【文章內(nèi)容簡介】 下降。 主要電磁參數(shù) 磁導率起始磁導率是表征磁介質(zhì)磁性的物理量。常用符號 μi 表示，它等于磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強度 B 與磁場強度 H 之比，即 μi=B/H，也就是說，在某一磁場強度下的磁導率與該磁場強度對應(yīng)的磁化曲線上的點的斜率成正比，斜率越大，磁導率越高。根據(jù)磁場強度的大小、勵磁信號的類別、磁路結(jié)構(gòu)不同等等，磁導率有不同的定義或稱謂，磁導率隨磁場變化而變化。B 和 H 的關(guān)系除在真空中和在磁性材料中具有線性關(guān)系外，一般具有非線性關(guān)系，如下圖磁滯回線性特性： 圖 1—2 磁滯回線 損耗角正切 tgδ 和品質(zhì)因素 Q 品質(zhì)因素 Q 是損耗角正切 tgδ 的倒數(shù)。磁性器件作濾波電感時，通常用品質(zhì)因素Q 來表示它的質(zhì)量。因此損耗角正切 tgδ 和品質(zhì)因素 Q 也是錳鋅鐵氧體主要參數(shù)之一。2 高磁導率 MnZn 鐵氧體預燒料探討 原料的分析目前，國內(nèi)外的磁性材料生產(chǎn)制造商，以及磁性材料的研究者，對原材料的選擇都是十分重視的。由于生產(chǎn)鐵氧體的原材料大多數(shù)都是天然而成的材料，或者說是工業(yè)上的副產(chǎn)品。其中的成分含有大量的雜質(zhì)，而雜質(zhì)的數(shù)量和雜質(zhì)的種類都需要考慮是否影響最終產(chǎn)品的性能。而在生產(chǎn)工藝條件下證明，影響鐵氧體原料活性的主要因數(shù)有：顆粒的表觀形貌、原料的結(jié)構(gòu)、預燒溫度等。原料經(jīng)過混合、粉粹過程后，顆粒表面能大幅度提高，顆粒表層處于高能量的介穩(wěn)狀態(tài)。一般認為，顆粒的平均粒度越小，表面能越高，顆粒越有可能處于高活性。其實，對于鐵氧體原料的生產(chǎn)，并不是越細越好，平均粒度的大小有一個相對的范圍，在這個范圍內(nèi)，粒度越細越好，超出了這個范圍，原料太細，不但活性不是很好，而且有可能還會產(chǎn)生一系列的不利影響。原料的加工方法不同，制得的顆粒外形一般也不相同，對于產(chǎn)品的質(zhì)量在一定程度上有很大的影響。常見的顆粒形狀有：球狀粉末、多角狀粉末、不規(guī)則狀粉末、技枝粉末、針狀粉末。片狀粉末、碟狀粉末等。對于軟磁材料來說，活性的排列順序為：球形或接近球形、板狀、片狀、針狀。表 2—1 高性能高質(zhì)量錳鋅鐵氧體對原料的要求雜質(zhì)原料 SiO2 Na2O/K2O CaO 其他 總雜質(zhì)Fe2O3 Mn3O4 ZnO 光譜純≤≤ 配方的選擇配方是生產(chǎn)高磁導率錳鋅鐵氧體材料的關(guān)鍵。通常在配方中提高 Zn 的比例可獲得磁導率高的產(chǎn)品，目前高磁導率材料的配方(摩爾比)一般都確定為Fe2O3:MnO:ZnO=():():()。實際生產(chǎn)中必須嚴格控制成分偏移，成分的微小偏移都可能對錳鋅鐵氧體材料性能產(chǎn)生很大影響。要得到磁導率高的材料需注意以下幾方面：首先必須設(shè)法使磁晶各向異性常數(shù) K1和飽和磁致伸縮系數(shù)λs 趨于零，飽和磁化強度 Ms 盡可能大，盡可能降低材料的內(nèi)外應(yīng)力，形成精確而均勻的微結(jié)構(gòu)。此外，在燒結(jié)過程中必須盡量避免 Zn 的揮發(fā)，可采用過量的 Fe2O3和ZnO，使磁晶各向異性常數(shù) K1和飽和磁致伸縮系數(shù) λs 下降直至零。另外還必須考慮居里溫度，因為過多的 Zn 也會降低居里溫度，反而使材料失去實際使用的價值。投料時必須嚴格防止配方偏移。眾所周知，MnZn 鐵氧體的磁導率與該材料的各向異性常數(shù) K1，磁滯伸縮系數(shù) λs 以及應(yīng)力有密切的關(guān)系。當各向異性常數(shù) K1和磁滯伸縮系數(shù) λs 接近于 0 時，材料就表現(xiàn)在有較好的初始磁導率。從 MnZn 鐵氧體的三相組成成分相圖可知當 Fe2O3含量大于50％時，其磁滯伸縮系數(shù)是正值和鐵氧體其他部分的負值起局部抵消作用，使鐵氧體的磁滯伸縮系數(shù) λs 具有較低的值。ZnO 含量增加可以減低 K1值，但相應(yīng)的 Fe2O3含量就需要稍減，這樣才能維持各向異性常數(shù)和磁滯伸縮系數(shù)等于 0 同時出現(xiàn)，從而提高MnZn 鐵氧體的初始磁導率，目前研究和開發(fā)的 MnZn 鐵氧體基本遵守上述的基本成分選擇原則。