軟磁鐵氧體現(xiàn)狀與發(fā)展

1、軟磁鐵氧體現(xiàn)狀與發(fā)展摘 要：本文討論分析了軟磁鐵氧體國內(nèi)外研究、生產(chǎn)、專用工藝設備、市場現(xiàn)狀。詳細論討了高 磁導率鐵氧體、功率鐵氧體、迭層片式電感器用的鐵氧體粉料等鐵氧體的技術發(fā)展動向。1. 前言軟磁鐵氧體應用廣，用量大的一種磁性材料。1997年世界產(chǎn)量 22 萬噸，其中我國產(chǎn)量 5萬噸，預計 2000年世界產(chǎn)量將達到 30萬噸， 2005年達到 45萬噸，預計今年我國將達到 6 萬噸， 2005 年將超過 15萬噸，約占全世界軟磁鐵氧體總量的1/3 ，占世界第一位。但我國尚存在工藝技術比較低，一些專用工藝設備較落后，造成產(chǎn)品檔次不夠高等問題，有待進 一步解決。在軟磁鐵氧體的產(chǎn)量中，高磁導率鐵

2、氧體約占20，功率鐵氧體約占 25，寬帶射頻鐵氧體，電子鎮(zhèn)流器約占15%，其余的如抗電磁干擾（EMI），偏轉(zhuǎn)磁芯等約占 40%。2技術發(fā)展方向軟磁鐵氧體制備工藝從 80 年代以來，我國引進國外先進工藝設備和工藝技術，使生產(chǎn)規(guī)模和效率有顯著提高， 一些產(chǎn)品性能在較短的時間內(nèi)達到國際水平。但生產(chǎn)的自動化程度還跟不上發(fā)達國家著名 鐵氧體公司，他們生產(chǎn)線用“電腦集成制造” （CIM）和“電腦/人聯(lián)合集成” （CHIM）,95 99 %。用電腦控制自動完成制粉、成型、燒結(jié)、磨削及包裝等工序，使產(chǎn)品合格率達高磁導率鐵氧體由于高磁導率鐵氧體在數(shù)字通訊，光纖通訊及電磁兼容等領域中大量應用，促使其制備工藝逐漸完

3、善，不斷提高性能，國外研制水平卩i為2000023000,國內(nèi)外有關生產(chǎn)水平列于表1。值得提及的表1中列出的卩i值國內(nèi)廠家屬于小批量生產(chǎn)性能，大批量生產(chǎn)的卩i值為 70008000,研制水平為 1200013000。海寧天通電子有限公司陸明岳開發(fā)的產(chǎn)品, 1999年6月通過省級新產(chǎn)品鑒定卩i為13000。北京大學與深圳組建的深圳中核集團公司， 去年10月投產(chǎn)，年生產(chǎn)能力 30噸，產(chǎn)品卩i穩(wěn)定在10000以上，最高能達到 18000。目前除要求高磁導率鐵氧體繼續(xù)提高磁導率外，要求居里溫度Tc高，損耗因數(shù)tg S /卩i溫度系數(shù)ay i要低，并要求隨使用頻率增加磁導率衰減慢，使卩i - f曲線在較

4、寬頻帶內(nèi)保持平直,具有高的截止頻率。預計到 2002 年,國外商品化產(chǎn)品磁導率將提高到 25000左 右。近年來EMI磁芯發(fā)展很快，TDK和美國steward等公司，已有10多種牌號，品種規(guī)格很全， 國內(nèi)尚處在小批量生產(chǎn)階段,是根據(jù)用戶要求生產(chǎn)產(chǎn)品。功率鐵氧體近幾年來, 功率鐵氧體銷售額平均年增長率約10,是 80 年代后期到 90 年代初研究重點,其產(chǎn)品主要應用于高頻開關電源的主變壓器磁芯，具有代表性的產(chǎn)品是以日本TDK公司的PC30 PC40 PC50,國內(nèi)企業(yè)也向這些牌號性能指標努力，現(xiàn)在國內(nèi)能大批量生產(chǎn)的是PC30,只有個別企業(yè)能生產(chǎn) PC4O天通公司大批量生產(chǎn) TP4產(chǎn)品性能與TDK

