軟磁鐵氧體材料基本知識、特性參數(shù)和定義

軟磁鐵氧體材料基本知識、特性參數(shù)和定義主講人：黃愛萍安磁電子有限公司技術(shù)人員培訓(xùn)資料2/39內(nèi)容提要什么叫磁性材料？軟磁鐵氧體材料有哪些？軟磁鐵氧體材料的晶體結(jié)構(gòu)軟磁鐵氧體材料的工藝流程軟磁鐵氧體材料的特性參數(shù)MnZn鐵氧體材料的發(fā)展概況3/39什么叫磁性材料？1.廣義磁性材料： 對磁場有反應(yīng)的材料，稱為磁性材料。 由于所有的材料都對磁場有反應(yīng)，所以廣義上講一切材料都是磁性材料。 但不同的材料對磁場的反應(yīng)不同，據(jù)此將材料分為抗磁性材料、順磁性材料、鐵磁性材料、亞鐵磁性材料等。4/39

抗磁性材料

0，

1

順磁性材料

0，

1

反鐵磁性材料

0，

1（

比順磁性材料高一個數(shù)量級）亞鐵磁性材料

1，

1

鐵磁性材料、

1，

110-610-510-45/39表1幾種典型材料室溫下的磁化率

和磁導(dǎo)率

材料

磁性類別Cu-4.9×10-60.99999抗磁Al+21.4×10-61.000021順磁Cr+151×10-61.000151反鐵磁Mn(1-x)ZnxFe2O4+102-104102-104亞鐵磁Fe+102-106102-106鐵磁6/39

2.狹義磁性材料：磁性材料僅指鐵磁性材料和亞鐵磁性材料兩種

1，

1的材料。

今后我們都是采用狹義的定義。

7/39軟磁鐵氧體材料有哪些？

按晶體結(jié)構(gòu)分：（1）尖晶石型

MnZn、NiZn、MgZn、CuZnTi、LiZn

（2）磁鉛石型（平面六角晶系）

Y型、Z型、W型、X型、U型8/39尖晶石型鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)MeFe2O4尖晶石礦MgAl2O4二價金屬離子Me：Mn2+、Zn2+、Mg2+、Co2+、Cu2+、Ni2+、Fe2+等Fe3+可被部分取代為：Al3+、Cr3+等9/39尖晶石型鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)尖晶石晶體結(jié)構(gòu)：8AB2O4氧離子A位8×8=64B位氧離子面心立方結(jié)構(gòu)示意圖10/39六角鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)11/39氧化物法制備鐵氧體的工藝流程成型燒結(jié)檢測一次砂磨配料原料選取干燥預(yù)燒造粒摻雜,二次砂磨干燥破碎12/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)靜態(tài)參數(shù)Bs（Ms）、Br（Mr）、Hc磁導(dǎo)率

i、

i～T、

i～f、

i～t損耗tanδ、Q、ηＢ、PL阻抗電阻率燒結(jié)密度13/39HBsMsMHCBHC（Mr）Br磁性材料的磁滯回線14/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)比飽和磁化強度的溫度特性15/39HM起始磁化區(qū)域瑞利區(qū)域不可逆磁化區(qū)域轉(zhuǎn)動磁化為主的趨近飽和磁化區(qū)域順磁磁化區(qū)域MS(1)(2)(3)(4)(5)μi磁性材料的磁化曲線16/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)磁導(dǎo)率絕對磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率R2R1Ai環(huán)形樣品與串聯(lián)等效電路復(fù)數(shù)17/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)幾種常見的磁導(dǎo)率起始磁導(dǎo)率最大磁導(dǎo)率18/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)振幅磁導(dǎo)率增量磁導(dǎo)率可逆磁導(dǎo)率直流疊加特性19/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)有效磁導(dǎo)率表觀磁導(dǎo)率電感系數(shù)含有磁芯線圈的電感量空心線圈的電感量20/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)磁導(dǎo)率的溫度特性(

i～T)溫度系數(shù)居里溫度Tc21/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)居里溫度的經(jīng)驗計算公式

x(Fe2O3)=50.5~55.5%[1961Roess] x(Fe2O3)=54~63%,x(ZnO)=12~21%[1998張維誠]

Tc>250℃ x(Fe2O3)=48~49.5%,x(ZnO)=19.5~20.2%[我們的試驗結(jié)果]

在居里溫度附近，K1急劇趨于零，而Ms尚有一定數(shù)值，故導(dǎo)致μi～T峰值出現(xiàn)（I峰）。22/39fμr'μr"μ1234一般軟磁鐵氧體材料的磁譜低頻(f<104Hz):復(fù)磁導(dǎo)率μr

大，μr

小，損耗小，磁導(dǎo)率隨頻率變化不大;

2.

