一种高频高居里温度高饱和磁通密度锰锌软磁铁氧体及其制备方法与应用与流程

本发明属于软磁材料领域，具体涉及一种高频高居里温度高饱和磁通密度锰锌软磁铁氧体及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着ai智算中心、高密度服务器集群高速发展，数据中心单机算力与功耗持续飙升，cpu、gpu瞬时大电流冲击频繁，供电系统逐步向高压直流架构、高频化、高功率密度、模块化方向迭代；第三代半导体gan、sic大规模应用，使电源开关频率普遍提升至数百khz至mhz级别，磁元件长期工作在高频交变、大直流偏置叠加、大电流严苛工况下。

2、与此同时，数据中心设备内部温度升高、散热环境苛刻，液冷、高密机柜普及后，磁芯长期处于高温服役状态，普通铁氧体居里温度偏低，高温下磁性能急剧衰减、磁导率跌落、损耗飙升，极易出现电感失效、磁芯过热饱和、电源效率下降甚至系统宕机问题；传统铁氧体还存在饱和磁通密度不足、直流叠加性能差，大偏置电流下电感量快速跌落，无法满足多相vrm供电、高压dc-dc变换、pfc电路、平面变压器长期稳定工作要求。加之国家与行业对数据中心pue能效管控、低碳节能要求不断提高，供电系统必须持续降低磁芯损耗、减少发热、缩减散热成本、提升整机转换效率。

3、而高居里温度可保证高温环境下磁性能稳定不劣化，高饱和磁通密度有效抵抗大电流偏置避免磁芯饱和、缩小器件体积并提升功率密度，优异直流叠加特性保障重载与瞬态工况下电感稳定，高频低损耗则大幅降低高频磁滞与涡流损耗、控温增效。

4、因此，兼具高居里温度、高饱和磁通密度、高直流叠加、高频低损耗的铁氧体磁芯，已成为ai数据中心服务器电源、高压dc-dc模块、gpu/cpu多相供电、ups及hvdc配电、网络通信磁性器件的核心刚需材料，是支撑数据中心高密度、高频化、高温可靠、高能效运行的关键基础软磁材料。

5、现有技术1（公告号为cn 118812255 a）的专利公开了一种高频高bs高直流叠加低损耗锰锌铁氧体及制备方法，该发明通过nio四元主配方，提高材料的居里温度，使材料的bs增加，改善材料的直流叠加特性；在工艺上将两批次不同砂磨粒度的粉料按比例均匀混合，改善粉料的粒度分布，改善材料微观特性，提高材料bs和降低材料损耗。

6、现有技术2（公开号为cn 119774994 a）的专利公开的一种高饱和磁通密度高频低损耗铁氧体材料及其制备方法。该发明通过对铁氧体材料引入第四成分nio，通过ni2+的置换，使制备得到的铁氧体材料有效提高100 ℃下的饱和磁通密度到490mt。

7、本发明旨在进一步提高磁性材料的高居里温度、高饱和磁通密度、高频低损耗的性能，以满足长期稳定工作要求。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高频高居里温度高饱和磁通密度锰锌软磁铁氧体及其制备方法与应用。本发明通过组分配方体系，粉料粒度分布，以及制备工艺，成功得到mhz工作条件下高频高居里温度高饱和磁通密度的锰锌铁氧体材料。

2、本发明的目的在于提供一种高频高居里温度高饱和磁通密度锰锌软磁铁氧体的制备方法，包括以下步骤，

3、（1）按照比例称重fe2o3、zno、mn3o4，进行砂磨混合，得混合料，主成分的组分及含量包括，fe2o3：57.8～60.5mol%，zno：3.5～5.5 mol%，其余为mn3o4；

