气隙在铁氧体磁芯中的应用 益衡电子有限公司 刘祖贵 Enhance electronics CO.,LTD. LiuZugui 摘要:本文详细论述了气隙在目前主要开关电源拓扑磁芯中的应用及其理论推导过程,并从多方面量化地分析了气隙所带来的利弊影响.文中除气隙a l 采用mm 制外,其它均采用国际单位制.a l 为研磨的气隙长度, e l 为研磨前磁芯的有效磁路长路, i l 为研磨后磁芯的磁路长度,其它为一般物理量通用符号. 由于反激拓扑的工作原理可等效为一个功率电感和变压器并联,因此以铁氧体作磁芯的功率电感（PFC 等）气隙设计可参考反激拓扑,这里不作专门讨论. 正文: 气隙在仅工作于第一象限磁芯中的应用. 以正激拓扑为例,由于剩磁B r 的存在,峰值磁密B m =ΔB+B r ,能有效利用的交变磁密ΔB=B m -B r ,如图(一)所示. 图(一) 运行于第一象限的磁滞回线轨迹 图(二) 单端正激拓扑导通阶段
图(三) TDK PC44磁化曲线 图(四) 加入气隙后的磁滞回线 图三为典型铁氧体磁芯材料（TDKPC44）的磁化曲线,从图上可看出磁密范围在0.2T 内为其线性区域,PC44的剩磁T B r 1.0≈(未加气隙).如果正激拓扑磁芯从零磁化力即0.1T 开始进行,则磁芯进入磁滞回线弯曲部分之前的最大磁通变化量ΔB=B m -B r =0.1T. 由法拉第定律 dt d ψ ε- =得: dt dB NAe dAe t B N dt d N dt d V Ae m =??=== -=??φψε 由 I L ψ = 得 : dt dI L dt LI d dt d ==ψ 所以有: dt dI L dt dB NAe V == 变形得: NAe LdI NAe Vdt dB == 即在线性区内有: Ae N I L Ae N T V B p m m p on on ?== ? 公式(一) 其中I m 为励磁峰值电流,它是由零起始（断续）的斜坡电流,故有m m I I =?.从公式<一>可看出初级匝数N P 与ΔB 成反比,较小的ΔB 就要求较多的初级匝数,较多的初级匝数使线径减小,从而降低了变压器的输出电流和功率,因此磁芯的利用率极低. 磁芯加入气隙后使磁滞回线倾斜,剩磁就会显著降低.磁滞回线的倾斜并不改变矫顽力Hc 的大小,也不改变磁饱和磁密Bs 及线性区最高磁密B m 的大小. 它只是使磁滞回线的弯曲部分延伸到更大的磁场强度区域.从图<四>可看出加入气隙后磁芯的有效磁导率约等于Hc 处磁滞回线的斜率:H c o withgap o μμμμ≈)(, 因此加入气隙后的剩磁: C w i t h g a p r w i t h g a p H B ομμ)()(=? 公式(二) 下面开始推导加入气隙后磁芯的磁导率)(withgap μ 由安培环路定律 I Hdl L ∑=? 可导出: C withgap C H c withgap r H H B )()(μμμμοο≈=
物质安全资料表（MSDS） 一、产品名称及产商资料： 产品中文名称：镍锌软磁铁氧体磁芯+PARYENE coating 产品英文名称：The soft ferrite cores of Nickel and Zinc with PARYENE coating 制造商或供应商名称： 制造商或供应商地址： 制造商或供应商电话/传真：TEL：FAX： 二、成分/组成信息： 组成成分成分百分比CAS NO.危害物质分类及图式Fe2O365-68wt%1309-37-1N/A ZnO15-20wt%1314-13-2N/A NiO8-11wt%1313-99-1N/A CuO3-5wt%1317-38-0N/A Parylene N0.1%1633-22-3N/A 三、危险性概述： 最重要危害效应健康危害效应： 如果过敏体质者接触而没有立即清洗，可能会导致脱皮等症状。 环境影响：N/A 物理性及化学性危害：N/A 特殊危害：N/A 主要症状：主要症状：头痛、困倦、晕眩、恶心、呕吐、头昏眼花、暴躁、食欲不振、器官协调功能降低、失去知觉、平衡失调、心率不整、呼吸困难。 物品危害分类： 四、急救措施： 不同暴露途径之急救方法： ●皮肤接触：过敏体质者接触应立即用水冲洗干净即可。 最重要症状及危害效应：如果过敏体质者接触而没有立即清洗，可能会导致脱皮等症状。 对急救人员之防护： 对医师之提示：告诉接触方式,化学品名 五、灭火措施： 适用灭火剂：惰性气体、干粉、水 特殊灭火程序：1、在安全情况下将可能引燃物品搬离火场。2、大区域之大型火灾，使用无人操作之水雾控制架、水管架或自动摇摆消防水瞄，若不可行则撤离，监控火燃烧完。 消防人员之特殊防护设备： 六、泄漏处理方法： 个人应注意事项：N/A 环境应注意事项：N/A 清理方法：N/A 七、安全处置与储存方法： 处置：1、远离火源、引燃源及不相容物。 2、张贴“严禁烟火”的警告标示。
