來源：電源技術(shù)應(yīng)用 作者：宜賓金川電子有限責(zé)任公司 黃剛

    摘要：根據(jù)高頻開關(guān)電源變壓器用pc44、pc50等功率鐵氧體材料的高起始磁導(dǎo)率(μi)、飽和磁通密度(bs)、低功率損耗(rc)等特性要求，分別討論了配方、添加物和燒結(jié)工藝等關(guān)鍵技術(shù)對(duì)該類材料制備的影響。

    o 引言

    隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步增加了對(duì)電子設(shè)備的多功能化和高密度化的需求，作為電子設(shè)備不可缺少的開關(guān)電源，迫切要求實(shí)現(xiàn)小型輕量化。而為了使開關(guān)電源小型化，首先要求開關(guān)電源變壓器小型化。工作頻率更高的pc44及pc50功率鐵氧體材料和磁芯就是為適應(yīng)這種需求而發(fā)展起來的。

    鐵氧體的性能并不是僅僅由其化學(xué)成分及晶體結(jié)構(gòu)決定的，還需要研究和控制它們的密度、晶粒尺寸、氣孔率以及它們?cè)诰Я?nèi)部和晶粒之間的分布等。因此，制備高性能功率鐵氧體材料，配方是基礎(chǔ)、燒結(jié)是關(guān)鍵。配方和密度決定著材料的飽和磁通密度bs(功率鐵氧體磁芯通常工作于有直流偏置場(chǎng)的狀態(tài)下，高bs是為了保證磁芯具有高直流疊加特性的需要)和居里溫度(fc)，而摻入有效的添加物并與適當(dāng)?shù)臒Y(jié)工藝相匹配，則對(duì)鐵氧體的性能具有決定意義，影響著固相反應(yīng)的程度及最后的相組成、密度和晶粒大小等，使軟磁鐵氧體的微觀結(jié)構(gòu)得到更有效的控制，從而確保材料的主要特性參數(shù)達(dá)到和諧的統(tǒng)一。

    1 高性能功率鐵氧體的主配方選擇

    為提高功率轉(zhuǎn)換效率并避免飽和，要求用在高頻開關(guān)電源變壓器中的功率鐵氧體材料具有高bs、高起始磁導(dǎo)率(μi)和高振幅磁導(dǎo)率(μa)，同時(shí)為了避免變壓器在高頻下發(fā)熱擊穿，材料的功率損耗(rc)應(yīng)盡量小，希望呈負(fù)的溫度系數(shù)�？梢哉f，衡量功率鐵氧體材料優(yōu)劣的3個(gè)重要磁性能參數(shù)是μi、曰bs和rc以及這些參數(shù)的頻率、溫度和時(shí)間穩(wěn)定性，它們之間是一個(gè)矛盾的統(tǒng)一體，某些參數(shù)甚至嚴(yán)重對(duì)立，將它們有機(jī)統(tǒng)一的總體思路是控制磁晶各向異性常數(shù)k1～t曲線及鐵氧體的微觀結(jié)構(gòu)，在配方、添加物和燒結(jié)工藝上使k1有一個(gè)好的溫度特性，將k1的最小值調(diào)節(jié)到合適的位置，并使其趨向于零。

    μi的大小對(duì)磁芯具有高電感因數(shù)(al)的貢獻(xiàn)最為直接，因此，保證鐵氧體有較高的μi值是必須的。但另一方面，μi與材料截止頻率fr之間相互制約，提高材料的使用頻率與提高μi是相互對(duì)立的，在實(shí)際材料中只能相互兼顧。

    就功率鐵氧體的bs鼠和居里溫度tc來說，是由配方和密度決定的。對(duì)于功率鐵氧體的主配方，國內(nèi)外軟磁科研工作者已做了較深入的系統(tǒng)研究，并把它制成如圖1所示的相圖(無添加物)的形式使之更直觀地表現(xiàn)出來。日本tdk公司經(jīng)過多年研究，進(jìn)一步在mn—zn鐵氧體成分相圖中劃定了取值區(qū)域，其中心位置配方約為：fezo3：mno：zno=53．5：36．5：10(摩爾分?jǐn)?shù))，這與國內(nèi)許多企業(yè)pc44的主配方fezo3：mno：zno=53．3：36．5：1o．2(摩爾分?jǐn)?shù))基本一致。就pc44、pc50而言，由于其bs都比較高，必須采用過fe配方，因?yàn)閒e2o3，含量在(51～55)mo1％范圍內(nèi)，bs隨fe2o3含量的增加而增大(反之，zno含量過多則會(huì)造成材料高溫，或者bs和tc的下降)。最佳的配方組合可通過正交工藝試驗(yàn)，結(jié)合加雜和燒結(jié)工藝形式優(yōu)選確定。

    2 高性能功率鐵氧體的添加物選擇

    功率鐵氧體的化學(xué)成分不是決定鐵氧體性質(zhì)的唯一因素，陽離子和晶點(diǎn)缺陷在晶位中的分布起著頭等重要的作用。通過摻入添加物和工藝調(diào)整來改善鐵氧體的微觀結(jié)構(gòu)，更有助于使材料的主要特性參數(shù)達(dá)到和諧的統(tǒng)一。根據(jù)基礎(chǔ)磁學(xué)理論，功率鐵氧體材料的截止頻率fr與鐵氧體的晶粒大小d右式(1)關(guān)系。

    式中：ms為材料的飽和磁化強(qiáng)度；

    β為阻尼系數(shù)。

    由式(1)可知，，與d(μ1一1)成反比例關(guān)系，所以，通過摻入添加物和燒結(jié)工藝的調(diào)整使晶