中頻(f=104

106Hz):與低頻相似，可能出現(xiàn)尺寸共振和磁力共振；μr

下降，μr

出現(xiàn)峰值；L=n×λ/2舉例：f=200kHzμ=104λ=6.7cmε=5*1043.高頻(f=106

1010Hz)：疇壁共振和自然共振；大晶粒發(fā)生疇壁共振，小晶粒發(fā)生自然共振；一般來說先發(fā)生疇壁共振，后發(fā)生自然共振；μr

急劇下

降，μr

迅速增加；4.極高頻(f>1010Hz)----交換區(qū)。軟磁鐵氧體的特性參數(shù)磁導(dǎo)率的頻率特性(

i～f)23/39表2幾種鐵氧體材料的截止頻率材料性質(zhì)材料類型MnZn-2000MnZn-800NiZn-400NiZn-60NiFe2O4Co2Z起始磁導(dǎo)率

i1500～2400600～1000300～50048～721112工作頻率f/MHz0.5122550300截止頻率fr/MHz2.5681502001500截止頻率：磁導(dǎo)率實部降低到一半，虛部達到最大值時對應(yīng)的頻率24/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)磁導(dǎo)率的頻率特性(

i～f)25/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)Snoek極限公式疇壁共振自然共振對于立方晶體：對于六角晶體：26/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)磁導(dǎo)率的減落(

i～t)

減落系數(shù) 減落因子磁中性化之后10分鐘和100分鐘27/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)軟磁鐵氧體材料的弱場損耗損耗系數(shù)tanδ、比損耗系數(shù)tanδ/μi品質(zhì)因數(shù)（Ｑ值）磁滯常數(shù)ηＢ

1.5mT,3mT低諧波失真特性28/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)軟磁鐵氧體材料的強場損耗損耗由磁滯損耗、渦流損耗、剩余損耗三部分組成，即：特定溫度、f、Bm下的損耗：kW/m3，ｍＷ/cm329/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)磁芯損耗的溫度特性30/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)磁芯損耗的頻率特性損耗分離31/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)阻抗32/39軟磁鐵氧體的特性參數(shù)電阻率（1~109Ω·m）燒結(jié)密度（4.8～5.1×103kg/m3）

MnFe2O4～5.00×103kg/m3 FeFe2O4

～5.24×103kg/m3 CoFe2O4

～5.29×103kg/m3 NiFe2O4

～5.38×103kg/m3

ZnFe2O4

～5.45×103kg/m333/39MnZn鐵氧體的發(fā)展概況MnZn鐵氧體按應(yīng)用特征分為三大類別：功率MnZn鐵氧體高磁導(dǎo)率MnZn鐵氧體抗電磁干擾（EMI）MnZn鐵氧體

34/39超低損耗MnZn鐵氧體材料年份型號測試條件功率損耗適用頻率1984TDK：PC40100kHz,200mT,100℃410kW/m3100～500kHz1990TDK：PC44100kHz,200mT,100℃300kW/m3100～500kHz1995TDK：PCxy100kHz,200mT,80℃200kW/m3100～500kHz1996TOKIN：BH1100kHz,200mT,100℃250kW/m3100～500kHz1999TDK：PC47100kHz,200mT,100℃250kW/m3100～500kHz功率MnZn鐵氧體的發(fā)展概況35/39高頻低損耗MnZn鐵氧體材料年份型號測試條件功率損耗適用頻率1975TDK：PC3025kHz,200mT,100℃100kW/m3<200kHz1984TDK：PC40100kHz,200mT,100℃410kW/m3100～500kHz1994TDK：PC50500kHz,50mT,60～100℃80kW/m3500kHz～1MHz1995Philips：3F41MHz,30mT,100℃130kW/m31～2MHz2002Philips：3F53MHz,10mT,100℃100kW/m32～4MHz功率MnZn鐵氧體的發(fā)展概況36/39寬溫低損耗、高Bs低損耗MnZn鐵氧體材料年份型號測試條件功率損耗適用頻率2003TDK：PC95100kHz,200mT,25～120℃<350kW/m3100～500kHz－TDK：PC33100kHz,200mT,100℃600kW/m3100～500kHz－TDK：PE33100kHz,200mT,100℃800kW/m3100～500kHz2004TDK：PC90100kHz,200mT,100℃320kW/m3100～500kHz功率MnZn鐵氧體的發(fā)展概況37/39起始磁導(dǎo)率的提高：1966年，德國Siemens公司，μi為40000，Tc僅40℃1971年，日本住友公司，μi為2000080年代，Tc從40℃提高到130℃1996年，日本TDK公司，μi為230002000年，日本TDK公司，μi為30000高導(dǎo)MnZn鐵氧體的發(fā)展概況38/39高導(dǎo)材料性能的多元化提高：T