軟磁鐵氧體材料基本類別及主要應(yīng)用Featuresand(共5頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上軟磁鐵氧體材料基本類別及主要應(yīng)用(Features and application of Soft magnet) 軟磁鐵氧體按成份一般分為MnZn、NiZn系尖晶石和平面型兩大類。前者主要用于低、中頻(MnZn)和高頻(NiZn)，后者可用于特高頻范圍；從應(yīng)用角度又可分高磁導(dǎo)率i、高飽和磁通密度Bs、高電阻率及高頻大功率(又稱功率鐵氧體)等幾大類。由于軟磁鐵氧體在高頻作用下具有高導(dǎo)磁率、高電阻率、低損耗等特點，同時還具有陶瓷的耐磨性，因而被廣泛用于工業(yè)和民用等領(lǐng)域。工業(yè)產(chǎn)品主要用于計算機(jī)、通信、電磁兼容等用開關(guān)電源、濾波器和寬帶變壓器等方面；民用產(chǎn)品主要用于電視機(jī)、

2、收錄機(jī)等電子束偏轉(zhuǎn)線圈、回掃變壓器、中周變壓器、電感器及軛流圈部分等。一：國內(nèi)外研發(fā)現(xiàn)狀：在軟磁鐵氧體磁性材料中一般以i5000的材料稱為高磁導(dǎo)率，該材料近年來產(chǎn)量不斷遞增，尤其是隨著當(dāng)今數(shù)字技術(shù)和光纖通信的高速發(fā)展，以及市場對電感器、濾波器、軛流圈、寬帶和脈沖變壓器的需求大量增加，它們所使用的磁性材料都要求i10000以上，從而可使磁芯體積縮小很多，以適應(yīng)元器件向小型化、輕量化發(fā)展要求。另外為滿足使用需求，這類高磁導(dǎo)率小磁芯表面必須很好，平滑圓整，沒有毛刺，且表面上須涂覆一層均勻、致密、絕緣、美觀的有機(jī)涂層，針對這一技術(shù)難點，高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體產(chǎn)業(yè)需求中迫切希望再提高該功能材料的磁導(dǎo)率(i1

3、0000)。上世紀(jì)90年代后，一些國外知名公司如日本TDK、TOKIN、HITACHI、IROX-NKK、FDK、KAWATETSU等、德國SIEMENS、荷蘭Philips、美國SPANG磁性分公司等相繼研發(fā)出新一代超高磁導(dǎo)率H5D(?i=15000)、H5E(?i=18000)鐵氧體材料。日本TDK公司是全球磁性材料最富盛名的領(lǐng)頭羊企業(yè)，他們在早期生產(chǎn)的H5C2(?i=10000)基礎(chǔ)上，又先后開發(fā)了H5C3(?i=12000)、H5D(?i=15000)和H5E(?i=18000)等系列高?軟磁鐵氧體材料；90年代末已試驗成功?i=20000的超高磁導(dǎo)率Mn-Zn鐵氧體材料。TOKIN公

4、司已向市場推出了12000H(?i=12000)、15000H(?i=15000)和18000H(?i=18000)的鐵氧體材料。德國西門子、荷蘭飛利浦、美國SPANG公司分別開發(fā)的高磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體T42、T46、T56、3E6、3E7和MAT-W、MAT-H材料，其中T46:?i=15000、3E7:?i=15000、MAT-H:?i=15000，2000年西門子和飛利浦公司研制的T56、3E9材料最高磁導(dǎo)率已超過?i=18000。雖然，我國軟磁鐵氧體工業(yè)發(fā)展較快，現(xiàn)有的生產(chǎn)廠家通過技術(shù)改造和工藝改進(jìn)已取得不少成果，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量得到明顯提高，但目前國內(nèi)只能大量生產(chǎn)?i=5000-7000

5、的低檔鐵氧體材料，在高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體材料研發(fā)生產(chǎn)上，國內(nèi)與國外的水平與距離相差甚遠(yuǎn)，且大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模還太小，年產(chǎn)量普遍在1000噸以下，i10000的材料生產(chǎn)廠家更是屈指可數(shù)，而初具規(guī)模的國外公司一般年產(chǎn)軟磁鐵氧體在3000噸以上，TDK、FDK等公司年產(chǎn)量更是高達(dá)20000噸以上。依據(jù)我國磁性行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，1999年我國生產(chǎn)i=8000-10000材料的產(chǎn)量很少，但2000年后生產(chǎn)這類中低檔軟磁鐵氧體材料卻有較大改觀。上海、浙江、山東、江蘇、四川等地有一些企業(yè)在研發(fā)生產(chǎn)i10000中高檔材料，如寶鋼天通2000年和2001年相繼開發(fā)出BRL10K(?i=10000)和BRL12K(?

