软磁铁氧体材料基本知识、特性参数和定义

软磁铁氧体材料基本知识、特性参数和定义主讲人：黄爱萍安磁电子有限公司技术人员培训资料2/39内容提要什么叫磁性材料？软磁铁氧体材料有哪些？软磁铁氧体材料的晶体结构软磁铁氧体材料的工艺流程软磁铁氧体材料的特性参数MnZn铁氧体材料的发展概况3/39什么叫磁性材料？1.广义磁性材料： 对磁场有反应的材料，称为磁性材料。 由于所有的材料都对磁场有反应，所以广义上讲一切材料都是磁性材料。 但不同的材料对磁场的反应不同，据此将材料分为抗磁性材料、顺磁性材料、铁磁性材料、亚铁磁性材料等。4/39

抗磁性材料

0，

1

顺磁性材料

0，

1

反铁磁性材料

0，

1（

比顺磁性材料高一个数量级）亚铁磁性材料

1，

1

铁磁性材料、

1，

110-610-510-45/39表1几种典型材料室温下的磁化率

和磁导率

材料

磁性类别Cu-4.9×10-60.99999抗磁Al+21.4×10-61.000021顺磁Cr+151×10-61.000151反铁磁Mn(1-x)ZnxFe2O4+102-104102-104亚铁磁Fe+102-106102-106铁磁6/39

2.狭义磁性材料：磁性材料仅指铁磁性材料和亚铁磁性材料两种

1，

1的材料。

今后我们都是采用狭义的定义。

7/39软磁铁氧体材料有哪些？

按晶体结构分：（1）尖晶石型

MnZn、NiZn、MgZn、CuZnTi、LiZn

（2）磁铅石型（平面六角晶系）

Y型、Z型、W型、X型、U型8/39尖晶石型铁氧体的晶体结构MeFe2O4尖晶石矿MgAl2O4二价金属离子Me：Mn2+、Zn2+、Mg2+、Co2+、Cu2+、Ni2+、Fe2+等Fe3+可被部分取代为：Al3+、Cr3+等9/39尖晶石型铁氧体的晶体结构尖晶石晶体结构：8AB2O4氧离子A位8×8=64B位氧离子面心立方结构示意图10/39六角铁氧体的晶体结构11/39氧化物法制备铁氧体的工艺流程成型烧结检测一次砂磨配料原料选取干燥预烧造粒掺杂,二次砂磨干燥破碎12/39软磁铁氧体的特性参数静态参数Bs（Ms）、Br（Mr）、Hc磁导率

i、

i～T、

i～f、

i～t损耗tanδ、Q、ηＢ、PL阻抗电阻率烧结密度13/39HBsMsMHCBHC（Mr）Br磁性材料的磁滞回线14/39软磁铁氧体的特性参数比饱和磁化强度的温度特性15/39HM起始磁化区域瑞利区域不可逆磁化区域转动磁化为主的趋近饱和磁化区域顺磁磁化区域MS(1)(2)(3)(4)(5)μi磁性材料的磁化曲线16/39软磁铁氧体的特性参数磁导率绝对磁导率相对磁导率R2R1Ai环形样品与串联等效电路复数17/39软磁铁氧体的特性参数几种常见的磁导率起始磁导率最大磁导率18/39软磁铁氧体的特性参数振幅磁导率增量磁导率可逆磁导率直流叠加特性19/39软磁铁氧体的特性参数有效磁导率表观磁导率电感系数含有磁芯线圈的电感量空心线圈的电感量20/39软磁铁氧体的特性参数磁导率的温度特性(

i～T)温度系数居里温度Tc21/39软磁铁氧体的特性参数居里温度的经验计算公式

x(Fe2O3)=50.5~55.5%[1961Roess] x(Fe2O3)=54~63%,x(ZnO)=12~21%[1998张维诚]

Tc>250℃ x(Fe2O3)=48~49.5%,x(ZnO)=19.5~20.2%[我们的试验结果]

在居里温度附近，K1急剧趋于零，而Ms尚有一定数值，故导致μi～T峰值出现（I峰）。22/39fµr'µr"µ1234一般软磁铁氧体材料的磁谱低频(f<104Hz):复磁导率µr

大，µr

小，损耗小，磁导率随频率变化不大;

2.