厂商 Manufacturers 信艺电子HP30HP40/R2K3D HP44/R2K4D HP5H5K H7K H10K H12K H15K ACME P2P4P41P5/P51A05A07A10/A101A12/A121A151 AVX/TPC B1B2/F1F2F4A4/A5A3A2A1A0 COSMOFERRITES CF129CF138CF195CF197 DMEGC DMR30DMR40DMR44DMR50DMR6K DMR10K DMR12K DMR15K EPCOS (SIEMENS) N41N67/N87N97N49T35T37/T44T38T42T46 FAIR-RITE78797576 FDK6H106H206H407H102H062H072H102H15 FENGHUA PG232PG242PG152HS502HS702HS103HG123HG153 FERRITEINT (TSC) TSF-7099TSF-7060TSF-5099TSF-300TSF-010K TSF-012K TSF-015K FERROXCUBE (PHILIPS) 3C853C90/3C943C96/3F33F4/3F3.5 3.00E+043E25/3E273E5/3E55 3.00E+06 3.00E+07 HITACHI ML24D ML25D ML120MP70D MP10T MP15T HITACHI (NIPPON) SB-5S SB-7C SB-9C SB-1M GP7GP9GP11MT10T HPC HE4HE44HE5HL5HL7HL10HL12HL15 ISKRA25G45G/55G35G75G19G22G12G32G52G ISU PM-1PM-7PM-11FM-5HM2A HM3/HM3A HM5A HM7A JFE(KAWATETSU)MB3MB4MC2MA055MA070A MA100MA120MA150 JINNING JP3JP4/JP4A JP4B JP5JH5/JH5A JH7/JH7A JH10JH15 KASCHKE K2006K2008K2001K5000K8000K10000 KAWATETSU MB3MB4MA055MA070MA100MA120 KINGTECH KP3KP4KP4A KP5KH5/KH5A KH7/KH7A KH10A KH13KH15 KRAVSTINEL K82K86K87 LCCTHOMSON B2B4F1F2A5A3 MAGNE TICS P K J W H MMG-NEOSID F5A/F5C F44F45F47F9C/F10FT7F39 NCD LP2LP3LP3A LP5HP1/HP1F HP2/HP2F HP3/HP3F HP4 NEC/TOKIN BH2BH1B405000H7000H10000H12000H15000H NEOSID F827F830F860F938F942 NICERA NC-1M NC-2H2HM55M NC-5Y NC-7NC-10H NC-12H NC-15H SAMWHA PL-5PL-7PL-9PL-F1SM-50SM-70S SM-100SM-150 STEWARD32353740 TDG TP3TP4TP4A TP5TL5TL7TL10TL13TL15 TDK PC30PC40PC44PC50HS52HS72HS10H5D H5C3 TOKIN3100BH2BH1B405000H7000H12000H TOMITA 2.00E+06 2.00E+07 2.00E+082E3/2F12E7/2G12E2/2E2B2H22H1 TPC F1F2F4A4/A5A3A2 TRIDELTA MF198MF198A MF197MF199 川峰山口工厂（西海） SK-104G SK-108G SK-109GE SK-110G SK-12G 材料牌号 Material Brands 主要软磁铁氧体材料厂商牌号对照表 注：grc534原发
软磁铁氧体磁心主要品种规格及其应用(一) 适于高频电子变压器和电感器应用的软磁铁氧体磁心，品种规格很多主要有E 型、U 型、罐型及特殊磁心等，下面作一些重点介绍。 (1) E 型磁心 具有矩形截面的E型磁心，由于结构和制造简单，已成为最广泛应用的高频变压器磁心，可以在低磁通密度或高磁通密度下使用。这类磁心通常成对使用，组成闭合磁路。常用规格可细分为 EE 型、EI 型、ETD(EC) 型；新开发的有 EPC、 EFD 型等，在平面变压器中使用。 ① EE 型磁心常用规格有 EE13、EE16、EE19、EE20、EE22、EE25、EE28、EE30、EE40、EE55等。分别表示磁心的外形尺寸。有的适用于开关电源变压器，有的可制作驱动变压器，脉冲变压器等。平面变压器采用更小尺寸的规格，如 EE5、EE10 等。 ② EI 型磁心用一个 E 型和一个条型磁心配对作用，常用规格有 EI22、EI25、EI28、EI30、EI35、EI40、EI50等，这类磁心可以制作开关电源的变压器，也在彩电中制作枕校变压器，近年来，在平面变压器中采用更小规格除菌过滤器磁心，
如 EI14、EI18 等。 ③ ETD(EC) 型磁心国际电工委员会早在 1992 年就推荐了 ETD 磁心尺寸系列，以后又陆续将尺寸系列作了一些扩展，这类磁心中心柱为圆形截面（见图1-1.3）， 与相同面积的方形截面相比，绕线长度短，因而微孔滤膜铜耗小，漏感也低。这类磁心国内习惯于称为 EC 型磁心，国外也有称为 ER 型磁心。国际标准推荐的尺寸规格有 ETD19、ETD29、ETD34、ETD39、ETD44、ETD49、ETD54、ETD59。这类磁心主要用于制作功率变压器和扼流图，更适合高频使用。在平面变压器推荐使用低矮形的 ER 型磁心，尺寸规格有 ER95、ER11、ER14.5。
