軟磁鐵氧體基本概念和制備工藝

1、軟磁鐵氧體材料的基本概念和制備工藝軟磁鐵氧體材料的基本概念和制備工藝文獻(xiàn)報(bào)告文獻(xiàn)報(bào)告報(bào)告人：報(bào)告人：xxx時(shí)間：時(shí)間：2013.08.27主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1. 軟磁鐵氧體的基本概念軟磁鐵氧體的基本概念2.2. 軟磁鐵氧體的常見(jiàn)參數(shù)軟磁鐵氧體的常見(jiàn)參數(shù)3.3. 軟磁鐵氧體的制備工藝軟磁鐵氧體的制備工藝Contents1 2013.08.271. 軟磁鐵氧體的概念和分類軟磁鐵氧體的概念和分類（1）軟磁鐵氧體：）軟磁鐵氧體：指指以以Fe2O3為主要成分，與為主要成分，與其它金其它金屬氧化物混合在一起屬氧化物混合在一起通過(guò)粉末冶金通過(guò)粉末冶金的的方法制備而成的矯方法制備而成的矯頑力小，容易磁化的頑

2、力小，容易磁化的功能材料。功能材料。（2）從應(yīng)用角度來(lái)分，可分為三類）從應(yīng)用角度來(lái)分，可分為三類: a.功率鐵氧體功率鐵氧體 b.高磁導(dǎo)率鐵氧體高磁導(dǎo)率鐵氧體 c.抗電磁干擾鐵氧體抗電磁干擾鐵氧體22013.08.271.1 功率鐵氧體功率鐵氧體(1) 主要特征主要特征是在高頻高磁感應(yīng)強(qiáng)度下，仍保持很低的功率是在高頻高磁感應(yīng)強(qiáng)度下，仍保持很低的功率損耗，而且其功率損耗隨磁芯的溫度升高而下降，在損耗，而且其功率損耗隨磁芯的溫度升高而下降，在100 左右達(dá)到最低點(diǎn)，從而使磁芯處于一種良性循環(huán)狀態(tài)。左右達(dá)到最低點(diǎn)，從而使磁芯處于一種良性循環(huán)狀態(tài)。(2)功率鐵氧體是現(xiàn)在產(chǎn)量最大的軟磁材料，功率鐵氧體是

3、現(xiàn)在產(chǎn)量最大的軟磁材料，現(xiàn)代功率鐵氧體現(xiàn)代功率鐵氧體材料主要分為兩大類：一類材料主要分為兩大類：一類為為高頻低功耗材料高頻低功耗材料，主要用于主要用于高頻開(kāi)關(guān)電源；另一類高頻開(kāi)關(guān)電源；另一類為為偏轉(zhuǎn)磁芯偏轉(zhuǎn)磁芯，主要用于高清晰度彩主要用于高清晰度彩色電視機(jī)和顯示器色電視機(jī)和顯示器。32013.08.271.1.1 功率鐵氧體的發(fā)展歷史功率鐵氧體的發(fā)展歷史第二代功率鐵氧體（第二代功率鐵氧體（1984）第一代功率鐵氧體（第一代功率鐵氧體（1975）第三代功率鐵氧體（第三代功率鐵氧體（1990）第四代功率鐵氧體（第四代功率鐵氧體（1995） 代表：代表：TDK H3S FDK H45 Philips

4、 3C8代表：代表：TDK PC30 （H7C1） 代表：代表：TDK PC40 PC44 損耗高，且工作頻率損耗高，且工作頻率僅僅20KHz20世紀(jì)世紀(jì)90年代到年代到21世紀(jì)初世紀(jì)初代表：代表：TDK PC50 Philips 3F3 3F4 3F5 代表：代表：TDK PC44 PC45 PC46 PC47 PC90 PC95 TOKIN BH1具有寬溫低損耗特性和高溫直流疊加特性，功耗低至具有寬溫低損耗特性和高溫直流疊加特性，功耗低至250KW/m3特點(diǎn)是功耗溫度系數(shù)為負(fù)值，工作頻率提高到特點(diǎn)是功耗溫度系數(shù)為負(fù)值，工作頻率提高到25-200KHz高頻損耗大幅下降，工作頻率提高到高頻損耗