6、i=12000)產(chǎn)品；河北淶水和山東淄博磁材廠2000年也在著力研發(fā)i10000鐵氧體材料；四川一些企業(yè)研發(fā)的高磁導(dǎo)率鐵氧體項目曾獲得國家中小企業(yè)科技創(chuàng)新基金的大力支持，在大生產(chǎn)技術(shù)方面有所突破和創(chuàng)新。浙江橫店東磁中央研究所近幾年先后完成了?i為10000-15000材料的試制，并可實現(xiàn)部分產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，有望朝著國內(nèi)磁性行業(yè)。真正意義上的高磁導(dǎo)率?i軟磁鐵氧體材料，其i值應(yīng)大大超過10000以上才能滿足于通訊、計算機(jī)等IT行業(yè)和電子整機(jī)對各種器件超小型化、微型化、輕量化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展需求。為改變國內(nèi)相關(guān)鐵氧體材料生產(chǎn)企業(yè)長期滯留于抵擋產(chǎn)品、產(chǎn)量低、外觀差、品牌少、缺乏國外市場的競爭力等落后面貌

7、，磁性材料行業(yè)中的有關(guān)企業(yè)必須要高度重視并加大我國高檔軟磁鐵氧體材料的研發(fā)力度，切實地改善現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制備工藝、加工方法，不斷擴(kuò)大配套和出口創(chuàng)匯力度，增強(qiáng)國際競爭力，以順應(yīng)于我國國家產(chǎn)業(yè)政策和國際市場的發(fā)展需求。為此，我國軟磁體氧體行業(yè)應(yīng)合理規(guī)劃和布局產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，集中資金與力量，在培育發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟(jì)和出口基地上下功夫，以具備一定基礎(chǔ)和知名的大中型骨干企業(yè)為龍頭，多建立幾家高檔軟磁鐵氧體生產(chǎn)、出口基地企業(yè)，形成我國軟磁鐵氧體行業(yè)的國家梯隊。NiZn系軟磁鐵氧體材料是另一類產(chǎn)量大、應(yīng)用廣泛的高頻軟磁材料。當(dāng)應(yīng)用頻率在1MHz以下時其性能不如MnZn系鐵氧體，而在1MHz以上時，由于它具有多孔性及高

8、電阻率，其性能大大優(yōu)于MnZn鐵氧體，非常適宜在高頻中使用。 用鎳鋅軟磁鐵氧體材料做成的鐵氧體寬頻帶器件，使用頻率可以做到很寬，其下限頻率可做到幾千赫茲，上限頻率可達(dá)幾千兆赫茲，大大擴(kuò)展了軟磁材料的頻率使用范圍，主要功能是在寬頻帶范圍內(nèi)實現(xiàn)射頻信號的能量傳輸和阻抗變換。由于它們具有頻帶寬、體積小、重量輕等特點而被廣泛應(yīng)用在雷達(dá)、電視、通訊、儀器儀表、自動控制、電子對抗等領(lǐng)域。 世界上現(xiàn)已工業(yè)化生產(chǎn)鎳鋅鐵氧體的國家中，目前，日本TDK、FDK、德國西門子、美國Stealword等公司的產(chǎn)品技術(shù)水平被公認(rèn)為是世界上最高的，射頻寬帶NiZn（磁芯）的工作頻率可達(dá)0.1MHz1.5GHz，品種規(guī)格上千

9、種。而國內(nèi)起步較晚，僅有少數(shù)廠家在開發(fā)低噪聲濾波器和鐵氧體吸收與抑制元件，但與國外的差距較大，尚未系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。 目前，隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，在有線電視系統(tǒng)和閉路電視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起 來的光纖同軸電纜混合（HFC）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，作為綜合信息寬帶網(wǎng)絡(luò)，具有顯著的優(yōu)勢。 HFC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的改造和建設(shè)，需要各種射頻寬帶鐵氧體器件，而射頻寬帶鐵氧體材料（磁芯）系列是制造上述鐵氧體器件的關(guān)鍵磁性材料。HFC的發(fā)展，大大刺激了對射頻寬帶鐵氧體材料及器件的需求。NiZn軟磁鐵氧體材料除廣泛用于HFC寬帶網(wǎng)絡(luò)外，還大量用于抗電磁干擾。使用鎳鋅系軟磁鐵氧體材料制成的濾波器、鐵氧體抑制器是其中最有效、簡單

