寬溫低損耗MnZn功率鐵氧體的研究和發(fā)展

1、寬溫低損耗MnZn功率鐵氧體的發(fā)展和制備摘要  介紹了MnZn功率鐵氧體材料及其制備工藝的近況和發(fā)展趨勢。 一、前言 軟磁鐵氧體材料的發(fā)明與實(shí)用化，至今已有70多年。由于它具有高磁導(dǎo)率、高電阻率、低損耗、易于加工成各種形狀以及主要原材料成本相對價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)，因而可以用它制作成各種電子變壓器、開關(guān)電源、逆變器、濾波器、扼流圈、電感器、電子鎮(zhèn)流器等，廣泛應(yīng)用于家用電器、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、通信、辦公自動(dòng)化、顯示器、遠(yuǎn)程監(jiān)控、電磁兼容、綠色照明、環(huán)保節(jié)能等領(lǐng)域。軟磁鐵氧體的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)展，目前在汽車電子、新能源領(lǐng)域又獲得了大量應(yīng)用。軟磁鐵氧體是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)中最重要的基

2、礎(chǔ)功能材料之一，與國家經(jīng)濟(jì)和人民的日常生活息息相關(guān)。 最近幾十年來軟磁鐵氧體始終保持著快速發(fā)展的勢頭，其中MnZn鐵氧體約占軟磁鐵氧體總產(chǎn)量的70%左右, 而MnZn功率鐵氧體占MnZn鐵氧體總產(chǎn)量的70%左右, 所以國內(nèi)外各個(gè)鐵氧體公司非常重視對MnZn功率鐵氧體材料的研究，投入了大量人力、物力、財(cái)力在這個(gè)領(lǐng)域中。 目前國內(nèi)MnZn功率鐵氧體的發(fā)展已從熱衷于新材料開發(fā)延伸到重視生產(chǎn)工藝研究和生產(chǎn)設(shè)備開發(fā)。二、 MnZn功率鐵氧體材料發(fā)展趨勢探討 2.1 低損耗材料的發(fā)展趨勢 降低損耗，這一技術(shù)趨勢一直是功率鐵氧體

3、材料幾十年來的主要發(fā)展特征。綜合半導(dǎo)體和電子線路技術(shù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，幾十年來開關(guān)電源的工作頻率普遍在20300kHz左右。針對這一需求，日本陸續(xù)推出了具有代表性的PC30、PC40、PC44、PC47等低損耗材料，這些材料的典型特征是不斷降低功率損耗（f=100kHz,B=200mT）。2.2 寬溫低損耗材料的發(fā)展趨勢 自從2003年日本推出了寬溫低損耗材料PC95，揭開了寬溫應(yīng)用領(lǐng)域節(jié)能時(shí)代的序幕，國內(nèi)外都掀起了研究寬溫低損耗材料的熱潮。2.3 高飽和磁通密度材料的發(fā)展趨勢 日本相繼推出了PC33、PC90高飽和磁通密度材料，后有公司相繼推出了4H45、4

4、H47高飽和磁通密度材料；PC90材料不僅在高溫100時(shí)飽和磁通密度高達(dá)450mT,而且功率損耗很低，只比PC44材料略高一點(diǎn)；4H47材料在高溫100時(shí)飽和磁通密度高達(dá)470mT。目前高溫（100）飽和磁通密度為470mT甚至500mT以上的鐵氧體材料都有報(bào)道，但是損耗太高，預(yù)計(jì)這類材料今后開發(fā)的熱點(diǎn)是在保證高溫（100）飽和磁通密度為470mT甚至500mT的情況下進(jìn)一步降低損耗。2.4 向?qū)挏氐蛽p耗并兼顧高飽和磁通密度發(fā)展的趨勢 隨著電子變壓器小型化的發(fā)展，整機(jī)及變壓器設(shè)計(jì)者不斷對磁性材料提出更高的要求，MnZn功率鐵氧體材料一種新的發(fā)展需求是寬溫低損耗并具有高飽和磁

5、通密度，2.5高頻低損耗材料的發(fā)展趨勢 前面討論的低損耗功率鐵氧體材料，主要適用于300kHz以下的開關(guān)功率設(shè)備中，基本滿足了目前市場上的大部分電子產(chǎn)品的需求。但隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，適用于500kHz，甚至高達(dá)3MHz頻率的器件也有所供應(yīng)，并且其市場需求呈現(xiàn)快速增長的趨勢，所以相應(yīng)的就需求適用于更高頻率的功率鐵氧體材料。開發(fā)高頻（500kHz1MHz）損耗更低的材料是發(fā)展趨勢之一,開發(fā)更高頻率應(yīng)用的材料也是發(fā)展趨勢之一，寬溫節(jié)能在高頻（500kHz1MHz）情況下也同樣有需要，因此開發(fā)寬溫高頻低損耗材料也將是發(fā)展趨勢之一。三、MnZn功率鐵氧體制備工藝的近況和發(fā)展趨勢 國