5、大幅下降，工作頻率提高到100-500KHz工作頻率從工作頻率從300KHz甚至提高到甚至提高到4MHz開(kāi)關(guān)電源工作頻率不斷提高開(kāi)關(guān)電源工作頻率不斷提高1.1.2 功率鐵氧體的發(fā)展趨勢(shì)功率鐵氧體的發(fā)展趨勢(shì)1發(fā)發(fā)展展趨勢(shì)趨勢(shì) 繼續(xù)向超低功繼續(xù)向超低功耗方向發(fā)展耗方向發(fā)展繼續(xù)向高頻化繼續(xù)向高頻化方向發(fā)展方向發(fā)展向多元化方向發(fā)展，其向多元化方向發(fā)展，其一：寬溫低損耗材料；一：寬溫低損耗材料；其二：高其二：高Bs低損耗材料低損耗材料 可以看出，今后功率鐵氧體材料研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)仍然是向小型化、高頻可以看出，今后功率鐵氧體材料研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)仍然是向小型化、高頻化、低損耗化方向發(fā)展，同時(shí)要求材料具有更高的室

6、溫及高溫化、低損耗化方向發(fā)展，同時(shí)要求材料具有更高的室溫及高溫Bs、更好的、更好的直流疊加特性及溫度特性等。直流疊加特性及溫度特性等。5 2013.08.271.1.3 功率鐵氧體的部分產(chǎn)品性能指標(biāo)功率鐵氧體的部分產(chǎn)品性能指標(biāo)62013.08.271.2 高起始磁導(dǎo)率鐵氧體高起始磁導(dǎo)率鐵氧體（1）概念：磁導(dǎo)率是衡量軟磁鐵氧體材料性能的主要基本）概念：磁導(dǎo)率是衡量軟磁鐵氧體材料性能的主要基本參數(shù)，通常將初始磁導(dǎo)率在參數(shù)，通常將初始磁導(dǎo)率在5000材料稱為高磁導(dǎo)率鐵氧體。材料稱為高磁導(dǎo)率鐵氧體。（2）主要特征：是磁導(dǎo)率特別高）主要特征：是磁導(dǎo)率特別高, 一般要求達(dá)到一般要求達(dá)到10000以上以上,

7、 且損耗較小，從而可積縮小磁芯體適應(yīng)元器件向小型化、輕且損耗較小，從而可積縮小磁芯體適應(yīng)元器件向小型化、輕量化發(fā)展的需要。量化發(fā)展的需要。（3）應(yīng)用：）應(yīng)用：高磁導(dǎo)率鐵氧體材料主要用于高磁導(dǎo)率鐵氧體材料主要用于寬帶變壓器、漏寬帶變壓器、漏電保護(hù)器、電保護(hù)器、寬頻帶電感器、變壓器和電子鎮(zhèn)流器中。寬頻帶電感器、變壓器和電子鎮(zhèn)流器中。72013.08.271.2.1 高磁導(dǎo)率鐵氧體發(fā)展歷程高磁導(dǎo)率鐵氧體發(fā)展歷程德國(guó)德國(guó)siemens i=40000，Tc=40oC，無(wú)實(shí)用價(jià)值無(wú)實(shí)用價(jià)值1966年年1971年年80年代年代21世紀(jì)世紀(jì)高磁導(dǎo)率高磁導(dǎo)率TDK H5C3 i=13K H5C5 i=30K

8、H5C5的損耗更小的損耗更小日本住友日本住友 i=20000并能在較寬的溫度范并能在較寬的溫度范圍內(nèi)保持磁導(dǎo)率圍內(nèi)保持磁導(dǎo)率Tc從從40oC提高到提高到130oC低的總諧波失真低的總諧波失真TDK DN40 DN70EPCOS T38 T66T66的溫度穩(wěn)定性更好的溫度穩(wěn)定性更好8 2013.08.271.2.2 高磁導(dǎo)率鐵氧體的發(fā)展趨勢(shì)高磁導(dǎo)率鐵氧體的發(fā)展趨勢(shì) 三大發(fā)展趨勢(shì)三大發(fā)展趨勢(shì)高磁導(dǎo)率鐵氧體有更好的直流疊加性能高磁導(dǎo)率鐵氧體有更好的直流疊加性能高磁導(dǎo)率鐵氧體磁芯有低的總諧波失真高磁導(dǎo)率鐵氧體磁芯有低的總諧波失真更高的磁導(dǎo)率，高居里溫度更高的磁導(dǎo)率，高居里溫度Tc，低損，低損耗和低溫度