常用铁氧体磁芯规格、型号与技术参数来源：中国变压器供应网发布时间：2007-10-20 0:00:00 功率铁氧体磁芯 EI EE EE PQ EC EI60EE80EE35PQ50/50EC90 EI50EE72EE30PQ40/40EC70 EI40EE70EE25PQ35/35EC52 EI35EE60EE19PQ32/30ECI70 EI33EE55EE16PQ32/20EER49/54 EI30EE50EE13PQ26/25EER49/43 EI28EE49EE10PQ26/20EER49/38 EI25EE42—PQ20/20EER42/43 EI22EE42/20—PQ20/16EER42/45 EI19———EER40/45 EI16——UF102EER28L 常用功率铁氧体材料牌号技术参数 项目条件单位PC30PC402500B B253C8N27μi——250023002500230020002000
Bms H=1200A/m mT510510490510450510 Br H=800A/m mT11795100130——Hc—A/m1214.315.915.918.820 Tc —℃>230>215>230>220>200>220 P200mT23℃ 25KHz60℃ 100℃KW/m31306009560090048 —KW/m390—70————KW/m3100—75————100mT60℃ 100KHz100℃ KW/m3—450—450———KW/m3—410—410—— 公司——TDK TDK TOKIN TOKIN FERROC XLUBE SIEMENS EI型磁芯规格及参数 型号A B C D E F H Ae (c㎡) Le (cm) Ve (cm3) AL nH/N2 μe EI1616——512.2—20.198 3.460.6711001575
铁氧体 中文名称：铁氧体 英文名称：ferrite 定义：由以三价铁离子作为主要正离子成分的若干种氧化物 组成，并呈现亚铁磁性或反铁磁性的材料。 铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能。铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率。因而，铁氧体已成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料。由于铁氧体单位体积中储存的磁能较低，饱合磁化强度也较低（通常只有纯铁的1／3～1／5），因而限制了它在要求较高磁能密度的低频强电和大功率领域的应用。 简介 铁氧体（ferrites）是一种非金属磁性材料，它是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物（例如：氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶等）配制烧结而成。它的相对磁导率可高达几千，电阻率是金属的1011倍，涡流损耗小，适合于制作高频电磁器件。铁氧体有硬磁、软磁、矩磁、旋磁和压磁五类。 旧称铁淦氧磁物或铁淦氧，其生产过程和外观类似陶瓷，因而也称为磁性瓷。铁氧体是铁和其他一种或多种适当的金属元素的复合氧化物。性质属于半导体，通常作为磁性介质应用，铁
氧体磁性材料与金属或合金磁性材料之间最重要的区别在于导 电性。通常前者的电阻率为102～108Ω·cm，而后者只有10-6～10-4Ω·cm。 发展历史 中国最早接触到的铁氧体是公元前 4世纪发现的天然铁氧体，即磁铁矿(Fe3O4),中国所发明的指南针就是利用这种天然磁铁矿制成的。到20世纪30年代无线电技术的发展，迫切地要求高频损耗小的铁磁性材料。而四氧化三铁的电阻率很低，不能满足这一要求。1933年日本东京工业大学首先创制出含钴铁氧体的永磁材料，当时被称为OP磁石。30～40年代，法国、 日本、德国、荷兰等国相继开展了铁氧体的研究工作，其中荷兰菲利浦实验室物理学家J.L.斯诺克于1935年研究出各种具有优良性能尖晶石结构的含锌软磁铁氧体，于1946年实现工业化生产。1952年，该室J.J.文特等人曾经研制成了以 BaFe12O19为主要成分的永磁性铁氧体。这种铁氧体与1956年该室的G.H.永克尔等人所研究的四种甚高频磁性铁氧体具有类似的六角结构。1956年E.F.贝尔托和 F.福拉又报道了亚铁磁性的Y3Fe5O12的研究结果。其中代换离子Y有Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、 Tm、Yb和Lu等稀土离子。由于这类磁性化合物的晶体结构与天然矿物石榴石相同，故将其称之为石榴石结构铁氧体。迄今为止，除了1981年日本杉本光男采用超急冷法制得的非晶结构的铁氧体
1.初始磁导率i μ 初始磁导率是磁性材料的磁导率（B/H ）在磁化曲线始端的极限值，即 i μ=01μ0H lim →H B 式中0μ为真空磁导率（4л×710-H/m ） H 为磁场强度（A/m ） B 为磁通密度（T ） 2.有效磁导率e μ 在闭合磁路中，如果漏磁可忽略，可以用有效磁导率来表征磁芯的性能。 e μ=20N L ?μ﹒e e A L 式中 L 为装有磁芯的线圈的电感量（H ） N 为线圈匝数 Le 为有效磁路长度（m ） e A 为有效截面积（2m ） 0μ为真空磁导率（4л×710-H/m ） 3. 饱和磁通密度Bs(T) 磁化到饱和状态的磁通密度。见图1. 4.剩余磁通密度Br(T) 从饱和状态去除磁场后，剩余的磁通密度。见图1.
