高温超低损耗软磁铁氧体材料研究

摘要

功率型锰锌铁氧体广泛地应用于各种电子信息设备的开关电源中,其具有的低功率损耗和高饱和磁感应强度有利于降低能量损耗和实现器件的小型化。本文采用传统的氧化物陶瓷工艺制备高温超低损耗锰锌功率铁氧体,系统地研究了主配方、添加剂、制备工艺对锰锌铁氧体微观结构和电磁性能的影响。
　　为使制备的锰锌铁氧体材料的最小功率损耗温度在100℃以上,且100℃时饱和磁感应强度约为420mT,首先对配方中的Fe2O3和ZnO含量进行了研究,实验结果表明,较为适宜的主配方配比为Fe2O3:ZnO:MnO=52.5:9.5:38(mol％)。在主配方的基础上,重点研究了Bi2O3、CaCO3、TiO2、Nb2O5、V2O5等添加剂对锰锌铁氧体微观结构和电磁性能的影响。在研究添加Bi2O3时发现,较为适宜的添加量为0.005wt％,过量添加会使晶粒异常生长,恶化材料功耗特性;CaCO3对材料的功率损耗有重要影响,不添加时高温下的功耗很难改善,过量添加会显着恶化起始磁导率和100℃左右的功率损耗,较为合适的CaCO3添加量为0.03wt％;添加TiO2可使起始磁导率的二峰位置往低温移动,改善了常温下的起始磁导率,同时使最低功耗温度往低温移动,并恶化了高温下的功耗性能,较为合适的添加量为0.12wt％;添加Nb2O5能够抑制晶粒的异常生长,使晶粒均匀,但过量添加会使晶粒异常长大,明显恶化起始磁导率和功率损耗,较为适宜的添加量为0.03wt％;V2O5的熔点低,在烧结过程中能够形成液相烧结,促进晶粒生长,降低烧结温度,在不添加或者含量过高的情况下,都对铁氧体的性能产生不良作用,较为合适的添加量为0.01wt％。
　　基于主配方和添加剂的基础研究,本文对锰锌铁氧体的预烧温度、二次球磨时间、成型密度、烧结工艺进行了研究。结果表明,预烧温度升高后,预烧后的粉料中尖晶石相生成比例显着提高,但对铁氧体的性能没有显着的影响;二次球磨时间的加长,显着地改变了铁氧体的性能,提升了常温下的起始磁导率,使Pcv~T曲线整体上往低温移动,恶化了高温下的功耗性能,但提升了饱和磁感应强度;在升温段950℃~1370℃之间的升温速率过快时,会使晶粒平均尺寸变大,均匀性变差,起始磁导率和功率损耗变差,较为合适的升温速率不高于2.63℃/min,而烧结温度过高或者过低均不利于铁氧体功耗的改善,较适宜的烧结温度为1370℃,在此温度下提高氧含量能够有效地改善功率损耗和起始磁导率,同时对饱和磁感应强度没有显着影响。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 低损耗锰锌功率铁氧体发展现状

1.3 课题研究的目的与意义

1.4 本论文的结构安排

第二章 工艺流程简介及主配方研究

2.1 引言

2.2 样品制备流程与测试方法

2.3 高温超低损耗软磁铁氧体主配方研究

2.4 本章小结

第三章 添加剂研究

3.1 引言

3.2 Bi2O3的影响研究

3.3 CaCO3的影响研究

3.4 TiO2的影响研究

3.5 Nb2O5的影响研究

3.6 V2O5的影响研究

3.7 本章小结

第四章 制备工艺研究

4.1 引言

4.2 预烧温度的影响研究

4.3 二次球磨时间的影响研究

4.4 成型密度的影响研究

4.5 烧结工艺的影响研究

4.6 本章小结

第五章 结 论

致谢

参考文献