10、、經(jīng)濟(jì)的辦法之一。因此，在各種電子、電子線路中使用大量各種特性和各種形狀的EMI軟磁鐵氧體磁芯，以滿足抗電磁干擾和電磁兼容的要求?？闺姶鸥蓴_產(chǎn)品和電磁兼容產(chǎn)品發(fā)展的方向是各類磁芯向高磁導(dǎo)率、高頻化、高速、小型化和片式高組裝密度化發(fā)展。如今用Ni-Zn等軟磁材料做成的鐵氧體槳料和導(dǎo)體槳料交替疊層厚膜印刷和燒結(jié)而成、實現(xiàn)小型化表面安裝的器件已經(jīng)實用化，發(fā)展前途光明 二： 高導(dǎo)鐵氧體材料與磁芯數(shù)字技術(shù)和光纖通信技術(shù)，電感器、濾波器、扼流圈、寬帶和脈沖變壓器，電磁干擾（ EMI ），電磁兼容（ EMC ），抑制電磁干擾的共模扼流圈，節(jié)能燈市場磁芯等的發(fā)展，促進(jìn)了高 鐵氧體材料應(yīng)用。高 材料：具有高的磁

11、導(dǎo)率，良好的頻率特性，高居里點，良好的溫度特性。制造高 及超高 鐵氧體軟磁材料，必須精細(xì)調(diào)整配方，優(yōu)選 Fe2O3 的過量程度及Zn/Mn 比例，從而確定 K 1 、 s 盡可能小的最佳配方點，同時加入各種有效雜質(zhì)，改善材料晶粒特性，降低內(nèi)應(yīng)力和嚴(yán)格控制二峰位置，在較低燒結(jié)溫度和普通冷卻方式下，也可以獲得超高 、高居里溫度、良好頻率特性，以及溫度、時間、磁場、壓力穩(wěn)定性俱佳的優(yōu)質(zhì)鐵氧體材料。調(diào)節(jié)好Fe2O3 ，Mn3O4 ， ZnO比例，加入雜質(zhì)，粉碎混合，造粒，成型，在 N2 窯燒結(jié)，推板窯（出爐后真空罐淬火）均可。批量生產(chǎn)的高 、超高 系列材料顯著的特點是，從 i =7000 到 i =1

12、5000 均采用同一基本配方。其工藝路線與普通功率鐵氧體相同，即：干混 振磨 推板窯預(yù)燒 砂磨（加小料） 攪拌、噴霧造粒 壓坯 燒結(jié) 測試包裝。ZnO 含量相對較低，其居里點很高， R7K 材料的 T C 大于 150 ，最高在 160 以上； R10K 材料的 T C 大于 140 ； R12K 材料的 T C 大于 130 ； R15K 材料的 T C 大于 120 ； R20K 材料的 T C 大于 110 。在摻雜系列方面，由于采用通常禁忌的氧化物 C ，對展寬頻帶改善 T 特性，降低燒結(jié)溫度，提高阻抗收到了顯著效果。但高溫?zé)Y(jié)時易出現(xiàn)大晶粒，故加入氧化物 D ，加速完成固相反應(yīng)，細(xì)化

13、晶粒，縮短燒成時間，使磁芯斷面質(zhì)地細(xì)勻致密。對不同用戶訂單的各種要求，分別加入不同含量的氧化物 A 、 B ，這樣組成的系列小料，在功率 N2 窯中與 PC40 產(chǎn)品批量同燒，生產(chǎn) R7K 、 R10K 磁芯，保證了產(chǎn)品性能優(yōu)良。在真空爐和推板窯中，提高溫度，空氣燒結(jié)真空冷卻，也能獲得 R12K 、 R15K 材料。快速低溫?zé)Y(jié) R20K 材料有所突破。 使用普通氧化鐵與錳、鋅原料，精心優(yōu)選主成分配比和破規(guī)加入替代離子后，可獲得性能卓越的高 軟磁鐵氧體材料，尤其是居里點高，頻率特性好，比溫度系數(shù)，比減落系數(shù)及比損耗系數(shù)，比磁滯損耗系數(shù)等均優(yōu)的高 材料。在普通 N2 窯隨同功率鐵氧體低溫?zé)Y(jié)，可