5.矫顽力Hc(A/m) 从饱和状态去除磁场后，磁芯继续被反向磁场磁化，直至磁通密度减为零，此时的磁场强度称为矫顽力。见图1. 6.损耗因数 tanδ 损耗因数是磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三者之和 tanδ =tan h δ+tan e δ+tan r δ 式中tan h δ为磁滞损耗因数 tan e δ为涡流损耗因数 tan r δ为剩余损耗因数 7.相对损耗因数 tanδ/μ 相对损耗因数是损耗因数与磁导率之比 tanδ/i μ（适用于材料） t anδ/e μ（适用于磁路中含有气隙的磁芯） 8.品质因数Q 品质因数为损耗因数的倒数： Q=1/tanδ 9.温度系数μα（1/K ） 温度系数为温度在T1和T2范围内变化时，每变化1K 相应的磁导率的相对变化量： μα=1 2112T T 1-?-μμμ （T2＞T1） 式中1μ 为温度为1T 时的磁导率 2μ 为温度为2T 时的磁导率 10.相对温度系数r μα(1/k) 温度系数和磁导率之比：r μα=1222 12T T 1-?-μμμ （T2>T1）
软磁铁氧体材料和磁心概述 软磁铁氧体材料和磁心概述 软磁铁氧体材料分类 铁氧体又称氧化物磁性材料，它是由铁和其它金属元素组成的复合氧化物。铁氧体采用陶瓷工艺，经高温烧结而制成各种形状的零件。实际上，所有在金属磁性材料中出现的磁现象，在铁氧体中也能观察到，但是有两个基本不同点：一是铁氧体的饱和磁化强度远远低于金属磁性材料，通常为金属材料的一半到五分之一；二是铁氧体的电阻率比金属磁高一百万倍以上。由于这种区别，对于低频（1000 赫兹以下）高功率的磁心一般采用金属磁性材料，用于较高频率（1000 赫兹以上）磁心采用铁氧体材料。按照铁氧体的特性和用途，可把铁氧体分为永磁、软磁、矩磁、旋磁和压磁等五类；如果按照铁氧体的晶格类型来分，最重要的有尖晶石型、石榴石型和磁铅石型等三大类。高频变压器和电器中主要使用软磁铁氧体材料，因此下面主要叙述软磁铁氧体材料的分类及特性。大多数软磁铁氧体属尖晶石结构，一般化学表示式为MeFe 2O 4，这里 Me 表示二价金属元素，如：Mn、Ni、Mg、Cu、Zn等。软磁铁氧体材料是各种铁氧体材料中产量最多，用途最广泛的一种。这类材料的主要特点是起始磁导率高和矫顽力低，即容易磁化也极易退磁，其磁滞回线呈细而长形状。软磁铁氧体材料可按化学成分、磁性能、应用来进行分类。若按化学成分来分类，则主要可分为 MnZn 系、NiZn系和 MgZn 系三大类。MnZn 系铁氧体具有高的起始磁导率，较高的饱和磁感应强度，在无线电中频或低频范围有低的损耗，它是，1兆赫兹以下频段范围磁性能最优良的铁氧体材料。常用的MnZn 系铁氧体，其起始磁导率μi=400～20000，饱和磁感应强度 BS=400～530mT。MnZn 系铁氧体广泛制作开关电源变压器、回扫变压器、宽带变压器、脉冲变压器、抗电磁波干扰滤波电感器及扼流圈等，是软磁铁氧体中产量最大的一种材料（按重量计约占 60%）。NiZn 系铁氧体使用频率 100kHz～100MHz，最高可使用到300MHz。这类材料磁导率较低，电阻率很高，一般为 105～107Ωcm。因此，高频涡流损耗小，是 1MHz 以上高频段磁性能最优良有材料。常用的 NiZn 系材料，磁导率μi=5～1500，广泛用于制作各种高频固定电感器，可调电感器，谐振回路线圈，线性调节线圈抗电磁波干扰线圈等。附加少量 CuO 的 NiCuZn 系材料，最近在表面安装片式电感器中得到广泛应用。NiZn 系材料制成的各类小型磁心产量很大（按数量计），但按重量计的约占软磁铁氧体材料的 10% 左右。MgZn 系铁氧体材料中附加小量 MnO 后制成 MgMnZn系材料，电阻率较高，广泛用于制作各种显象管或显示的偏转线圈磁心，数量很大，产量约占软磁铁氧体材料的30%（按重量计）左右。MgZn 系铁氧体在某些高频电感线圈及天线线圈中也得到应用。
铁氧体磁性材料的制备及研究进展 【摘要】铁氧体磁性材料是一类非常重要的无机功能材料,其应用涉及到电子、信息、航天航空、生物医学等领域。综述了铁氧体磁性材料的研究进展及其应用,分析了铁氧体磁性材料的制备方法，展望了研究和开发铁氧体磁性材料的新性能和新技术的应用前景。 【关键词】铁氧体磁性材料；研究进展；制备 铁氧体是一种非金属磁性材料,又称磁性瓷。人类研究铁氧体是从20世纪30年代开始的,早期有日本、荷兰等国对铁氧体进行了系统的研究;在20世纪40年代开始有软磁铁氧体的商品问世;20世纪50年代是铁氧体蓬勃发展的时期。1952年磁铅石硬磁铁氧体研制成功;1956年又在此晶系中开发出平面型的超高频铁氧体,同时发现了含稀土元素的石石型铁氧体,从而形成了尖晶石型、磁铅石型和石榴石型三大晶系铁氧体材料体系,应该说铁氧体的问世是强磁学和磁性材料发展史上的一个重要里程碑。至今铁氧体磁性材料已在众多高技术领域得到了广泛的应用。因此,有必要对铁氧体磁性瓷材料的研究动态进行总结以及对其发展进行展望。 1.铁氧体磁性材料的研究进展 近年来,国外学者在研究和改进磁性材料的同时,进行了卓有成效的新探索,其重点的研究和应用主要集中在以下几个方面。 