軟磁鐵氧體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)告報(bào)告人：xxx時(shí)間：2013.08.27主要內(nèi)容1.軟磁鐵氧體的基本概念2.軟磁鐵氧體的常見參數(shù)3.軟磁鐵氧體的制備工藝Contents12013.08.271.軟磁鐵氧體的概念和分類（1）軟磁鐵氧體：指以Fe2O3為主要成分，與其它金屬氧化物混合在一起通過粉末冶金的方法制備而成的矯頑力小，容易磁化的功能材料。（2）從應(yīng)用角度來分，可分為三類:a.功率鐵氧體b.高磁導(dǎo)率鐵氧體c.抗電磁干擾鐵氧體22013.08.271.1功率鐵氧體(1)

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)。(2)功率鐵氧體是現(xiàn)在產(chǎn)量最大的軟磁材料，現(xiàn)代功率鐵氧體材料主要分為兩大類：一類為高頻低功耗材料，主要用于高頻開關(guān)電源；另一類為偏轉(zhuǎn)磁芯，主要用于高清晰度彩色電視機(jī)和顯示器。32013.08.271.1.1功率鐵氧體的發(fā)展歷史第二代功率鐵氧體（1984）第一代功率鐵氧體（1975）第三代功率鐵氧體（1990）第四代功率鐵氧體（1995）

代表：TDKH3SFDKH45Philips3C8代表：TDKPC30（H7C1）

代表：TDKPC40PC44

損耗高，且工作頻率僅20KHz20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初代表：TDKPC50Philips3F33F43F5

代表：TDKPC44PC45PC46PC47PC90PC95TOKINBH1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25-200KHz高頻損耗大幅下降，工作頻率提高到100-500KHz工作頻率從300KHz甚至提高到4MHz開關(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1發(fā)展趨勢

繼續(xù)向超低功耗方向發(fā)展繼續(xù)向高頻化方向發(fā)展向多元化方向發(fā)展，其一：寬溫低損耗材料；其二：高Bs低損耗材料可以看出，今后功率鐵氧體材料研究開發(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溫及高溫Bs、更好的直流疊加特性及溫度特性等。52013.08.271.1.3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（1）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5000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,一般要求達(dá)到10000以上,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。（3）應(yīng)用：高磁導(dǎo)率鐵氧體材料主要用于寬帶變壓器、漏電保護(hù)器、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)展歷程德國siemensμi=40000，Tc=40oC，無實(shí)用價(jià)值1966年1971年80年代21世紀(jì)高磁導(dǎo)率TDKH5C3μi=13KH5C5μi=30KH5C5的損耗更小日本住友μi=20000并能在較寬的溫度范圍內(nèi)保持磁導(dǎo)率Tc從40oC提高到130oC低的總諧波失真TDKDN40DN70EPCOST38T66T66的溫度穩(wěn)定性更好82013.08.271.2.2高磁導(dǎo)率鐵氧體的發(fā)展趨勢

