开发具有细微观结构的低损耗MnZN铁氧体
MnZn低失真软磁铁氧体材料的研制的开题报告
MnZn低失真软磁铁氧体材料的研制的开题报告一、研究背景软磁铁氧体是一种特殊的氧化物陶瓷材料，具有良好的磁性能和高的电磁波阻抗匹配性，广泛应用于电力电子、通讯、雷达等领域。
然而，传统的NiZn系列软磁材料存在饱和磁导率低、磁滞损耗大、温度系数大等问题，使其在高频、高温、高功率等工况下性能表现不佳。
为此，MnZn系列软磁铁氧体材料成为了研究热点，其具有较高的饱和磁感应强度、较低的磁滞损耗、较好的磁饱和电感系数和较小的温度系数等优点。
二、研究思路本文将以经典的固相反应法为基础，结合化学共沉淀、水热合成等新型制备方法，以MnO、ZnO等金属氧化物为原料，探究MnZn基软磁铁氧体材料的制备方法和制备工艺，通过对不同配方比例的试样进行物性测试、磁性测试等手段，分析软磁性能和微观结构特征，最终寻求制备出具有优异低失真磁性能和稳定性的MnZn系列软磁材料的方法。
三、研究内容1.采用固相反应法、化学共沉淀法以及水热法等不同制备方法制备MnZn基软磁铁氧体材料，设计不同原料比例配方，并制备不同形状的试样（圆片、柱形等）。
2.采用XRD、SEM等工具对不同制备方法制备的试样进行结构表征，研究不同生长方式对晶体结构和微观形貌的影响。
3.对不同配方比例制备的试样进行磁性测试，分析试样的饱和磁感应强度、磁导率、铁磁共振频率、热稳定性等软磁性能指标，评估不同制备方法的优劣。
4.基于软磁性能和结构特征的分析评估，进一步改进制备方法，优化MnZn系列软磁铁氧体材料的性能。
四、研究意义研究具有优异低失真磁性能和稳定性的MnZn系列软磁铁氧体材料，对推动磁性材料的发展和应用具有重要意义。
该研究将为材料科学与工程学科领域、电子信息技术产业等行业的实际需求提供技术支持和科学依据。
高磁导率低损耗MnZn铁氧体材料TH13的开发
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１引言
近年来， 随着信息技术的发展 ， 在数字通讯网 络、 多媒体通信等领域， 对于信号传输的要求越来 越高，即要求低总谐波失真和高信号传输速率， 这 样对铁氧体材料提出了更多更高的要求 ， 即要求材 料具有高磁 导率、 低磁滞常数、低损耗等。面对这
维普资讯
高磁导率低损耗 Ｍｎ ｎ铁氧体材料 Ｔ ３的开发 Ｚ Ｈ１
沈 新 兴 ，金 辉
（ 浙江天通电子股份有 限公 司 软磁研发 中心，浙江海宁 ３ ４ １ ） １４ ２
摘 要 ：研 究 了预烧．艺对 高磁导率 Ｍｎ ｎ铁 氧体 材料 主要 电 性能的影响 结 果表 明 ，适宜 的预烧温度 Ｙ － Ｚ 磁
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开发具有精细微观结构的低损耗MnZn铁氧体
S．Otobe 等
段曦东译
摘要：我们研究了电源用MnZn铁氧体的磁心损耗与微观结构的关系。
结果我们发现当平均颗粒尺寸为15－17 微米时在100KHz和200mT下有最低的损耗。
然后我们研究了CaO－SiO2外第三种添加剂对他们在颗粒边界沉积行为的影响。
，我们发现Nb2O5，Ta2O5，ZrO2能降低损耗。
进一步，，通过优化烧结条件，我们能够得到具有特别低的损耗的电源用MnZn 铁氧体。
关键词：低损耗MnZn铁氧体，100KHz，微观结构控制，颗粒边界，添加剂。
1引言
为了满足更加集成，更加省电的电子设备发展的需求，需要更加小，更加有效的开发关电源。
在一种开关电源中，变压器占据了很大一部分的体积和损耗。
因此降低变压器磁心用的MnZn铁氧体的损耗很重要。
因为MnZn铁氧体的电磁性质不仅依赖于其主要成分，而且依赖于它的微观结构，因此有许多努力来控制其颗粒尺寸和少量添加剂在颗粒边界区分布来改善其电磁性能（1）。
作为开发低损耗的材料的一个基本方法，有许多研究和分析用来阐明MnZn铁氧体中产生损耗的机理（2，3）。
磁心损耗可以分为三个部分：磁滞损耗P h，涡流损耗P e，剩余损耗P r。
这三个组员在总损耗中占据的比例依据测定条件如频率和磁通密度而很不相同。
在低频下Ph是主要的，为了降低P h，形成规整的微观结构（尽量少的晶格缺陷和气孔）以不要阻碍磁畴壁的运动是重要的。
在高频下，P e的比例上升，提高磁心电阻率是可以降低损耗。
广泛应用的抑制P e的方法是使用CaO－SiO2复合添加剂，以在颗粒边界处形成高阻层（4）。