4、（2）对步骤1中所得混合料，在空气中进行预烧，得到预烧料；

5、（3）对步骤2所得预烧料砂磨，按照比例加入辅助成分进行砂磨混合，得到粉料；

6、（4）对步骤3所得粉料，按比例加入金属feni粉料，混合得到混合粉料，金属feni粉料中，fe的含量为50wt%、ni的含量为50wt%；

7、（5）造粒，压制成型，烧结，得到高频高居里温度高饱和磁通密度锰锌软磁铁氧体。

8、本发明制备方法，通过主成分与掺杂组分，采用高铁配方并混合金属铁镍，大幅提高材料居里温度和饱和磁通密度，通过上述配方及工艺体系，成功得到mhz工作条件下高频高居里温度高饱和磁通密度锰锌软磁铁氧体。

9、进一步地，步骤（4）中，金属feni粉料的粒度为d50：15～20μm，步骤（3）得到的粉料的粒度为d50：0.8～1.5μm。本发明通过混合大粒度金属铁镍粉料（d50：15～20μm），形成铁氧体粉料（d50：0.8～1.5μm）包覆金属粉料，增加电阻率，降低在mhz条件下损耗。

10、进一步地，步骤（4）中，金属feni粉料的粒度为d90：30～40μm，步骤（3）的粉料粒度为d90：2.0～2.6μm。

11、进一步地，步骤（2）中，预烧温度为800～1000℃，升温速率为3～5℃/min。

12、进一步地，步骤（5）中，烧结温度为1130～1150℃。

13、进一步地，步骤（4）中，按主成分总重量计，金属feni粉料添加量8000～15000ppm。

14、进一步地，步骤（3）中，辅助成分包括caco3、sio2、zro2、nb2o5、co2o3中的至少一种。优选的，辅助成分的用量为，按主成分总重量计，辅助成分包括：caco3：400～600ppm、sio2：100～200ppm、zro2：100～300ppm、nb2o5：100～300ppm、co2o3：2000～3500ppm。

15、优选的，主成分包括组分及含量，fe2o3：57.8～60.2 mol%，zno：3.8～5.0 mol%，其余为mn3o4。

16、本发明的目的还在于提供一种上述制备方法制备得到的高频高居里温度高饱和磁通密度锰锌软磁铁氧体。

17、本发明的目的还在于提供一种上述高频高居里温度高饱和磁通密度锰锌软磁铁氧体在ai数据中心服务器电源、高压dc-dc模块、gpu/cpu多相供电、ups及hvdc配电、网络通信磁性器件中的应用。

18、本发明与上述现有技术1相比，bs有明显优化。本发明采用高铁配方，通过将不同粒度的铁氧体粉和金属铁镍粉混合，增加bs和降低损耗。现有技术2在100℃的bs（490mt）较本发明（500mt）略低，在1mhz，50mt损耗（130kw/m3）较本发明（50 kw/m3）明显恶化。

19、与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下。

20、1、该高频材料适用于mhz的应用场景，满足市场对更小、更轻和更薄电子设备对更高频率下具有低功率损耗的 mnzn 铁氧体材料的需求。

21、2、本材料具有高居里温度和高饱和磁通密度，可保证高温环境下磁性能稳定不劣化，有效抵抗大电流偏置避免磁芯饱和、缩小器件体积并提升功率密度。

22、3、本发明的锰锌软磁铁氧体，在mhz条件下具有高居里温度和高饱、磁通密度和低损耗等特点，达到技术性能、指标和参数如下：

23、初始磁导率μi≥550(t＝25℃，b<0.25mt)；

24、居里温度tc≥320℃(10khz，b<0.25mt)；

25、磁损耗pcv≤50kw/m3(t＝25℃，f＝1mhz，b＝50mt)；pcv≤50kw/m3(t＝100℃，f＝1mhz，b＝50mt)；

26、饱和磁感应强度bs≥580mt(25℃，h＝1194a/m)；bs≥500mt(100℃，h＝1194a/m)。

27、综上，本发明高频高居里温度高饱和磁通密度锰锌软磁铁氧体兼具高居里温度、高饱和磁通密度、高直流叠加和高频低损耗等特性，可作为ai数据中心服务器电源、高压dc-dc模块、gpu/cpu多相供电、ups及hvdc配电、网络通信磁性器件的核心刚需材料，是支撑数据中心高密度、高频化、高温可靠、高能效运行的关键基础软磁材料。