三大發(fā)展趨勢高磁導(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更高的磁導(dǎo)率，高居里溫度Tc，低損耗和低溫度系數(shù)，高截止頻率，即寬頻高磁導(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)102013.08.271.3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)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。（2）抗電磁干擾材料通常為NiZn鐵氧體材料，這類材料電阻率高，可用于高頻。但NiZn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，所以低頻抗EMI材料通常用MnZn鐵氧體材料。（3）抗電磁干擾MnZn鐵氧體材料的發(fā)展趨勢：更高阻抗，更寬頻率范圍內(nèi)有高的阻抗。112013.08.272.軟磁鐵氧體的常見參數(shù)2.1.1起始磁導(dǎo)率概念起始磁導(dǎo)率μi是材料在弱磁場磁化過程中的一個(gè)宏觀特性表示量，是磁性材料的磁導(dǎo)率（B/H）在磁性曲線始端的極限值，其微觀機(jī)制是可逆磁疇矢量轉(zhuǎn)動(dòng)和可逆疇壁位移，起始磁導(dǎo)率是這兩個(gè)磁化過程的疊加。公式：122013.08.272.1.2高μi的優(yōu)勢與不足優(yōu)勢1：優(yōu)勢3：優(yōu)勢2不足相同電感量要求下，器件體積可以越小，這對(duì)小型化十分必要由于線圈匝數(shù)少，導(dǎo)線電阻造成的鋼損相應(yīng)下降μi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)，將出現(xiàn)很大的共振損耗，使Rx增大高μi在磁路中漏磁一類的雜散磁場的影響也可減小因此，選擇材料的μ值，應(yīng)根據(jù)工作頻率與所要求的Q值來決定。132013.08.272.1.3提高軟磁鐵氧體μi的條件（1）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。（2）配方基本成分不僅要滿足高M(jìn)s，更要滿足K1≈0，λs≈0的條件,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。（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)。142013.08.272.2磁損耗（1）軟磁材料在弱交變磁場中一方面會(huì)受磁化而儲(chǔ)能，另一方面由于各種原因造成B落后于H而產(chǎn)生損耗，即材料從交變場中吸收能并以熱的形式耗散的功率。（2）一般用tanδ/μi來衡量材料的損耗特性，通常要求tanδ/μi越小或μQ乘積越高越好。（3）磁損耗分類:粗略考慮，鐵氧體材料的單位體積的總磁損耗W是由渦流損耗Wδ、磁滯損耗Wh和剩余損耗We三部分所組成，即：W≈Wδ+Wh+We152013.08.272.2.2降低磁損耗的方法渦流損耗：比渦流損耗與樣品的厚度d2和頻率f成正比，而與電阻率ρ成反比。降低渦流損耗的關(guān)鍵是減小樣品的厚度d或(半徑R）和提高材料的電阻率ρ。磁滯損耗：對(duì)于低頻軟磁材料，特別是工作磁場較高時(shí)，磁滯損耗在總損耗中占有較大的比例。粒較小、均勻、形狀完整，晶界較厚、氣孔少、各向異性K1較小。剩余損耗：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)散考慮，必須控制Fe2+含量。162013.08.272.3穩(wěn)定性2.3.1時(shí)間穩(wěn)定性（1）減落：磁導(dǎo)率隨時(shí)間的減落是一種可逆的變化，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)造成電路工作不穩(wěn)定。通過控制控制Fe2+數(shù)量和優(yōu)化燒結(jié)工藝的方法降低減落。（2）材料的磁特性隨時(shí)間增長而不斷下降，且這種變

化

是不可逆變化，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。172013.08.272.3.2溫度穩(wěn)定性鐵氧體的居里溫度?f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困難。μi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)定性越高即比溫度系數(shù)aμ/μi值越小越好。軟磁鐵氧體的起始磁導(dǎo)率μi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μi與飽和磁化強(qiáng)度Ms2成正比，與磁晶各向異性常數(shù)K1、磁致伸縮系數(shù)λs與內(nèi)應(yīng)力δi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μi就是溫度的復(fù)雜函數(shù)。182013.08.272.4截止頻率由于軟磁材料疇壁共振及自然共振的影響，使軟磁材料的μ’值降為起始值的一半且μ”達(dá)到峰值時(shí)的頻率，稱為截止頻率fr。按照不同的適用頻率分：中低頻段（20～150kHz）、中高頻段（100～500kHz）、超高頻段（500~1MHz）。

截止頻率是軟磁材料能夠應(yīng)用的頻率范圍的重要標(biāo)志。材料的μi愈高，其截止頻率fr愈低。各類軟磁鐵氧體材料的fr不同，其應(yīng)用頻率上限與fr有關(guān)。如材料的Q值高，使用時(shí)的要求較低，應(yīng)用頻率可高些。192013.08.271.3