【摘 要】
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随着电子产品小型化和节能化,要求应用于高频电力电子的软磁铁氧体材料不但要有较低的损耗,而且在高温下保持较高的饱和磁通密度,从而保持磁性元件的小型化和高效率。与软磁金属材料相比,饱和磁通密度低是软磁铁氧体的重要不足。本文以传统低成本氧化物工艺为基础,通过对Mn-Zn铁氧体的组成、预烧和烧结工艺、添加剂及组合的研究,期望开发出一种在高温下有着较高饱和磁通密度的Mn-Zn软磁铁氧体材料,使铁氧体元件能够
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随着电子产品小型化和节能化,要求应用于高频电力电子的软磁铁氧体材料不但要有较低的损耗,而且在高温下保持较高的饱和磁通密度,从而保持磁性元件的小型化和高效率。与软磁金属材料相比,饱和磁通密度低是软磁铁氧体的重要不足。本文以传统低成本氧化物工艺为基础,通过对Mn-Zn铁氧体的组成、预烧和烧结工艺、添加剂及组合的研究,期望开发出一种在高温下有着较高饱和磁通密度的Mn-Zn软磁铁氧体材料,使铁氧体元件能够应用100℃以上的高工作温度范围,以实现磁性元件的小型化和高温可靠性。通过对Mn-Zn铁氧体三元配方（Fe2O3-MnO-ZnO）中的Fe2O3和ZnO的含量的研究,最终确定高温高Bs功率Mn-Zn铁氧体配方为:Fe2O3=65.0 mol%（摩尔百分数）,ZnO=17.0 mol%（摩尔百分数）,MnO=18.0 mol%（摩尔百分数）。合适的预烧温度能够提高晶粒分布的均匀性,改善微观结构,获得相对较高的饱和磁通密度（Bs）、起始磁导率（μi）以及较低的功率损耗（Pcv）,775～950℃的预烧温度实验表明预烧温度为850℃时材料性能最佳。烧结温度是影响材料最终性能的又一重要工艺因素。1300～1400℃的烧结实验发现,随着烧结温度的升高,晶粒的完整度不断提高,晶界的气孔数降低;烧结温度过高将会引起晶粒的异常生长使材料涡流损耗增加,实验确定的最佳烧结温度为1350℃。此时材料的初始磁导率μi为1085,100℃下的饱和磁通密度Bs为496 mT,100℃下的功率损耗 Pcv为 1138 kW/m3（100 kHz/200 mT）。选择CuO、NiO两种添加剂及其混合掺杂进行了实验及理论分析,并最终确定了添加剂的用量。CuO具有较低的熔点,烧结过程中容易形成液相,促进离子扩散,从而提高铁氧体的烧结密度。过量添加则会导致晶粒的异常生长,影响材料的致密度和损耗性能。适量NiO能够细化晶粒,提高材料电阻率。当CuO添加量为0.20 wt%左右、NiO添加量为1.0 wt%左右进行组合添加时,材料的综合性能较好。材料的初始磁导率μi约为1286,100℃下饱和磁通密度Bs约为 502 mT,100℃下功率损耗 Pcv约为 1058 kW/m3。
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