5、公司的PC40相同，卩 i=2300 25%，在室溫（25C）時，Bs=510mT Br=100mT, Hc=14A/m,在 100kHz, 100C下，Pc=410mw/cm3 p = Q .m, Tc 215 C, d cm3= PC50 國內(nèi)在 1994 年研制成功，但至今未投經(jīng)過一段時間實踐，開關電源主流產(chǎn)品的工作頻率是100300kHz，為了適應需要，TDK公產(chǎn)。司首先推出 PC44 FDK PHILPS、TOK等公司分別推出 6H40 3C94、BHI等牌號產(chǎn)品，使功率損耗比PC40材料降低1/41/3。國內(nèi)天通電子公司等企業(yè)也在加緊開發(fā)相應性能的產(chǎn)品；另外有的開關電源工作頻率發(fā)展

6、到1MHz并與其相應的功率鐵氧體材料也已商品化，在80100Cp）的影響。從表2中可以看出添加物對降低鐵氧體渦流損耗和提高電阻率有 一定的好處，因此，在配料時常常摻入適量添加物來提高鐵氧體性能。今后功率鐵氧體研究開發(fā)產(chǎn)品重點仍然向小型化、高頻化、低損耗化方向發(fā)展。一方面是工作頻率100300kHz鐵氧體，在100kHz, 200mT, 100 C時鐵氧體損耗 Pc降到150Kw/m3左右，另一方面是工作頻率13MHz超高頻開關電源，要求低損耗的MnZn鐵氧體或NiZn鐵氧體。為使軟磁鐵氧體生產(chǎn)專業(yè)化，像永磁鐵氧體一樣有專門生產(chǎn)預燒料企業(yè)提供。過去幾年上 海寶鋼和天通電子公司聯(lián)合生產(chǎn)功率鐵氧體預

7、燒粉料，他們充分利用寶鋼酸洗鋼液提純， 然后將各成分氯化物溶液經(jīng)Ruthner噴霧焙燒爐而獲得 MnZn鐵氧體粉料，這種方法制備粉料的優(yōu)點是顆粒均勻，活性好，不需要預燒。目前處在推廣使用階段。迭層片式電感器用鐵氧體粉料隨著電子設備小型化， 迭層片式電感器用量日益增多， 全球需求量 200億只， 我國 15億只。這項技術首先是 TDK太陽誘電、村田等公司開發(fā)。隨后美國AEM公司創(chuàng)造了疊層技術。1992 年國內(nèi) 898 廠等單位引進生產(chǎn)繞線式片式電感器設備，具有 4億只年生產(chǎn)能力， 1994 年深圳南虹電子陶瓷公司從美國 AEM公司引進生產(chǎn)線。生產(chǎn)全系列迭層片式電感器、片式磁珠、片式 LC 組合件

8、等，年生產(chǎn)能力為 8 億只。在迭層片式電感器生產(chǎn)中，鐵氧體粉料是關鍵，它要求粉料燒結(jié)溫度低于900 C。一般在870 C燒結(jié)后，鐵氧體應具有良好磁化、高電阻率、高品質(zhì)因數(shù)、低溫度系數(shù)、對應力不敏感、有一定的機械強度等。并與Ag漿共燒時不與 Ag漿起化學反應。根據(jù)這些要求，在Ni系和 Li 系鐵氧體中， 在配方和工藝上采取有效的措施有可能達到要的功率鐵氧體材料也已 商品化，在80100Cp）的影響。從表2中可以看出添加物對降低鐵氧體渦流損耗和提高 電阻率有一定的好處，因此，在配料時常常摻入適量添加物來提高鐵氧體性能。今后功率鐵氧體研究開發(fā)產(chǎn)品重點仍然向小型化、高頻化、低損耗化方向發(fā)展。一方面是工

9、作頻率100300kHz鐵氧體，在100kHz, 200mT, 100 C時鐵氧體損耗 Pc降到150Kw/m3左右，另一方面是工作頻率13MHz超高頻開關電源，要求低損耗的MnZn鐵氧體或NiZn鐵氧體。為使軟磁鐵氧體生產(chǎn)專業(yè)化，像永磁鐵氧體一樣有專門生產(chǎn)預燒料企業(yè)提供。過去幾年上 海寶鋼和天通電子公司聯(lián)合生產(chǎn)功率鐵氧體預燒粉料，他們充分利用寶鋼酸洗鋼液提純， 然后將各成分氯化物溶液經(jīng)Ruthner噴霧焙燒爐而獲得 MnZn鐵氧體粉料，這種方法制備粉料的優(yōu)點是顆粒均勻，活性好，不需要預燒。目前處在推廣使用階段。迭層片式電感器用鐵氧體粉料隨著電子設備小型化， 迭層片式電感器用量日益增多， 全球