1.1 铁氧体吸波材料 由于科学技术的迅猛发展,在武器的隐身技术和电子计算机防信息泄露技术中,以及在生物学中的热效应方面,铁氧体作为吸波材料方面的应用尤为重要。铁氧体吸波材料通常分为尖晶石型铁氧体与六角晶系铁氧体两种类型,其中尖晶石型铁氧体应用历史最长,但尖晶石型铁氧体的电磁参数(介电常数和磁导率)都比较小,而且难以满足相对介单一铁氧体难以满足吸收频带宽、厚度薄和面密度小的要求,所以近年来研究者主要集中研究复合铁氧体材料以及纳米尺寸的铁氧体来控制其电磁参数[1]。铁氧体纳米磁性材料作为微波的吸收体,纳米级的微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4个数量级,吸收率高,一方面,它能吸收空气中的游离的分子或介质中其他分子通过成键方式连接在一起,造成各向异性的改变。另一方面,在微波场中,活性原子及电子运动加剧,促使磁化,最终将电磁能转化为热能,从而增加吸收体的吸波能力。在应用方面,铁氧体吸波材料可分为结构型(整体烧结成一定形状的器件)和涂敷型(用铁
一。下面的是行业标准 1.1 GB／T9637－88《磁学基本术语和定义》，等同采用IEC50－901，代替等同采用IEC205的SJ／T1258－77《磁性材料与器件术语及定义》。 1.2 JJG1013－89《磁学计量常用名词术语和定义》（试行）为中华人民共和国国家计量检定规程，非等效采用IEC50－901制定的，和GB／T9677－88出自于一个文本，基本上都是一个翻译问题，内容基本一样，只是翻译成的中文表述不同。 1.3 SJ／T103213－91《铁氧体材料牌号与元件型号命名方法》，代替SJ／T1582－80。 本标准规定软磁铁氧体材料用R表示，如R20表示磁导率为20的软磁铁氧体材料。软磁铁氧体材料牌号已被等同采用IEC1332（1995）《软磁铁氧体材料分类》的电子行业标准SJ／T1766－97代替。 1.4 SJ／Z1766－81《软磁铁氧体材料系列及测试方法》 1.5 SJ／T1766－97《软磁铁氧体材料分类》电子行业标准等同采用IEC1332（1995） 1.6 GB／T9634－88《磁性氧化物外形缺陷极限规范的指南》等同采用IEC424（1973）制定 1.7 GB／T9632－88《通信用电感器和变压器磁芯测量方法》本标准等同采用IEC367－1（1982）制定。 1.8 GB／T9635－88《天线棒测量方法》本标准等同采用IEC492（1975）制定。 1.9 SJ／T3175－88《磁性氧化物圆柱形磁芯、管形磁芯及螺纹磁芯的测量方法》本标准等同采用IEC732（1982）制定。 1.10 SJ／T10281－91《磁性零件有效参数的计算》等同采用IEC205（1966）、205AMD （1976）、205AMD2（1981）制定。 1.11 GB／T11439－89《通信用电感器和变压器磁芯第二部分：性能规范起草导则》，等同采用IEC367－2（1974）、367－2AMD1（1983）、367－2A（1976）制定。GB／T11439－89在1995年国家标准消化整理以后，被转化为电子行业标准SJ／T11076－96。 1.12 SJ／T9072．3－97《变压器和电感器磁芯制造厂产品目录中有关铁氧体材料资料的导则》等同采用IEC401（1993，第二版），代替SJ／Z9072－3－87二。以下为搜集整理 2.1前景广阔的软磁铁氧体材料
软磁铁氧体磁芯现下的市场形态 发布时间：2014-7-7 9:59:17 浏览次数：16 软磁铁氧体磁性材料和软磁铁氧体磁芯统称软磁铁氧体，长期以来软磁铁氧体产量的增长是建立在其生产技术和应用技术共同发展的基础之上的。电子技术的飞速发展，对软磁铁氧体器件，如电感器、变压器、滤波器等不断提出了各种新的要求，这种要求促进了软磁铁氧体的发展，如适应开关电源向高频化发展的高频低功耗功率铁氧体材料，适应光纤通信和数字技术发展的宽频带变压器和抗干扰扼流圈用的高磁导率与宽频带铁氧体材料，同时具有高μ与高Bs的材料（双高材料），适应高清晰度和大屏幕显示器发展的偏转线圈和回扫变压器用高频低损耗功率材料，以及适应表面贴装技术发展的平面电感器和变压器用低烧结温度和低热阻的铁氧体材料等等，就是生产和应用技术共同发展的最直接结果。 在开发和研究过程中，由于软磁铁氧体材料和磁芯的研究始终结合在一起，从而形成了由各种软磁铁氧体材料制成的各种形状的磁芯，所有这些材料及磁芯的不同组合可以具有各种不同的性能、特点和用途，以满足各种需求。 软磁铁氧体磁芯材料是一种用途广、产量大、成本低的电子工业及机电工业和工厂产业的基础材料，是其重要的支柱产品之一，它的应用直接影响电子信息、家电工业、计算机与通讯、环保及节能技术的发展，亦是衡量一个国家经济发达程序的标志之一。 软磁铁氧体材料是品种最多、应用最广的一类磁性功能材料，也是铁氧体材料中发展最早的一类材料。自从1935年荷兰Philip实验室研究开发成功至今已有将近七十年的历史，其性能也已得到了很大的改进和提高。