软磁铁氧体基本磁特性

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。

若按磁性所分类，软磁铁氧体材料可分类：

(1) 高磁导率材料。这类材料初始磁导率通常大于4000，国内批量生产的最高磁导率为10000～12000，国外批量生产的最高磁导率可达 15000～20000，主要制作宽频带变压器、脉冲变压器、以及抗噪声滤波电感器等（见附录附表一）。

(2) 功率铁氧体材料，这类材料主要特征是饱和磁感应强度 Bs 高，大磁场下功率损耗低，因此适合制作较大磁场下运行的开关电源变压器，回扫变压器，扼流圈等。功率铁氧体按使用频率又可细分为几个小类，如回扫变压器材料，日本 TDK 公司有 HV22、HV38、HV45 材料，国内牌号则有 JV2、JV2A、JV4 材料等。又如开关电源变压器适用的材料，日本 TDK 公司有 PC30、PC40、PC44、PC50 材料，分别适用频率为 100kHz、300kHz、500～1000kHz，国内生产的相应材料牌号有 JP2、JP3、JP4、JP5 等，其磁特性详见附录附表二及附表三。

(3) 高频铁氧体材料。其主要特征是磁导率低，高频损耗小，可适用于几兆赫兹到几百兆赫兹的高频，特高频范围，若按磁导率大小可细分的材料系列品种有数十种，但大致可已分为高 Q 材料和低温度系数材料两小类。另外，为适应片式电感器使用的低烧结温度铁氧体材料也将逐渐形成系列。部分品种的高频氧体材料磁特性可见（附表四）。这类材料主要用于制作高频变压器及固定或可调电感器。

(4) 高电阻率材料。电阻率通常高达 107～109Ωcm，主要适于制作显象管或显示管用偏转线圈磁心，可避免线圈直接绕制在磁心上而发生短路现象。如日本 TDK 公司的H4M、H4H 材料，国内则有 R3.5H、R5H 材料等。随着扫描频率提高，今后可能使用 NiZn 系或 MnZn 系材料，如日本 TDK 公司已开发生产的 DA6、DA2 材料等。其磁特性见附录附表五。此外，还有甚高频软磁铁氧体材料（六角晶系高频铁氧体），适用频率为 100～1000MH2；高密度铁氧体材料，有热压类及单晶铁氧体材料两种，用于制作记录磁头；高频大功率材料，NiZn 系材料，适用于发射机终端耦合变压器等。

最近正式发布如国际电工委员会推荐标准IEC1332-1995“软磁铁氧体材料分类”（已转化为电子工业标准 SJ／T 1766-1997），将软磁铁氧体按应用情况分为三大类：主要在开磁路中使用的 OP 类材料，主要在闭合磁路中低磁通密度下应用的 CL 类料，以及主要在闭

合磁路中高磁通密度下使用的 PW 类材料。每个大类又通过基本技术参数分成若干小类。如开磁路 OP 类材料，按起始磁导率大小分成九个小类（磁导率从小于 20 到1500）；又如闭磁路的 CL 类材料，也按起始磁导率大小分为 12 个小类（μ从小于 100 到 16000）；而高磁通密度下使用的 PW 类材料，则按使用频率细分为 5 小类（工作频率从 15kHz～3000kHz）。每类材料磁性能参数详见附表 6-1，6-2，6-3。

软磁铁氧体材料牌号命名方法

我国软磁铁氧体材料 50～60 年代为初创阶段，70年代随着收音机和电视机普及，软磁磁心生产得到迅速发展，产量增长很快。如 1968 年全国软磁铁氧体产量约1000 吨，1980 年达 3500 吨。当时生产的软磁铁氧体材料，主要有MmZn 系和 NiZn 系，而且绝大部分在弱磁场下使用。1981年制订的“软磁铁氧体材料系列”标准（SJ/Z1966-1981），适应当时生产情况，按磁导率由小到大对软磁铁氧体进行分类和系列化。与此相适应的，1991 年制订了电子工业标准“铁氧体材料牌号与元件型号命名方法”（SJ/Ｔ102131991）规定用 R 表示软磁，并按初始磁导体率数值进行命名。如 R1h 表示初磁导率μi=100 的软磁铁氧体材料；R2k表示μi=2000 的软磁铁氧体材料。该标准又规定，按性能特征可以在牌号后面附加符号，“B”表示高 Bs 材料，“P”表示低磁心损耗材料，“Q”表示高 Q 材料等。目前，国内很多厂家仍采用此方法对材料牌号进行命名。80 年代后，随着彩电国产化和逐步向家庭普及，软磁铁氧体磁心需量激增，加之从国外引进技术和先进的关键制造设备以后，生产量和技术水平均获得迅猛发展。如1990 年全国软磁铁氧体产量已达 12000 吨。这一时期，具有节能并可实现小型化、轻量化的开关电源在彩电和其它电子设备大量应用，而软磁铁氧体是开关电源主变压器磁心最适用的材料，因此功率应用的软磁铁氧体材料（MnZn系）发展更快，该类材料约占整个软磁铁氧体材料总产量的 50% 左右（按重量计）。用于大磁场下的功率铁氧体材料，有不同品种材料，各企业对材料牌号命名时采用各种

方法，如 R2KD、R2KB、R2KP、R2KBD 等等。因此，上述命名方法与实际使用已产生矛盾，给用户选择和使用带来不便，1997 年，根据等同采用IEC标准而修订的新的电子工业标准SJ／T17666-1997，已将软磁铁氧体材料分为三大类，已如前述（见附表六）。但相应的材料牌号命名方法尚未修订。目前，国外大多数企业根据自身商业利益，均有自己规定的材料牌号命名方法；国内部分企业有的也已仿效国外大公司，制订了本企业生产的软磁铁氧体材料牌号命名方法。表 1-1 和表 1-2 列出国内外部分企业生产的功率铁氧体材料和高磁导率铁氧体材料牌号对照表，可供使用者参考。