10、需求量 200億只， 我國 15億只。這項技術首先是 TDK太陽誘電、村田等公司開發(fā)。隨后美國AEM公司創(chuàng)造了疊層技術。1992 年國內(nèi) 898 廠等單位引進生產(chǎn)繞線式片式電感器設備，具有 4億只年生產(chǎn)能力， 1994 年深 片式 LC 組合件等，年生產(chǎn)能力為 8 億只。在迭層片式電感器生產(chǎn)中，鐵氧體粉料是關鍵，它要求粉料燒結(jié)溫度低于900 C。一般在870 C燒結(jié)后，鐵氧體應具有良好磁化、高電阻率、高品質(zhì)因數(shù)、低溫度系數(shù)、對應力不敏感、有一定的機械強度等。并與Ag漿共燒時不與 Ag漿起化學反應。根據(jù)這些要求，在Ni系和 Li 系鐵氧體中， 在配方和工藝上采取有效的措施有可能達到要的功率鐵氧體

11、材料也已 商品化，在80100Cp）的影響。從表2中可以看出添加物對降低鐵氧體渦流損耗和提高 電阻率有一定的好處，因此，在配料時常常摻入適量添加物來提高鐵氧體性能。今后功率鐵氧體研究開發(fā)產(chǎn)品重點仍然向小型化、高頻化、低損耗化方向發(fā)展。一方面是工作頻率100300kHz鐵氧體，在100kHz, 200mT, 100 C時鐵氧體損耗 Pc降到150Kw/m3左右，另一方面是工作頻率13MHz超高頻開關電源，要求低損耗的MnZn鐵氧體或NiZn鐵氧體。為使軟磁鐵氧體生產(chǎn)專業(yè)化，像永磁鐵氧體一樣有專門生產(chǎn)預燒料企業(yè)提供。過去幾年上 海寶鋼和天通電子公司聯(lián)合生產(chǎn)功率鐵氧體預燒粉料，他們充分利用寶鋼酸洗鋼

12、液提純， 然后將各成分氯化物溶液經(jīng)Ruthner噴霧焙燒爐而獲得 MnZn鐵氧體粉料，這種方法制備粉料的優(yōu)點是顆粒均勻，活性好，不需要預燒。目前處在推廣使用階段。迭層片式電感器用鐵氧體粉料隨著電子設備小型化， 迭層片式電感器用量日益增多， 全球需求量 200億只， 我國 15億只。這項技術首先是 TDK太陽誘電、村田等公司開發(fā)。隨后美國AEM公司創(chuàng)造了疊層技術。1992 年國內(nèi) 898 廠等單位引進生產(chǎn)繞線式片式電感器設備，具有 4億只年生產(chǎn)能力， 1994 年深 圳南虹電子陶瓷公司從美國 AEM公司引進生產(chǎn)線。生產(chǎn)全系列迭層片式電感器、片式磁珠、片式 LC 組合件等，年生產(chǎn)能力為 8 億只。

13、在迭層片式電感器生產(chǎn)中，鐵氧體粉料是關鍵，它要求粉料燒結(jié)溫度低于900 C。一般在870 C燒結(jié)后，鐵氧體應具有良好磁化、高電阻率、高品質(zhì)因數(shù)、低溫度系數(shù)、對應力不敏感、有一定的機械強度等。并與Ag漿共燒時不與 Ag漿起化學反應。根據(jù)這些要求，在Ni系和 Li 系鐵氧體中，在配方和工藝上采取有效的措施有可能達到要求。在Ni系鐵氧體中，為了降低燒結(jié)溫度，人們常用低熔點CuCO諏代部分NiO,再摻入適量Li2O, V2O5等助熔劑，使形成 NiCuZn鐵氧體，有人做過的組分和性能列于表 3。為了降低NiCuZn鐵氧體共燒溫度，許正源等人摻入了 Bi2O3,提高了密度和電感 L,但Q值下降，這 由于

14、摻入Bi2O3共燒時出現(xiàn)液相，增加了Ag的遷移所至。筆者認為摻入Bi2O3(2%wt)量可能多些，如果減小到 w,有可能Ag遷移率減小，并對鐵氧體性能有好處。在NiCuZn鐵氧體制備過程中，在工藝上也很重要，有人做過試驗，在不摻入任何助熔劑的配方中，配 料時扣除%wt的Fe2O3用直徑1/4英寸鋼球，料：水為1 : 1球磨72h,獲得粉料平均粒徑 為卩m,在900CC保溫2h,在1MHz頻率下測得卩i=220 , Tc=220C,ay =3X 10-4K1 (2080C) , D=cm3 p =x 108Qp =x 106Q .m, D=cm3,當摻入 %wt的 Bi2O3,在 860C 保溫