由于这类材料具有高的本征电阻率ρ，所以在交流条件下具有许多金属软磁材料所无法比拟的优越性且价格低廉，并可制成各种形状的磁芯，因此，在高频区一般都使用软磁铁氧体材料。用这类材料制成的磁芯被广泛应用于通信、广播、电视、自动控制、航天技术、计算机技术、电子设备及其它IT产业中来制作各种类型的电感器、变压器、扼流圈、抑制器和滤波器等器件。 目前由于软磁铁氧体具有广阔的发展前景和可预期的市场潜力，从而成为世界各国铁氧体公司开发和研究的重点。权威机构对全球软磁行业的评估认为，世界软磁铁氧体需求量的平均增长速度在今后几年中将继续保持在10%～15%的水平。由此可以看出，开发具有自己独立知识产权的可批量生产的综合性能好的软磁铁氧体材料并迅速占领市场已经成为各个公司的当务之急。本文在对软磁材料，特别是软磁铁氧体材料的发展过程及发展趋势进行综合分析之后，指出了一些研究和开发人员在材料研究中普遍容易忽视的问题。 一、软磁铁氧体材料的发展过程及发展趋势 一般地，从应用角度来分，软磁铁氧体材料主要分为功率材料和高磁导率材料两大类，为适应世界电子技术发展的需要，这两类铁氧体材料都已经得
一). 粉芯类 1. 磁粉芯 磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为0.5~5微米），又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。主要用于高频电感。磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。 常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。 磁芯的有效磁导率me及电感的计算公式为： me = DL/4N2S ′ 109 其中： D为磁芯平均直径（cm），L为电感量（享），N为绕线匝数，S为磁芯有效截面积（cm2）。 (1). 铁粉芯 常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯中价格最低。饱和磁感应强度值在1.4T左右；磁导率范围从22~100; 初始磁导率mi随频率的变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高。 (2). 坡莫合金粉芯 坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯(MPP)及高磁通量粉芯(High Flux)。 MPP是由81%Ni, 2%Mo, 及Fe粉构成。主要特点是: 饱和磁感应强度值在7500Gs左右；磁导率范围大，从14~550; 在粉末磁芯中具有最低的损耗；温度稳定性极佳，广泛用于太空设备、露天设备等；磁致伸缩系数接近零，在不同的频率下工作时无噪声产生。主要应用于300KHz以下的高品质因素Q滤波器、感应负载线圈、谐振电路、在对温度稳定性要求高的LC电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等, 在AC电路中常用,粉芯中价格最贵。 高磁通粉芯HF是由50%Ni, 50%Fe粉构成。主要特点是: 饱和磁感应强度值在15000Gs左右；磁导率范围从14~160; 在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度，最高的直流偏压能力；磁芯体积小。主要应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等, 在DC 电路中常用，高DC偏压、高直流电和低交流电上用得多。价格低于MPP。 (3). 铁硅铝粉芯 (Kool Mm Cores) 铁硅铝粉芯由9%Al, 5%Si, 85%Fe粉构成。主要是替代铁粉芯，损耗比铁粉芯低80%，可在8KHz以上频率下使用；饱和磁感在1.05T左右；导磁率从26~125；磁致伸缩系数接近零，
锰锌软磁铁氧体材料的制备及研究新进展 摘要: 目前国外制备锰锌铁氧体材料的主要方法及研究进展, 包括传统的干法工艺(瓷工艺)和湿法工艺等, 同时指出了各种制备方法的优缺点。认为煅烧条件的控制及产品粒径的分布是影响材料磁性能的关键,湿法工艺中的溶胶-凝胶法和水热法是今后研究的主要方向。 关键词: 锰锌铁氧体制备研究发展 1.引言: 锰锌铁氧体又称磁性瓷,是具有尖晶石结构的软磁铁氧体材料,与同类型的金属磁性材料相比,它具有电阻率高,涡流损耗小等特点,因其具有高磁导率、低矫顽力和低功率损耗等物理化学性能,被广泛应用于电子工业,主要用来制造高频变压器、感应器、记录磁头和噪声滤波器等。随着电子工业的飞速发展,对磁性材料性能的要求也越来越高。适用于不同场合的高品质磁性材料的制备研究越来越受到人们的广泛关注。为了推动该领域研究工作的进展,结合笔者近年来的研究工作实际,我们从不同角度出发,对国外制备锰锌铁氧体磁性材料的研究进展情况作以述评。 2. 锰锌铁氧体的性能特点及其改良途径 2. 1 锰锌铁氧体的性能特点 作为一种软磁铁氧体材料,对锰锌铁氧体性能的基本要起始磁导率要高, 磁导率的温度系数要小, 以适应温度变化。同时矫顽力要小, 以便能在弱磁场下磁化, 也容易退磁。此外比损耗因素要小, 电阻率高，这样材料的损耗小, 适用于高频应用。与磁性金属材料相比,尽管锰锌铁氧体具有电阻率高、涡流损耗小等优点,但同时它也存在着饱和磁感应强度低、磁导率不高、居里点低、磁导率的温度系数高等不足之处,改善锰锌铁氧体的磁性能的研究正日益受到人们的广泛关注。 2. 2 改善锰锌铁氧体磁性能的主要途径