9、系數(shù)，高截止頻率，即寬耗和低溫度系數(shù)，高截止頻率，即寬頻高磁導(dǎo)率頻高磁導(dǎo)率92013.08.271.2.3 高磁導(dǎo)率鐵氧體部分產(chǎn)品的性能指標(biāo)高磁導(dǎo)率鐵氧體部分產(chǎn)品的性能指標(biāo)10 2013.08.271.3 抗電磁干擾鐵氧體抗電磁干擾鐵氧體（1）利用鐵氧體材料的電磁損耗機(jī)理，對(duì)電磁干擾信號(hào)進(jìn)利用鐵氧體材料的電磁損耗機(jī)理，對(duì)電磁干擾信號(hào)進(jìn)行大量吸收，達(dá)到抗電磁干擾的目的，主要用于固定電感行大量吸收，達(dá)到抗電磁干擾的目的，主要用于固定電感器、抗電磁干擾濾波器、抑制器和片式電感器。器、抗電磁干擾濾波器、抑制器和片式電感器。（2）抗電磁干擾材料通常為）抗電磁干擾材料通常為NiZn鐵氧體材料，這類材料電鐵

10、氧體材料，這類材料電阻率高，可用于高頻。但阻率高，可用于高頻。但NiZn 鐵氧體材料磁導(dǎo)率相對(duì)較鐵氧體材料磁導(dǎo)率相對(duì)較低，低頻阻抗小，在低頻抗電磁干擾能力較弱，所以低頻低，低頻阻抗小，在低頻抗電磁干擾能力較弱，所以低頻抗抗EMI材料通常用材料通常用MnZn鐵氧體材料。鐵氧體材料。（3）抗電磁干擾）抗電磁干擾MnZn鐵氧體材料的發(fā)展趨勢(shì)：更高阻抗，鐵氧體材料的發(fā)展趨勢(shì)：更高阻抗，更寬頻率范圍內(nèi)有高的阻抗。更寬頻率范圍內(nèi)有高的阻抗。112013.08.272. 軟磁鐵氧體的常見(jiàn)參數(shù)軟磁鐵氧體的常見(jiàn)參數(shù)2.1.1 起始磁導(dǎo)率概念起始磁導(dǎo)率概念起始磁導(dǎo)率起始磁導(dǎo)率i是材料在弱磁場(chǎng)磁化過(guò)程中的一個(gè)宏觀特

11、性表是材料在弱磁場(chǎng)磁化過(guò)程中的一個(gè)宏觀特性表示量，示量，是磁性材料的磁導(dǎo)率（是磁性材料的磁導(dǎo)率（B/H）在磁性曲線始端的極限）在磁性曲線始端的極限值，值，其微觀機(jī)制是可逆磁疇矢量轉(zhuǎn)動(dòng)和可逆疇壁位移，起始其微觀機(jī)制是可逆磁疇矢量轉(zhuǎn)動(dòng)和可逆疇壁位移，起始磁導(dǎo)率是這兩個(gè)磁化過(guò)程的疊加。磁導(dǎo)率是這兩個(gè)磁化過(guò)程的疊加。公式：公式：00-01lim:H/mHABTiHBH7真空磁導(dǎo)率（410）；：磁場(chǎng)強(qiáng)度（ /m）； ：磁通密度（ ）122013.08.272.1.2 高高i的優(yōu)勢(shì)與不足的優(yōu)勢(shì)與不足優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)1：優(yōu)勢(shì)3：優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)2不足不足相同電感量要求下，器件體積可相同電感量要求下，器件體積可以越小，這對(duì)小