中频(f=104

106Hz):与低频相似，可能出现尺寸共振和磁力共振；µr

下降，µr

出现峰值；L=n×λ/2举例：f=200kHzμ=104λ=6.7cmε=5*1043.高频(f=106

1010Hz)：畴壁共振和自然共振；大晶粒发生畴壁共振，小晶粒发生自然共振；一般来说先发生畴壁共振，后发生自然共振；µr

急剧下

降，µr

迅速增加；4.极高频(f>1010Hz)----交换区。软磁铁氧体的特性参数磁导率的频率特性(

i～f)23/39表2几种铁氧体材料的截止频率材料性质材料类型MnZn-2000MnZn-800NiZn-400NiZn-60NiFe2O4Co2Z起始磁导率

i1500～2400600～1000300～50048～721112工作频率f/MHz0.5122550300截止频率fr/MHz2.5681502001500截止频率：磁导率实部降低到一半，虚部达到最大值时对应的频率24/39软磁铁氧体的特性参数磁导率的频率特性(

i～f)25/39软磁铁氧体的特性参数Snoek极限公式畴壁共振自然共振对于立方晶体：对于六角晶体：26/39软磁铁氧体的特性参数磁导率的减落(

i～t)

减落系数 减落因子磁中性化之后10分钟和100分钟27/39软磁铁氧体的特性参数软磁铁氧体材料的弱场损耗损耗系数tanδ、比损耗系数tanδ/μi品质因数（Ｑ值）磁滞常数ηＢ

1.5mT,3mT低谐波失真特性28/39软磁铁氧体的特性参数软磁铁氧体材料的强场损耗损耗由磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗三部分组成，即：特定温度、f、Bm下的损耗：kW/m3，ｍＷ/cm329/39软磁铁氧体的特性参数磁芯损耗的温度特性30/39软磁铁氧体的特性参数磁芯损耗的频率特性损耗分离31/39软磁铁氧体的特性参数阻抗32/39软磁铁氧体的特性参数电阻率（1~109Ω·m）烧结密度（4.8～5.1×103kg/m3）

MnFe2O4～5.00×103kg/m3 FeFe2O4

～5.24×103kg/m3 CoFe2O4

～5.29×103kg/m3 NiFe2O4

～5.38×103kg/m3

ZnFe2O4

～5.45×103kg/m333/39MnZn铁氧体的发展概况MnZn铁氧体按应用特征分为三大类别：功率MnZn铁氧体高磁导率MnZn铁氧体抗电磁干扰（EMI）MnZn铁氧体

34/39超低损耗MnZn铁氧体材料年份型号测试条件功率损耗适用频率1984TDK：PC40100kHz,200mT,100℃410kW/m3100～500kHz1990TDK：PC44100kHz,200mT,100℃300kW/m3100～500kHz1995TDK：PCxy100kHz,200mT,80℃200kW/m3100～500kHz1996TOKIN：BH1100kHz,200mT,100℃250kW/m3100～500kHz1999TDK：PC47100kHz,200mT,100℃250kW/m3100～500kHz功率MnZn铁氧体的发展概况35/39高频低损耗MnZn铁氧体材料年份型号测试条件功率损耗适用频率1975TDK：PC3025kHz,200mT,100℃100kW/m3<200kHz1984TDK：PC40100kHz,200mT,100℃410kW/m3100～500kHz1994TDK：PC50500kHz,50mT,60～100℃80kW/m3500kHz～1MHz1995Philips：3F41MHz,30mT,100℃130kW/m31～2MHz2002Philips：3F53MHz,10mT,100℃100kW/m32～4MHz功率MnZn铁氧体的发展概况36/39宽温低损耗、高Bs低损耗MnZn铁氧体材料年份型号测试条件功率损耗适用频率2003TDK：PC95100kHz,200mT,25～120℃<350kW/m3100～500kHz－TDK：PC33100kHz,200mT,100℃600kW/m3100～500kHz－TDK：PE33100kHz,200mT,100℃800kW/m3100～500kHz2004TDK：PC90100kHz,200mT,100℃320kW/m3100～500kHz功率MnZn铁氧体的发展概况37/39起始磁导率的提高：1966年，德国Siemens公司，µi为40000，Tc仅40℃1971年，日本住友公司，µi为2000080年代，Tc从40℃提高到130℃1996年，日本TDK公司，µi为230002000年，日本TDK公司，µi为30000高导MnZn铁氧体的发展概况38/39高导材料性能的多元化提高：T