm-2000ppm、粘合剂含量为5-20wt％、消泡剂的含量为0-2000ppm。
作为优选方案，根据本发明所述的铁氧体材料的制备方法，其中步骤(6)氧含量为0.3％-5％，烧结温度为700-1000℃，烧结时间为3-6小时。
与现有技术相比，本发明的效果和益处在于：
本发明的铁氧体材料，严格控制各主要成分的配比和辅助成分的掺杂比例以及砂磨、预烧、煅烧等工艺条件的调控，使主要成分与辅助成分其协同作用，使铁氧体材料晶粒细化、均匀，改善了材料的本征特性，使其在既获得高磁导率和高居里温度的同时，还具备低损耗、高阻抗特性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加明白清楚，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，但是本发明并不限于这些实施例。需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为质量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
将配比为fe2o370.5wt％、zno1.5％、mno28wt％、3种主原料称量好，投入到振磨机中，振磨120分钟。然后将粉料烘干粉碎后转入到马弗炉中800℃下预烧2小时，制成预烧料。然后将预烧料转入至振磨机中，添加辅助成分包括800ppm的caco3、80ppm的sio2、600ppm的v2o5、400ppm的zro2、450ppm的nio进行二次振磨，振磨时间为180分钟，获得浆料，将浆料烘干处理。然后进行喷雾造粒(加入10％的pva)，得铁氧体粉料。然后用模具压制成所需的坯样。最后进行烧结处理，其中，烧结过程中，工艺中的保温温度为900℃，保温时间为5h，烧结过程中保温阶段的氧含量为1.5％，经过严格控制气氛烧结后，测试性能，结果如表1所示。
实施例2
将第一次研磨时间调整为20分钟，第二次研磨时间调整为的量调整为30分钟，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例3
将第一次研磨时间调整为40分钟，第二次研磨时间调整为的量调整为60分钟，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例4
将第一次研磨时间调整为80分钟，第二次研磨时间调整为的量调整为120分钟，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例5
将预烧温度调整为700℃，烧结温度750℃，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例6
将预烧温度调整为900℃，烧结温度1000℃，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例7
将烧结过程中保温阶段的氧含量调整为0.8％，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例8
将烧结过程中保温阶段的氧含量为3％，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例9
将辅助成分caco3的添加量调整为500ppm，sio2的添加量调整为40ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例10
将辅助成分caco3的添加量调整为1100ppm，sio2的添加量调整为120ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例11
将辅助成分v2o5的添加量调整为250ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例12
将辅助成分v2o5的添加量调整为450ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例13
将辅助成分v2o5的添加量调整为800ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例14
将辅助成分nio的添加量调整为300ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例15
将辅助成分nio的添加量调整为700ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示
实施例16
将辅助成分zro2的添加量调整为200ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
实施例17
将辅助成分zro2的添加量调整为600ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
比较例1
将辅助成分caco3的添加量调整为0ppm，，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
比较例2
将辅助成分sio2的添加量调整为0ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
比较例3
将辅助成分v2o5的添加量调整为0ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
比较例4
将辅助成分nio的添加量调整为0ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
比较例5
将辅助成分zro2的添加量调整为0ppm，其他成分及其制备方法与实施例1相同，性能测试结果表1所示。