14、保證 7K 、 10K 以上性能。在真空爐專用高 N2 窯燒結(jié)，可獲得 12K 、 15K 以上高性能材料。 在鐘罩爐中低溫快速燒結(jié)可得到性能優(yōu)良的 i 20000 Mn-Zn 材料產(chǎn)品在各種磁性材料中，用量最大的仍然是功率鐵氧體和高磁導(dǎo)率鐵氧體。開關(guān)電源的出現(xiàn)及廣泛應(yīng)用，是電源領(lǐng)域的重大變革。過去開關(guān)電源主要應(yīng)用于計算機(jī)和電信方面，后來擴(kuò)大到彩電、錄像機(jī)、攝錄一體化機(jī)、VCD、DVD、辦公自動化及照明電子等設(shè)備中。為適應(yīng)開關(guān)電源輕、小、薄的要求，需要增大其開關(guān)頻率。而制作開關(guān)電源變壓器磁芯的Mn-Zn鐵氧體材料就必須在較高頻率和較大磁通密度(Bs)下具有良好的磁性能，這類材料被稱為功率鐵氧體

15、。高性能功率鐵氧體應(yīng)有高Bs、高f(居里溫度)、低Po(功耗)等特點。20世紀(jì)70年代初，日本、歐洲廠商為適應(yīng)開關(guān)電源市場的需要，開發(fā)出第一代功率鐵氧體，典型牌號為日本TDK的H35、FDK的H45，這類材料由于功耗較大，且使用時溫升顯著，故一般只用于16kHz25kHz的民用開關(guān)電源。上世紀(jì)80年代初，經(jīng)改進(jìn)實用頻率為25kHz100kHz的第二代功率鐵氧體被開發(fā)出來，其最大特點是呈現(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)功耗(20100，隨溫度升高，功耗呈下降趨勢)，能有效防止溫升造成的電磁性能下降，且綜合指標(biāo)較好，代表性的產(chǎn)品有TDK的PC30、FDK的6H10、德國西門子的N27和荷蘭飛利浦的3C80。 上世紀(jì)8

16、0年代中后期，國外又競相開發(fā)出高頻功耗大幅降低、實用頻率一般可達(dá)100kHz500kHz的第三代材料，如TDK的PC40、PC44、FDK的6H20和6H40、西門子的N72、飛利浦的3C85和3F3，典型性能指標(biāo)為：Bs=490mT510mT，f200，Po=400mW/cm3500mW/cm3(100kHz，200mT，100)，這類材料特別適用于頻率為數(shù)百kHz的高頻開關(guān)電源。進(jìn)入上世紀(jì)90年代后，第四代功率鐵氧體又開發(fā)成功，代表牌號有TDK的PC50、FDK的7H10和7H20、西門子的N49和N59、飛利浦的3F4、日立鐵氧體的SM-1M、東京鐵氧體(TOKIN)的B40等，其功耗大

17、大低于第三代材料，使用頻率一般達(dá)500kHz1000kHz，為開關(guān)電源的進(jìn)一步輕、小、薄奠定了基礎(chǔ)。2004年，日本TDK公司在沉寂了近十年之后推出了具有劃時代意義的新一代功率鐵氧體PC95，它具有高磁導(dǎo)率高Bs、低Br以及比PC4X(PC44PC47)系列材料更低的常溫和高溫功耗(P25350kW/m3，P80280kW/m3，P100350kW/m3，測試條件：100kHz，200mT)等特點，創(chuàng)造了世界軟磁界的又一奇跡。為適應(yīng)計算機(jī)顯示器和數(shù)字高清晰電視發(fā)展的需要，TDK公司在上世紀(jì)90年代還先后推出了專門用于制作回掃變壓器的HV22和HV45功率材料，它們具有高Bs和低功耗的特點，其磁

18、心的直流疊加特性優(yōu)良。隨著數(shù)字技術(shù)、光纖通信和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對電感器、濾波器、扼流圈、寬帶和脈沖變壓器的需求大大增加，它們使用的軟磁鐵氧體要求(磁導(dǎo)率)值很高，而且希望提高工作頻率。通常稱i5000為高磁導(dǎo)率鐵氧體，批量穩(wěn)定生產(chǎn)i10000的材料并不容易。國外生產(chǎn)高磁導(dǎo)率鐵氧體的公司主要有TDK、FDK、西門子和飛利浦，他們均在批量生產(chǎn)1000015000的高材料。另外，隨著電子技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，特別是數(shù)字電路和開關(guān)電源應(yīng)用的普及，EMI問題日趨嚴(yán)重，各國對電子儀器和設(shè)備的EMC性能提出了越來越高的要求，以軟磁鐵氧體磁心為基礎(chǔ)的抗EMI元器件發(fā)展相當(dāng)快，產(chǎn)品種類繁多，如TDK有23個系列；美國Filter公司有16個系列；韓國三星電子抗EMI磁性元器件年銷售額高達(dá)3億。 三：熱敏錳鋅鐵氧體系列材料一種熱敏錳鋅鐵氧體系列材料的制備方法，采用的原材料為Fe2O3，ZnO，CuO及Mn