6、內(nèi)對軟磁鐵氧體的工藝研究越來越重視，研究的重點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。 3.1粉料制備技術(shù) （1）粉料自動(dòng)化制備技術(shù)發(fā)展迅速 （2）干法、濕法工藝的對比研究 這里的干法、濕法都是氧化物法，區(qū)別在于原料混和時(shí)是采用干法混和還是濕法混和，是業(yè)內(nèi)的一個(gè)通俗叫法。干法、濕法二者相比各有特色，哪種方法絕對占優(yōu)勢在業(yè)內(nèi)尚未達(dá)成共識(shí)，一般認(rèn)為濕法的均勻性較好，干法較省能，出料率較高，成本較低。最近我們對兩種工藝的成份均勻性進(jìn)行了研究。（3）干法工藝中成份均勻性研究 對同一批次用振動(dòng)磨機(jī)干法混合的“紅振料”進(jìn)行抽樣分析主成份，分析結(jié)果見下表。從表中可見同一批次紅振料之

7、間成份波動(dòng)較大，均勻性較差。  同一批次紅振料主成份抽樣分析結(jié)果（4）濕法工藝中成份均勻性研究 經(jīng)濕法混合并用噴霧干燥法脫水獲得“紅噴料”，其同一批次抽樣分析主成份的均勻性情況見下表1，對不同批次紅噴料的主成份抽樣分析情況見表2。 從表1可見濕法工藝中相同批次之間成份均勻性很好; 從表2可見不同批次之間成份出現(xiàn)較大波動(dòng)，可能與稱量誤差、原料化漿時(shí)的沾壁和原料含水量不一致有關(guān)。表1  同一批次紅噴料主成份抽樣分析結(jié)果表2  不同批次紅噴料主成份抽樣分析結(jié)果（5）用于生產(chǎn)工藝控制的分析儀器更加先進(jìn) 諸如激光衍射粒度分析

8、儀、X射線熒光分析儀、氮吸附法比表面積分析儀等高檔儀器已成為粉料日常生產(chǎn)工藝控制的重要工具。3.2 成型技術(shù) （1）粉末干壓技術(shù) 粉末干壓技術(shù)日益嫻熟，但是象類似EFD 形狀的超薄而長的磁心的生產(chǎn)仍然是難點(diǎn)，只有少數(shù)企業(yè)掌握了該類磁心的成型技術(shù)。 （2）旋轉(zhuǎn)壓機(jī)的大量應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)壓機(jī)在MnZn功率鐵氧體磁心毛坯的成型上獲得大量應(yīng)用，以往旋轉(zhuǎn)壓機(jī)大量使用在NiZn鐵氧體上，或是簡單形狀的MnZn鐵氧體磁心例如環(huán)形、E形等。目前比較復(fù)雜形狀，如EC形、RM形、PQ形和EOP形等，也可使用旋轉(zhuǎn)壓機(jī)成型，并采用自動(dòng)排坯技術(shù)大大提高了成型效率。3

9、.3燒結(jié)技術(shù) MnZn鐵氧體大生產(chǎn)用鐘罩爐目前以八垛鐘罩爐為主。由于國內(nèi)生產(chǎn)八垛鐘罩爐的技術(shù)水平不斷提高和價(jià)格下降以及最近的限電，帶來八垛鐘罩爐需求的快速增長。十二垛、十六垛鐘罩爐也有生產(chǎn)，并且由于比八垛爐產(chǎn)量成倍增長和單位產(chǎn)量能耗更低，我們預(yù)測十二垛、十六垛鐘罩爐的生產(chǎn)和在MnZn鐵氧體燒結(jié)上的使用將快速增長，可能成為以后鐘罩爐發(fā)展的主流。國內(nèi)的鐘罩爐目前有氣氛自動(dòng)控制和氣氛手動(dòng)兩種，氣氛手動(dòng)鐘罩爐由于價(jià)格相對較低，將進(jìn)一步占領(lǐng)燒結(jié)窯爐的一席之地。 由于推板窯的產(chǎn)量大，相對能耗低，仍然是燒結(jié)設(shè)備的主流。特別是雙推板窯由于節(jié)能、低的窯爐價(jià)格與產(chǎn)能比、高的產(chǎn)能與占地比，因此最近新上的推板窯基本上是雙推板窯。各廠家對推板窯的燒結(jié)技術(shù)都很重視，而且注重研究毛坯的裝載方式，許多公司采用了墊磁片或鋯板的方式提高底層產(chǎn)品的性能，氧化鋁粉部分被氧化鋯粉替代，燒結(jié)工藝更加完善。3.4  磨加工技術(shù) 磨面、磨底、再磨面、開氣隙可以在一套組合式磨床上一氣完成，節(jié)省了磨一面后再排列的人工，特別