结论分析：
综合实施例1-4的结果可以看出，按本发明方法制备的铁氧体材料，严格控制铁氧体材料的制备工艺，优化研磨工艺(2次研磨工艺)，可将粉粒晶粒细化，以提高粉粒的反应活性，降低粉粒的反应激活能，在一定程度可降低烧结温度。
综合实施例5-8的结果可以看出，严格控制铁氧体材料的预烧、烧结、烧结保温过程的含氧量，进一步优化铁氧体的合成工艺，可进一步改善铁氧体材料的性能。预烧、烧结工艺在一定程度可以反映铁氧体材料的微观结构和磁性能。铁氧体材料在烧结过程中实质是一个复杂的氧化还原过程，烧结温度的高低，含氧量的多少，都会影响铁氧体材料的性能。烧结温度过低，会使固相化学反应不完全。导致严重影响铁氧体微观结构和磁性能。烧结温度过高，使晶粒异常生生长、晶界变形，导致磁性能(磁导率、居里温度、磁损耗)严重下降。
综合实施例1、实施例9-17和比较例1-5的结果可以看出，适当添加辅助成分的含量能显著提升铁氧体材料的磁性能。
掺入少量的sio2和caco3，使铁氧体材料晶粒的平均尺寸增大，改善其均匀性，提升磁导率，降低材料的损耗。掺杂过多的caco3，会使材料气孔率的增加，晶粒的尺寸均匀性差，烧结密度下降，与其他杂质发生反应，在晶界上形成另相，降低了初始磁导率，磁损耗上升。
添加适量的v2o5，有利于提高反应速率，促进烧结反应的进行，抑制晶粒的生长率，提高材料的烧结密度，降低晶粒内的气孔率，细化了铁氧体材料的晶粒，提高晶界电阻率，降低磁损耗。添加过量的v2o5，部分晶粒出现异常长大，晶界减少，大量进入晶粒内部，对畴壁位移和磁畴转动产生严重的阻滞，导致初始磁导率降低；同时会出现3fe3 →2fe2 的转换，使fe2 离子增多，降低铁氧体材料的电阻率，降低磁损耗。
添加适量的nio可促进烧结密度的提高，改善材料的微观结构，提升铁氧体材料的居里温度，降低材料的损耗。
添加适量的zro2，使铁氧体材料晶粒尺寸分布均匀，平均晶粒尺寸增大，气孔率下降。当添加量过大时，会出现晶粒异常长大，气孔率增加，磁化阻力增大，使初始磁导率下降，所以添加适量的zro2，可以使铁氧体材料的初始磁导率和饱和磁感应强度达到最佳，同时降低了铁氧体材料的损耗。
本发明通过严格控制各主要成分的配比和辅助成分的掺杂比例以及砂磨、预烧、煅烧等工艺条件的调控，使主要成分与辅助成分其协同作用，使铁氧体材料晶粒细化、均匀，改善材料的其本征特性，使其具备更优的磁性能。
本发明申请的铁氧体材料，具备优异的磁性能，能够作为优良的磁性材料，应用于各类变压器中，满足各类变压器的需求。
以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种变压器，其特征在于，包含铁氧体材料，所述铁氧体材料包括主要成分和辅助成分，所述主要成分包括zno，fe2o3，mno,辅助成分包括caco3、sio2tio2、v2o5、co2o3、nb2o5、bi2o3、moo3、zro2、nio中的一种或多种；所述铁氧体材料的制备方法采用的工艺步骤是：(1)研磨配料混合研磨处理，(2)预烧处理，(3)砂磨处理，(4)喷雾造粒，(5)成型处理，(6)烧结处理。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述铁氧体材料包括主要成分和辅助成分，其中，所述主要成分包括65-75wt％的fe2o3，3-6wt％的zno，20-25wt％mn3o4，辅助成分包括400-1000ppm的caco3、30-150ppm的sio2、300-800ppm的v2o5、300-800ppm的zro2、400-1200ppm的nio。
3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述铁氧体材料的制备方法包括下述几个工艺步骤：
(1)配料混合研磨处理：将主成分zno、fe2o3、mno按比例称取，在振磨机中混合处理20-120分钟；
(2)预烧处理：将步骤(1)处理好的材料放入马弗炉中，700-1000℃预烧处理2小时；
(3)砂磨处理：将步骤(2)预烧后的粉料，按比例添加辅助成分及其他添加剂，砂磨30-180分钟；
(4)喷雾造粒：将步骤(3)研磨后的粉料烘干后进行造粒；
(5)成型处理：将所得的颗粒用模具压制成所需坯样；
(6)烧结处理：成型后所得的毛坯在氧含量为0.3-5％的空气中烧结处理，所述的烧结温度为700-1100℃，烧结保温时间为3-10小时。
4.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述分散剂为柠檬酸、聚丙酸、葡萄糖、十二烷基磺酸盐、柠檬酸盐中的一种或多种，所述粘合剂为聚乙烯醇；所述消泡剂为氨水、辛醇、有机硅类消泡剂的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，步骤(4)中喷雾造粒时加入pva，含量占总物料质量的5％-15％。
6.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述烧结处理时保温时段的含氧量为0.5％-3％，烧结温度为700-1000℃。
7.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述烧结处理时保温时段为3～6h。
8.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述铁氧体材料的居里温度tc大于260℃，初始磁导率(25℃，10khz)大于7000，磁导率(25℃，100khz)大于7000，磁损耗(200mt,100khz)，100)小于550kw/m3。
9.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述铁氧体材料在1mhz、500mhz的阻抗分别大于5ω、1300ω。
技术总结