对于Pr，最近的研究表明当频率大于500KHz时，占据总损耗的80％以上（2）。
为了减小Pr，复数磁导率的峰频率越高越好，而这可以通过细颗粒化而得到（2）。
如上所述，降低损耗的三个组员的手段是矛盾的，在一定的条件下，确定那一种组员是主要的是必要的。
在本研究中，我们求得了不同微观结构的试样的电磁性质。
另外，我们研究了少量添加剂的影响，成功地得到了在相对低频和高磁通密度下有很低损耗的MnZn 铁氧体材料。
2．实验过程
我们应用了组分适合于功率应用的传统MnZn铁氧体。
预定量的Fe2O3，Mn3O4，ZnO 在球磨机中混合。
混合物在900℃焙烧2小时。
焙烧粉末与不同的SiO2，CaCO3，TiO2,ZrO2的组合在球磨机中混合球磨。
得到的铁氧体粉末与PV A混合，造粒，压成环，环的外径未25mm,内径未15mm，高为5 mm。
这些磁心在1250和1350℃仔细控制的样气氛下烧结。
冷却温度和相对氧分压满足方程：logPo2=-1450/T(K)＋a (1)
这里气氛参数a 是常数。
我们测定了烧结体的密度和平均颗粒尺寸通过用显微图像测定有300颗粒晶团而得到用Auger电子谱（AES）对颗粒边界进行了化学分析。
20mm 长的棒状的烧结试样在真空测量室中断裂。
MnZn铁氧体沿颗粒和他们的边界断裂。
端面用Ar＋离子进行了腐蚀。
AES 电子束的直径为50－70nm，远小于颗粒直径。
我们测定了试样的电磁性质。
用IwatsuBH分析仪Sy8232ceding了DC电阻率（ρ），AC起始磁导率（μi）,磁心损耗（P c）。
通过图1 的Pc/频率（f）－f 图推得了磁滞损耗P h 和涡流损耗P e。
我们没有考虑剩余损耗，因为我们得频率足够低而磁通密度足够高可以忽略P r（6）。
3结果和讨论
A微观结构和磁心损耗的联系
图2 是磁心损耗和颗粒尺寸的关系。
这些试样含有相同的CaO，SiO2，TiO2；在集中不同的温度下烧结。
TiO2可以在铁氧体中取代，Ti4＋和Fe2＋可以取代两个Fe3＋，结果降低磁心损耗及降低损耗最低峰的温度（7）。
试样的DC电阻率大约为3 Ω·m.。
图3 是颗粒尺寸与磁滞损耗的关系。
P h的变化类似P c。
如以前所述为了降低P h，得到大而规整的颗粒而且没有晶格缺陷和气孔是很重要的，这样可以不防碍磁畴壁的运动。
进一步，烧鸡然体密度越大越好（1）.。
图4 是P e和平均颗粒尺寸的关系。
有人认为P e依赖于微涡流（8）。
我们认为如果P e 是流经颗粒内部得为涡流引起的，P额正比于颗粒衡截面积，与颗粒尺寸的平方成正比。
图3 图4 常常P e减小伴随P h升高。
为了降低P c，根据操作条件如频率磁通密度，要适当选择颗粒尺寸以平衡Ph和P e。
从图2可知，很清楚在100KHz和200mT下，颗粒尺寸微15－17微米时有最低的损耗。
图2 磁心损耗和颗粒尺寸的关系
图3 磁滞损耗和颗粒尺寸的关系
图4 涡流损耗与颗粒尺寸的关系
B添加剂对Ca在颗粒边界分布的影响
为了控制颗粒边界，我们研究了第三种添加剂对CaO－SiO2在颗粒边界沉积行为的影响。
添加剂的影响见于表1 。
这些试样有几乎相同的颗粒尺寸(15.4-16.2 微米)和烧结密度（4900－4920Kg/cm3）。
我们发现第三种添加剂的联合加入降低了损耗。
注意损耗降低是Ph 的降低引起的，P e没有减小。
图5 是用ASUS测定的Ca 在每个试样颗粒边界的分布。
很明显有第三种添加剂的试样Ca 离子在边界区域的分布窄。
而且Ca在颗粒边界的强烈偏析降低了磁心损耗。
大家知道如果它分散进颗粒内部Ph 会上升（1）。
在上述发现的基础上优化烧结温度和时间我们能够得到新的MnZn 铁氧体材料。
新材料在1280℃烧结9个小时，以得到更加规整的微观结构。
结果具有特别低的损耗，在100KHz，200mT，80℃下为220KW/cm3。
图6 是新材料的热特征。
表1 试样的特性
图5试样边界处的Ca浓度
图6 新材料磁心损耗的热特性
4结论
1．从我们的关于磁心损耗和微观结构的关系的研究，我们发现当平均颗粒尺寸为15－17微米时，100KHz,200mT下的损耗最低。
2．在大家知道的CaO，SiO2添加的基础上我们考察了少量第三种添加剂如Nb2O5，Ta2O5，ZrO2会进一步降低损耗。
3．发现这些添加剂促进CaO在颗粒边界的偏析，结果提高了铁氧体的磁性能。
4．在上述发现的基础上，通过优化烧结条件，，我们得到了特别低的损耗的MnZn 铁氧体材料，可以使用于电源。
参考文献；。