欲提高锰锌铁氧体的磁性能应从两方面着手: 一是对材料化学成份的比例调整, 包括各种稀土元素的加入等;二是设法调整材料晶粒粒度及外观形貌。有关研究表明: 配方中 F e3O 4的适量存在,使Fe2O 3在配方中含量为53~ 63. 5m o% 时, 有利于降低磁致伸缩系数, 提高磁导率; 另外,晶粒越大,晶界越整齐,材料的起始磁导率也越高;通过控制制备条件,在提高晶粒粒度的同时降低空隙率是人们追求的目标;平均粒径在10 ~ 20Lm材料的结构特点是晶粒粗大、晶界明显、密度高、孔隙率低、磁性能良好;晶粒大小还影响矫顽力的大小, 晶粒愈大, 矫顽力愈小,有利于材料的应用。此外,铁氧体中的气孔,一方面阻碍畴壁的移动,另一方面也减少涡流损耗。一般来说,孔隙率高的铁氧体损耗较小,但磁导率下降。3. 锰锌铁氧体的制备方法 锰锌铁氧体磁性材料的制备方法主要有传统的干法工艺和湿法工艺两大类。 3. 1 干法工艺 干法工艺又称瓷工艺,它是以氧化铁( F e2O3 )、氧化锌( ZnO )和氧化锰(M nO )或铁、锌、锰的金属盐为原料通过研磨、干燥、煅烧、实现初步铁氧体化,经二次研磨、干燥、造粒得到锰锌铁氧体颗粒,颗粒经成型、烧结,干法工艺的关键环节是煅烧、研磨和烧结,它们直接影响锰锌铁氧体材料的颗粒形状和粒径分布等微观结构, 从而影响所得锰锌铁氧体的磁性能。Yung-T sen Ch ien等研究了煅烧程度对锰锌铁氧体(M n0. 764 Zn0. 187 Fe2. 049O4 )磁性质的影响。认为将材料煅烧所得样品具有较高的磁导率和较低的损耗系数。还有人研究了烧结温度对锰锌铁氧体磁性质的影响,他们认为:锰锌铁氧体的磁化强度和磁导率随烧结体密度的增加而增加,而烧结体的密度取决于烧结温度和合成锰锌铁氧体所用的原料。在烧结过程中,温度过高会使锌氧化物蒸发,从而导致锰锌铁氧体磁导率的下降;烧结温度过低,则固相反应不完全,性能达不到要求。干法工艺简单、配料容易调整,该法的缺点是:原料物性相差很大, 难以混合均匀,所得产品性能不稳定;高温煅烧,能耗高,粉末飞扬严重,生产环境差;必须研磨处理,会引入杂质污染,对原料要求高,生产成本高等。 3. 2 湿法工艺 由于干法工艺所制的锰锌铁氧体材料均匀性差,所以近20年来,人们越来
常用铁氧体磁芯规格、型号与技术参数 功率铁氧体磁芯 EI EE EE PQ EC EI60 EE80 EE35 PQ50/50 EC90 EI50 EE72 EE30 PQ40/40 EC70 EI40 EE70 EE25 PQ35/35 EC52 EI35 EE60 EE19 PQ32/30 ECI70 EI33 EE55 EE16 PQ32/20 EER49/54 EI30 EE50 EE13 PQ26/25 EER49/43 EI28 EE49 EE10 PQ26/20 EER49/38 EI25 EE42 — PQ20/20 EER42/43 EI22 EE42/20 — PQ20/16 EER42/45 EI19 — — — EER40/45 EI16 — — UF102 EER28L 常用功率铁氧体材料牌号技术参数 项目 条件 单位 PC30 PC40 2500B B25 3C8 N27 μi — — 2500 2300 2500 2300 2000 2000 Bms H=1200A/m mT 510 510 490 510 450 510 Br H=800A/m mT 117 95 100 130 — — Hc — A/m 12 14.3 15.9 15.9 18.8 20 Tc — ℃ >230 >215 >230 >220 >200 >220 P 200mT23℃ 25KHz60℃ 100℃ KW/m3 130 600 95 600 900 48 KW/m3 90 — 70 — — — KW/m3 100 — 75 — — — 100mT60℃ 100KHz100℃KW/m3 — 450 — 450 — — KW/m3 — 410 — 410 — — 公司 — — TDK TDK TOKIN TOKIN FERROCXLUB E SIEMENS