12、型化十分必要以越小，這對(duì)小型化十分必要由于線圈匝數(shù)少，導(dǎo)線電阻造由于線圈匝數(shù)少，導(dǎo)線電阻造成的鋼損相應(yīng)下降成的鋼損相應(yīng)下降i高的材料，出現(xiàn)疇壁共振、自然共高的材料，出現(xiàn)疇壁共振、自然共振的頻率必然低，在高頻應(yīng)用時(shí)，將振的頻率必然低，在高頻應(yīng)用時(shí)，將出現(xiàn)很大的共振損耗，使出現(xiàn)很大的共振損耗，使Rx增大增大高i在磁路中漏磁一類的雜散磁場(chǎng)的在磁路中漏磁一類的雜散磁場(chǎng)的影響也可減小影響也可減小因此，選擇材料的因此，選擇材料的值，應(yīng)根據(jù)工作頻率與所要求的值，應(yīng)根據(jù)工作頻率與所要求的Q值來(lái)決定。值來(lái)決定。132013.08.272.1.3 提高軟磁鐵氧體提高軟磁鐵氧體i的條件的條件（1）原材料：純度高、活

13、性好、雜質(zhì)少，特別應(yīng)注意半徑原材料：純度高、活性好、雜質(zhì)少，特別應(yīng)注意半徑較大的雜質(zhì)離子。較大的雜質(zhì)離子。（2）配方基本成分不僅要滿足高配方基本成分不僅要滿足高M(jìn)s，更要滿足，更要滿足K10，s0的條件的條件, 加入必要的添加劑起改善磁性能的作用。加入必要的添加劑起改善磁性能的作用。（3）保證獲得高密度及優(yōu)良顯微結(jié)構(gòu)的工藝條件，二次還）保證獲得高密度及優(yōu)良顯微結(jié)構(gòu)的工藝條件，二次還原燒結(jié)法和平衡氣氛燒結(jié)法是獲得隱定優(yōu)良性能必不可少原燒結(jié)法和平衡氣氛燒結(jié)法是獲得隱定優(yōu)良性能必不可少的條件。的條件。（4）采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚫纳骑@微結(jié)構(gòu)性能，促使均勻）采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚫纳骑@微結(jié)構(gòu)性能，促使均勻

14、化，消除內(nèi)應(yīng)力，調(diào)節(jié)離子化，消除內(nèi)應(yīng)力，調(diào)節(jié)離子、空位的穩(wěn)定分布狀態(tài)?？瘴坏姆€(wěn)定分布狀態(tài)。142013.08.272.2 磁損耗磁損耗（1）軟磁材料在弱交變磁場(chǎng)中一方面會(huì)受磁化而儲(chǔ)能，另軟磁材料在弱交變磁場(chǎng)中一方面會(huì)受磁化而儲(chǔ)能，另一方面由于各種原因造成一方面由于各種原因造成B落后于落后于H而產(chǎn)生損耗，即材料從而產(chǎn)生損耗，即材料從交變場(chǎng)中吸收能并以熱的形式耗散的功率。交變場(chǎng)中吸收能并以熱的形式耗散的功率。（2）一般）一般用用tan/i來(lái)衡量材料的損耗特性來(lái)衡量材料的損耗特性，通常要求通常要求tan/i越小或越小或Q乘積越高越好。乘積越高越好。（3）磁損耗分類磁損耗分類: 粗略考慮，鐵氧體材料的

15、單位體積的總磁粗略考慮，鐵氧體材料的單位體積的總磁損耗損耗W是由渦流損耗是由渦流損耗W、磁滯損耗、磁滯損耗Wh和剩余損耗和剩余損耗We三部分三部分所組成，即：所組成，即：WW+Wh+We152013.08.272.2.2 降低磁損耗的方法降低磁損耗的方法渦流損耗：渦流損耗：比比渦流渦流損耗與樣品的厚損耗與樣品的厚度度d2和頻率和頻率f成正比，而成正比，而與電阻率與電阻率成反比。降低渦流損耗的關(guān)鍵是減小樣品的厚成反比。降低渦流損耗的關(guān)鍵是減小樣品的厚度度d或或(半徑半徑R）和提高材料的電阻率）和提高材料的電阻率。磁滯損耗磁滯損耗：對(duì)于低頻軟磁材料，特別是工作磁場(chǎng)較高時(shí)，磁對(duì)于低頻軟磁材料，特別是

