软磁铁氧体材料

王朝百科·作者佚名  2010-04-09
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特性要求一.概述:

1.要求: 四高----µi、Q、fr、稳定性(M、DF);

2.特点:容易获得磁性也容易失去,主要用于高f弱场

二.分类

1.按晶体结构:尖晶石型;平面六角晶系;

2.按材料应用性能分:

1>.高磁导率材料(µi = 2000--4104): 低频、宽频带变压器

及小 型 脉冲变压器

2>.低损耗材料:电源磁芯,高功率场合;

3>.低损耗高温定性材料:通信滤波器磁芯;

4>. 高频大磁场材料: 空腔谐振器、高功率变压器等

5>.功率铁氧体(高Bs)材料: 开关电源及低频功率变压器

6> 高密度记录材料:用做录音,录象磁头;

7>电波吸收体材料:吸收电磁波能量,广泛应用于抗干扰 电子技术

磁特性参数1.起始磁导率µI=lim_(△H→0){△B/△H}

2.磁损耗:

品质因素:Q=ωL / R;

损耗角正切:tanδ=1/Q;

比损耗系数: tan /µi =1/µi•Q

一般材料µi• Q =常数.

3.温度稳定性:

温度系数:αμ

比温度系数:αu/µi

4.减落:反映材料随时间的稳定性

5.磁老化

6.截止频率fr:

由于畴壁或自然共振, 迅速下降致所对应的频率点 ,衡量材料应用频率的上限.

磁导率一、起始磁导率的理论概述:

微观机理: 可逆畴转,可逆畴壁位移

µi = µi 转+ µi位

对于一般烧结铁氧体:

1.如内部气孔较多,密度低,壁移难, µi 转为主;

2.如晶粒大,气孔少,密度高,以壁移为主.

磁化的难易程度决定于磁化动力(MsH)与阻滞之比,比值高则易磁化;反之难磁化.

理论上提高磁导率的条件:

1.必要条件:

1>.Ms要高( ∝Ms2 );

2>.k1, λs→0;

2.充分条件:

1>.原料杂质少,  ;

2>.密度要提高 ( P ↓),即材料晶粒尺寸要大( D↓);

3>.结构要均匀 (晶界阻滞↓);

4>.消除内应力 s•σ ↓ ;

5>.气孔↓,另相↓ (退磁场↓)

二、提高µi 的方法

(一).提高材料的Ms

尖晶石铁氧体 Ms = | MB - MA|

1.选高Ms的单元铁氧体

如:MnFe2O4(4.6--5 µB); NiFe2O4 (2.3 µB)

2.加入Zn,使MAs降低

另外:

CoFe2O4 (3.7 µB)磁晶各向异性

Fe3O4(4 µB) 电阻率低,K也较大

Li0.5Fe2.5O4(2.5 µB)

烧结性差,10000C, Li挥发

(二).降低 k1和s

1.选L=0的单元铁氧体; MnFe2O4 , Li0.5Fe2.5O4, MgFe2O4

2.选择L被淬灭; NiFe2O4 ,CuFe2O4

3.离子取代降低k1, λs

1>.加入Zn2+,冲淡磁性离子的磁各向异性

2>.加入Co2+:一般铁氧体k1<0, Co2+的k1>0,正

负k补偿;

3>.引入Fe2+,Fe2+在MnZn表现为正k,可正负补

偿调整k;

4>.加入Ti4+, 2Fe3+  Fe2++Ti4+;

5>高磁导率的成分范围

(三).显微结构:

1.结晶状态: 晶粒大小、完整性、均匀性;

2.晶界状态: 厚薄、气孔、另相;

3.晶粒内气孔,另相: 大小、多少和分布;

4. 高&micro;材料:大晶粒,晶粒均匀完整,晶界薄,无气孔和另相

(四).内应力对&micro;的影响:

1>.有磁化过程中的磁致伸缩引起,它与s 成正比;

2>.烧结后冷却速度太快,晶格应变和离子、空位分布不均匀而产生畸变;

3>.由气孔、杂质、另相、晶格缺陷、结晶不均匀等引起的应力,与原材料纯度和工艺有关。

综上所述1.原材料:纯度高、活性好、杂质少,对MnZn材料

而言粒度最好在0.15~0.25 &micro;m范围内。特别注 意半径较的大杂质混入;

2.配方除满足高Ms,更重要是满足k1≈0, λs≈0;

一般当要求&micro;i在5000以下时,可以加入必要的添 加剂如 CaO, TiO2, LaO,CuO, Bi2O3, B2O3, BaO, V2O5,ZrO2 等,以改善损耗特性及其它性能的作用;

3.保证获得高密度及优良显微结构,造成磁化过程 以壁移为主。用二次还原烧结法和平衡气氛烧结 法是获得稳定优良性能必不可少的条件;

4.采用适当的热处理工艺进一步改善显微结构性能,促使均匀化,消除内应力,调节离子、空位的稳 定分布状态。

软磁铁氧体的损耗一、.概述

产生原因:软磁材料在弱交变场,一方面会受磁化而储能,另一方面由于各种原因造成B落后于H而产生损耗,即材料从交变场中吸收能量并以热能形式耗散。

二.磁损耗分类:

非共振区(损耗较小):

1>.涡流损耗;

2>.磁滞损耗;

3>.剩余损耗;

共振区(损耗较大):

4>.尺寸损耗;

5>.畴壁损耗;

6>.自然共振

涡流损耗:由于电磁感应引起涡流而产生。

一般铁氧体ρ很高时,可忽略涡流损耗;对高μ材料,由于Fe^2+含量较高,(ρ=10^-2~10Ωm),涡流损耗较大。

降低涡流损耗的有效方法是:提高ρ(晶粒内部的ρ,晶界的ρ)

磁滞损耗:是指软磁材料在交变场中存在不可逆磁化而形成磁滞回线,所引起材料损耗,大小正比于回线面积.

原因:不可逆的壁移,使B落后于H.

降低损耗的方法:

1>.低场下,防止不可逆磁化过程产生,降低损耗与提 高&micro;i的方法一致; 但同时应注意 防止不可逆壁 移的出现

2>.高场下,使不可逆磁化过程尽快完成,减少磁滞回 线面积.

剩余损耗:是软磁材料除涡流损耗和磁滞损耗以外的一切损耗,在低频弱场,主要是磁后效损耗,在高频场,共振尾巴延伸致低频场;

磁后效决定于: 扩散离子与空位浓度;与工作温度、频率有关;

扩散弛豫时间:τ= 1 / (9.6 ρ• f • exp(-θ/T))

其中f:晶格振动频率; ρ:扩散离子浓度; θ:激活能;

离子激活能θ高,环境温度T低,则τ远较应用频率对应的τ长,损耗小;

 
 
 
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