高导锰锌铁氧体技术.ppt.ppt

钟罩炉制备高磁导率导锰锌铁氧体 内容提要 一 高导锰锌铁氧体制备技术简介二 优化钟罩炉制备高导锰锌铁氧体制备工艺三 锰锌铁氧体制备技术开发前景 一 高导锰锌铁氧体制备技术简介 1 国内外研究状况 至20世纪70年代中期起 随着电子信息技术的日益发展 高磁导率的软磁体被广泛关注和重视 美 德 日等工业发达国家正逐步展开理论和应用研究 国外起始磁导率 i在12000以下的材料一般在N2窑中烧结 而 i大于12000以上材料则在钟罩炉内烧结 美国使用钟罩炉工业生产铁氧体材料的磁导率 i可达15000 21000 国内在此项研究起步比较晚 至今 研究此类产品的科研机构及高校都比较少 未能形成系统的理论 掌握钟罩炉内烧结软磁铁氧体工艺技术的国内公司极少 因此国内大多数软磁铁氧体产品大多都在N2窑中烧结 磁导率很难突破到12000以上 为了提高软磁体产品磁导率 提高相关产品的工作效能 改善工作环境 研制一种新型适用的制备高磁导率铁氧体是我国现今电子信息行业发展的重点 2 推板窑 钟罩炉制备铁氧体技术特点国内厂商暂无法烧结ui12000以上的产品 主要是推板窑散差大 上下分层严重 降温段气氛不容易控制 钟罩炉烧结方式则很难把握烧结升温速率 过低 晶粒不易成长 到高温段时 会导致晶粒大小不均匀 从而影响性能 过高 则晶粒成长太大 易导致内部形成块状结晶 从而整体性能变差 同时 钟罩炉烧结时间为30 38小时 成本较高 二 优化钟罩炉制备高导锰锌铁氧体制备工艺 软磁铁氧体材料的烧结过程是一个物理和化学变化的结合过程 它对磁芯几何尺寸和电磁性能起着决定性作用 对高磁导率材料来说 要得到密度高 气孔率低 晶粒大而均匀的铁氧体磁芯 就必须在烧结时严格控制烧结温度 烧结时间和烧结气氛 同时要控制Mn离子和Zn离子的变价 防止出现Zn的高温挥发配方偏移 又要保证铁氧体固相反应完全和抑制巨晶形成 一般烧结工艺示意图 一般烧结工艺的加工难点 1 烧结初期 气孔细小且均匀密布于界面上 而且多数是封闭的气孔 其呈不规则的多面体 随着温度的升高 气孔表面逐渐变接近于球形 表面能变小 气孔更稳定 同时气孔中的气体随着温度升高压力增大 小气孔的压力相对较大 则逐渐迁移到较大的气孔中 当然也可能向晶粒内部扩散 气孔的作用类似杂质 其存在阻碍晶粒成长 从而影响磁芯电感 阻抗等 2 烧结中期 晶粒开始形成并成长 同时晶粒由于大小不一致且不均匀 引起晶界上的能量不平衡 在表面能的作用下 较大晶粒开始吞并较小晶粒 使其晶粒进一步长大 故不能再继续升温 而是延长保温时间 让晶粒均匀化 本工艺的制定以以上难题为依据 着重研究以下几点 1 脱脂段常温到400 研究温度点 升温速率及添加剂挥发速度间的关系 从而规避了因时间降低而导致的脱脂裂 2 升温段及持温段600 1100度为晶粒形成及平缓成长区 但是此时存在着部分未排除 气孔的存在阻碍了晶粒的成长 在此段先升至某一段然后持温 再次升至中温 持温 同时降低氧含量 形成二次晶粒成长 同时在此氧含量下 晶粒可以形成大而均匀 对磁芯性有大幅度的帮助 3 降温段着重研究降温速率与龟裂之关系 从而找到一个平衡点而大幅度节约时间 根据以上工艺难题 做出大量实验 工艺更新体现在以下几点 1 通过改变脱脂工艺 脱脂段快速升温 到脱脂温度时 回火至800 保温2小时 总的脱脂时间比同行业下降50 有效提高脱脂率及生产效率 2 烧结工艺采用升温到1050 后下降至800 氧含量随之下降至0 65 持温及气氛2小时 升温至1380 持温3小时 以3 min降至1000 1000 以下以5 min降温工艺 解决了烧结过程中充分利用能源 减少烧结炉的使用时间 提高生产效率问题 3 通过研究 找出降温速度与产品产生龟裂的平衡点 然后快速降温 工艺更新后烧结工艺示意图 工艺更新后烧结工艺示意图 钟罩炉制备高导锰锌铁氧体工艺流程图 通过更改制备工艺 产品可以达到的主要技术指标 1 磁导率大于等于12000ui 2 烧结时间降低至18 6小时 炉 窑炉使用率提升166 67 3 能耗降低30 左右 4 频宽达到100KHZ以上 Q值等提升幅度达到20 材质为12000ui 三 锰锌铁氧体制备技术开发前景 软磁铁氧体材料已经被广泛应用于民用和工业领域 随着21世纪信息技术和电子产品数字化的发展 对软磁铁氧体和元件提出了新的要求 如器件的小型化 片式化 高频化 高性能 低损耗等 软磁铁氧体材料将进一步向高频 高磁导率和低损耗的两高一低方向发展 1 向高频率发展 我国新发布的 软磁铁氧体材料分类 行业标准 把功率铁氧体材料分为PW1 PW5五类 其适用工作频率也逐步提高 如适用频率为15 100kHz的PW1材料 适用频率为25 200kHz的PW2材料 适用频率为100 300kHz的PW3材料 适用频率为300kHz 1MHz的PW4材料 适用频率为1 3MHz的PW5材料 目前 国内的企业已能生产相当于PW1 PW3材料 PW4材料只有在部分企业小批量试生产 PW5材料有待于进一步开发和生产 2 向高磁导率发展 由于信息产业的高速发展 传统的普通软磁铁氧体已经不能满足新兴的信息网络技术的要求 高磁导率材料成为许多新兴的IT技术不可缺少的组成部份 另外 电子技术应用的日益广泛 特别是数字电路和开关电源应用的普及 电磁干扰问题日趋严重 高磁导率软磁铁氧体磁芯能有效地吸收电磁干扰信号 以达到抗电磁场干扰的目的 目前我国较多企业能大批量生产磁导率在5000 7000的材料 有的企业能生产磁导率达到10000的材料 但磁导率大于12000的材料还尚处于开发试制的阶段 3 向低损耗发展 为了满足高清晰度电视和计算机显示器回扫变压器的发展要求 以及电子变压器向小型化 高频化 低