16、工作磁場(chǎng)較高時(shí)，磁滯損耗在總損耗中占有較大的比例。粒較小、均勻、形狀滯損耗在總損耗中占有較大的比例。粒較小、均勻、形狀完整，晶界較厚、氣孔少、各向異性完整，晶界較厚、氣孔少、各向異性K1較小較小。剩余損耗剩余損耗：軟磁鐵氧體的剩余損耗在低溫主要由軟磁鐵氧體的剩余損耗在低溫主要由Fe2+ Fe3+e之間的電子擴(kuò)散引起，損耗也延續(xù)到高溫。防止擴(kuò)之間的電子擴(kuò)散引起，損耗也延續(xù)到高溫。防止擴(kuò)散考慮，必須控制散考慮，必須控制Fe2+含量。含量。162013.08.272.3 穩(wěn)定性穩(wěn)定性2.3.1 時(shí)間穩(wěn)定性時(shí)間穩(wěn)定性 （1）減落：）減落：磁導(dǎo)率隨時(shí)間的減落是一種可逆的變化，它是磁導(dǎo)率隨時(shí)間的減落是一種

17、可逆的變化，它是 材料的不穩(wěn)定性之一，這種現(xiàn)象較為嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電路工材料的不穩(wěn)定性之一，這種現(xiàn)象較為嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電路工作不穩(wěn)定作不穩(wěn)定。 通過(guò)控制通過(guò)控制控制控制Fe2+數(shù)量數(shù)量和優(yōu)化燒結(jié)工藝的方法降低減落。和優(yōu)化燒結(jié)工藝的方法降低減落。（2）材料的磁特性隨時(shí)間增長(zhǎng)而不斷下降，材料的磁特性隨時(shí)間增長(zhǎng)而不斷下降，且且這種變這種變 化化 是是 不可逆變化，則稱為磁老化。不可逆變化，則稱為磁老化。 采用人工老化辦法可達(dá)到在應(yīng)用時(shí)的穩(wěn)定性。采用人工老化辦法可達(dá)到在應(yīng)用時(shí)的穩(wěn)定性。172013.08.272.3.2 溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性 鐵鐵氧體氧體的的居里溫度居里溫度f(wàn)比金屬磁低，穩(wěn)定性比金屬磁差，組

18、比金屬磁低，穩(wěn)定性比金屬磁差，組成和價(jià)態(tài)易受外界影響而發(fā)生變化，給材料制造和使用造成和價(jià)態(tài)易受外界影響而發(fā)生變化，給材料制造和使用造成困難。成困難。i隨溫度的變化將引起電感量的改變從而影響電隨溫度的變化將引起電感量的改變從而影響電感器件工作的穩(wěn)定性。作為使用材料的要求，希望溫度穩(wěn)感器件工作的穩(wěn)定性。作為使用材料的要求，希望溫度穩(wěn)定性越高即比溫度系數(shù)定性越高即比溫度系數(shù)a/i值越小越好值越小越好。 軟磁鐵氧體的起始磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體的起始磁導(dǎo)率i隨溫度的變化有一個(gè)或兩個(gè)峰隨溫度的變化有一個(gè)或兩個(gè)峰值，峰值的出現(xiàn)是由于磁導(dǎo)率值，峰值的出現(xiàn)是由于磁導(dǎo)率i與飽和磁化強(qiáng)度與飽和磁化強(qiáng)度Ms2成正成正比，與磁晶各向異性常數(shù)比，與磁晶各向異性常數(shù)K1、磁致伸縮系數(shù)、磁致伸縮系數(shù)s與內(nèi)應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力i的乘積成反比，而這些參量都是溫度的函數(shù)，因此，磁導(dǎo)的乘積成反比，而這些參量都是溫度的函數(shù)，因此，磁導(dǎo)率率i就是溫度的復(fù)雜函數(shù)。就是溫度的復(fù)雜函數(shù)。182013.08.272.4 截止頻率截止頻率 由由于軟磁材料疇壁共振及自然共振的影響，使軟磁材料的于軟磁材料疇壁共振及自然共振的影響，使軟磁材料的值降為起始值的一半且值降為起始值的一半且”達(dá)到峰值時(shí)的頻率，稱為截止達(dá)到峰值時(shí)的頻率，稱為