在實際研究過程中，成分的選擇有所側(cè)重，過量的 Fe2O3在燒結(jié)時形成 Fe2O4除了起著降低鐵氧體的 K1值之外，還可以提高 Bs 和 Tc。Fe 2+占據(jù)尖晶石結(jié)構(gòu) B 位，增加了 B 位和 A 位上磁矩差，故 Bs 增加。Fe 2+和 Fe3+是磁性離子，占據(jù) A 位和 B 位后增加了 A—B 間超交換作用，Tc 上升。錳鋅鐵氧體在一定范圍內(nèi)增加 ZnO 和 Fe2O3。都可提高磁滯伸縮系數(shù)和 Bs，但各有側(cè)重。增加 Fe2O3含量主要提高 Bs 和 Tc，但 Q 值下降。在高磁導率 MnZn 鐵氧體中，通過 ZnO 過量可以大幅度提高初始磁導率，因為 ZnO過量能有效地促使各向異性常數(shù)和磁滯伸縮系數(shù)趨于零。同時，原材料的純度、雜質(zhì)及活性對鐵氧體材料的工藝和性能有很大的影響。在相同工藝條件下，原材料純度的提高，意味著磁導率提高。純度高、雜質(zhì)少、粒度細和活性高的材料對防止燒結(jié)過程中形成巨晶是非常重要的，因為巨晶會影響鐵氧體的微結(jié)構(gòu)，阻礙固相反應(yīng)，形成非磁性相，形成內(nèi)應(yīng)力和退磁場，使材料矯頑力增大，功耗大，磁導率下降。因此在實際生產(chǎn)中，必須嚴格控制成分偏移，成分的微小偏移都可能對性能產(chǎn)生很大影響。要得到高磁導率材料要注意：必須設(shè)法讓磁晶各向異性常數(shù) K1 和飽和磁致伸縮系數(shù)趨于零，飽和磁化強度盡可能大，盡可能降低材料的內(nèi)外應(yīng)力，形成精確而又均勻的微結(jié)構(gòu)。此外，在燒結(jié)過程中必須盡量避免 Zn 的揮發(fā)?？梢圆捎眠^量的 Fe2O3 和 ZnO，使磁晶各向異性常數(shù) K1 和飽和磁致伸縮系數(shù)下降直至趨于零，通常在配方中提高 Zn 的含量可以提高材料磁導率，但過多的 Zn 會降低居里溫度而使材料失去使用價值。如下圖：圖 2—1 磁導率與 MnZn 鐵氧體組成的關(guān)系 粉料的制備制粉是錳鋅鐵氧體生產(chǎn)中一個相當重要的工序，它分干法和濕法兩種：干法是將氧化物原料直接球磨混合，經(jīng)成型和高溫燒結(jié)制成鐵氧體，該方法工藝簡單配方準確，但燒結(jié)活性和混合均勻性受到限制，從而制約了其材料性能的完善。濕法有化學共沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法、超臨界法及微乳液法等，本文采用的是溶膠—凝聚法。 溶膠一凝膠法是 20 世紀 90 年代興起的一種新的濕化學合成方法，被廣泛的應(yīng)用于各種無機功能材料的合成當中。此法是將金屬有機化合物如醇鹽等溶解于有機溶劑中，通過加入純水等使其水解、聚合、形成溶腔，再采取適當?shù)姆椒ㄊ怪纬赡z，并在真空狀態(tài)下低溫干燥，得疏松的干凝膠，再作高溫煅燒處理，即可制得納米級氧化物粉末，凝瞍的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)在很大程度上取決于其后的干燥致密過程，并最終決定材料的性能。此法制備的粉體純度高，均勻性好，粒經(jīng)小，尤其對多組分體系，其均勻度可達到分子或原子水平。燒結(jié)溫度比高溫固相反應(yīng)溫度低，晶粒大小隨溫度和時間的增加而增大。完全晶化溫度約為 750℃左右。與共沉淀法相比，該法合成的納米粉體僅在燒結(jié)時才出現(xiàn)團聚，且在不高的溫度(700～800℃)晶化完全。這樣可以節(jié)約能源，避免由于燒結(jié)溫度高而從反應(yīng)器中引入雜質(zhì)，同時燒前易部分形成凝腔，具有較大的表面積，利于產(chǎn)物的形成。是一種較好的制備超微粉的方法。 添加劑的選擇 為了進一步改善鐵氧體的電磁性能，除了合理選擇主配方外，還與所添加的雜質(zhì)元素有關(guān)。鐵氧體取得優(yōu)良的性能是通過嚴格控制成分和組織獲得的，而目前摻雜已成為改變軟磁鐵氧體微觀組織和性能的主要手段之一。在鐵氧體的原料中摻雜添加劑，主要起著控制動力學反應(yīng)，控制晶體微觀結(jié)構(gòu)，調(diào)整晶粒內(nèi)部參數(shù)。在高溫時參與固相反應(yīng)，使添加劑或存在于鐵氧體晶界，或固溶于晶粒內(nèi)部，從而提高了磁體的綜合性能。在 MnZn 鐵氧體中加入 TiO2可以改進材料的電性能和磁性能。掃描電子顯微鏡和能譜儀分析顯示：Ti 4+均勻地分布在晶粒的表面，