15、2h,卩i為450。FDK公司在Li鐵氧體中摻入低熔點鋰玻璃也獲得較好的性能。在LiCuZn、 LiZnTi 、 LiZnMgTi 鐵氧體基礎上進一步做工作，有可能滿足迭層片式電感器粉料 要求。3 工藝設備新工藝、 新技術、 新材料的發(fā)展依賴于專用工藝設備和儀器的進步。 80年代我國 20多家企業(yè)引進了軟磁鐵氧體生產(chǎn)設備，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為專用設備國產(chǎn)化提供了樣板。目前國產(chǎn) N2氣氛保護隧道窯、鐘罩爐、高純度的N2生產(chǎn)設備等均具有生產(chǎn)能力，為我國發(fā)展高性能軟磁鐵氧體打下很好的基礎。眾所周知，高卩i的MnZn鐵氧體燒結(jié)工藝要求有特定的 N2氣氛和溫度曲線，嚴格控制燒結(jié)和冷卻過程中

16、氧分壓，使Fe和Mn得到合適的氧化棗還原狀態(tài)，使產(chǎn)品的晶粒大而均勻、氣孔少、內(nèi)應力小，有利于形成疇壁和疇壁位移。國外一般卩i低于10000的MnZn鐵氧體產(chǎn)品在N2隧道窯中燒結(jié)，卩i大于10000 的產(chǎn)品在N2氣氛保護鐘罩爐中燒結(jié)。筆者在FDK公司考察時，看到該公司就用鐘罩爐燒結(jié)， 這種形式燒結(jié)爐電子 43 所已設計生產(chǎn)出來。電子48所也已設計生產(chǎn)出來 28m長全自動N2氣氛保護推板窯，N2耗量v 30m3/h,溫差w 5C,年產(chǎn)量 248噸左右。燒結(jié)中、高檔 MnZn鐵氧體產(chǎn)品都需要高純度 N2保護。同行們對制 N2設備非常關心，去年10月我們利用開會機會參觀了溫州瑞氣企業(yè)空分設備有限公司，

17、該公司 1 979年創(chuàng)建， 生產(chǎn)規(guī)模較大，曾獲9項國家專利，設備可靠性好。經(jīng)鈍化處理的N2的技術指標：純度%雜質(zhì)含量：O2w 1ppm, CO2C5ppm露點：-60C。他們根據(jù)用戶要求， 露點和純度不變， 也可以把雜質(zhì)含量調(diào)整為O2 5ppm H2 1 ppmo許多同行認為 N2純度達到可以滿足要求。目前一些大企業(yè)，從經(jīng)濟效益考慮，逐步用制N2設備取代瓶裝 N2。這樣更顯示出制 N2設備的重要性。國內(nèi)只有不斷地開發(fā)擁有自己產(chǎn)權(quán)的專用工藝設備和檢測儀器，來支持和促進軟磁鐵氧體 技術發(fā)展，才能使我國成為軟磁鐵氧體生產(chǎn)強國。4 市場要求從國際市場來看，預計需要軟磁鐵氧體用量將保持6%左右增長率。今年全世界彩電總需求量為 122276 萬臺，錄像機 5260 萬臺，攝像機 1327 萬臺，家庭音響 6707 萬臺，汽車音響 7151萬臺，VCD及DVD機 2000萬臺，數(shù)字式錄音機約 3000萬臺，微機約4000萬臺，這樣 多的電子設備需要大量的軟磁鐵氧體材料，估計軟磁鐵氧體用量將按同樣的比率增長。國內(nèi)電子工業(yè)產(chǎn)品需求量將會以15%左右年增長率向前發(fā)展， 高檔產(chǎn)品和出口產(chǎn)品的比率將會很快提高，國內(nèi)需要高檔產(chǎn)品量也不斷增加。據(jù)統(tǒng)計，珠江三角洲地區(qū)磁環(huán)年需量30 億只左右，磁芯約2億只，美國的PULSE臺商YCL等在大陸辦廠的企業(yè)用量也比較大，僅美 國PULSE公