磁芯的种类及应用: 1.磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变;以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2.软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。 剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。 矩形比：Br?Bs 矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷(杂质、应力等)。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗 Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ降低，磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc;降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散(mW)/表面积(cm2) 3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料;合理确定磁芯的几何形状及尺寸;根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 一、软磁材料的发展及种类 1. 软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软
软磁铁氧体材料的发展趋势及产业化研究 和开发的几个误区 刘亚丕1,2，何时金3，包大新3，任旭余3 （1．浙江大学材料与化学工程学院材料科学与工程学系，浙江杭州 310027； 2．横店集团东磁有限公司博士后科研工作站，浙江东阳 322118； 3．横店集团东磁有限公司中央研究所，浙江东阳 322118） 摘要：纳米结构的金属软磁材料的崛起，使高频性能优良的铁氧体软磁材料面临着巨大的挑战。本文在对软磁材料，特别是软磁铁氧体材料的发展过程及发展趋势进行综合分析之后，指出了一些当前在软磁材料研究和开发中普遍容易忽视的问题。 关键词：软磁材料；铁氧体软磁材料；纳米晶软磁材料；发展趋势；产业化
软磁铁氧体材料是品种最多、应用最广的一类磁性功能材料，也是铁氧体材料中发展最早的一类材料。自从1935年荷兰Philip实验室研究开发成功至今已有将近七十年的历史，其性能也已得到了很大的改进和提高。由于这类材料具有高的本征电阻率ρ，所以在交流条件下具有许多金属软磁材料所无法比拟的优越性且价格低廉，并可制成各种形状的磁芯，因此，在高频区一般都使用软磁铁氧体材料。用这类材料制成的磁芯被广泛应用于通信、广播、电视、自动控制、航天技术、计算机技术、电子设备及其它IT产业中来制作各种类型的电感器、变压器、扼流圈、抑制器和滤波器等器件。 软磁铁氧体材料和软磁铁氧体磁芯统称软磁铁氧体，长期以来软磁铁氧体产量的增长是建立在其生产技术和应用技术共同发展的基础之上的。电子技术的飞速发展，对软磁铁氧体器件，如电感器、变压器、滤波器等不断提出了各种新的要求，这种要求促进了软磁铁氧体的发展，如适应开关电源向高频化发展的高频低功耗功率铁氧体材料，适应光纤通信和数字技术发展的宽频带变压器和抗干扰扼流圈用的高磁导率与宽频带铁氧体材料，同时具有高μ与高B s的材料（双高材料），适应高清晰度和大屏幕显示器发展的偏转线圈和回扫变压器用高频低损耗功率材料，以及适应表面贴装技术发展的平面电感器和变压器用低烧结温度和低热阻的铁氧体材料等等，就是生产和应用技术共同发展的最直接结果。在开发和研究过程中，由于软磁铁氧体材料和磁芯的研究始终结合在一起，从而形成了由各种软磁铁氧体材料制成的各种形状的磁芯，所有这些材料及磁芯的不同组合可以具有各种不同的性能、特点和用途，以满足各种需求。 目前由于软磁铁氧体具有广阔的发展前景和可预期的市场潜力，从而成为世界各国铁氧体公司开发和研究的重点。权威机构对全球软磁行业的评估认为，世界软磁铁氧体需求量的平均增长速度在今后几年中将继续保持在10%～15%的水平。由此可以看出，开发具有自己独立知识产权的可批量生产的综合性能好的软磁铁氧体材料并迅速占领市场已经成为各个公司的当务之急。本文在对软磁材料，特别是软磁铁氧体材料的发展过程及发展趋势进行综合分析之后，指出了一些研究和开发人员在材料研究中普遍容易忽视的问题。 1 软磁铁氧体材料的发展过程及发展趋势 一般地，从应用角度来分，软磁铁氧体材料主要分为功率材料和高磁导率材料两大类，为适应世界电子技术发展的需要，这两类铁氧体材料都已经得到了很大的发展，并且它们各自的分类也越来越细。现代功率铁氧体材料也主要分为两大类：一类主要用于高频开关电源，即所谓高频低功耗材料；另一类主要用于高清晰度彩色电视机和显示器，即所谓偏转磁芯（Deflection Yoke）。我国在1997年发布的SJ/T1766-1997《软磁铁氧体材料分类》行业标准中，按工作频率的不同把功率铁氧体材料分成了PW1～PW5五类：PW1材料的工作频率为15～100kHz；PW2的为25～200kHz；PW3的为100～300kHz；PW4的为0.3～1MHz；PW5的为1～3MHz。目前，国内的大多数企业都已经能大批量生产出相当于PW1～PW3的材料，部分企业也已经研究开发出了相当于PW4和PW5的材料，并且这些材料在各方面的性能指标也都已经基本上达到甚至超过了国外同类产品的先进水平，但对此类产品能实现大批量生产的企业还为数不多。 自日本TDK公司在国际上最早批量生产各种软磁铁氧体磁芯以来，因其特殊