pc40錳鋅功率軟磁鐵氧體的制備經(jīng)典獲獎畢業(yè)論文-展示頁
2025-07-07 08:32本頁面
【正文】 要通過以CaO 、SiO2 、TiO2以及Co2O3等添加劑的作用機(jī)理為依據(jù)，分析原材料(Fe2O3—MnO—ZnO)的化學(xué)特性得出合理的PC40錳鋅功率軟磁鐵氧體配方；選擇適合于該配方的工藝，進(jìn)行工藝控制，制備出Bs=510mT，μi=2300，Pc=410mw/cm3(100℃)的高性能的PC40錳鋅功率軟磁鐵氧體。關(guān)鍵詞：分析；選擇；高性能；錳鋅功率軟磁鐵氧體 ABSTRACTThrough take chemical additive the and so on CaO 、SiO2 、TiO2 aswell as Co2O3 action mechanism as the basis, the analysis raw material(Fe2O3—MnO—ZnO) the chemical characteristic obtains the reasonablePC40 manganese zinc power soft magnetism ferrites formula； The choicesuits to this formula craft, carries on the craft control, prepares Bs=510 mT，μi=2300，Pc=410mw/cm3(100℃) high performance PC40manganese zinc power soft magnetism ferrites.Key word: Analysis； Choice； High performance； Manganese zinc powersoft magnetism ferrites 引 言功率鐵氧體材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于民用和工業(yè)領(lǐng)域，對中高檔電子元器件的需求量大幅度增長，在各種磁性材料中，用量最大的仍然是功率鐵氧體。為了滿足當(dāng)今市場的要求，功率鐵氧體材料在飛速的發(fā)展。為適應(yīng)開關(guān)電源開關(guān)小型化，首先要求開關(guān)電源變壓器小型化，所以制作開關(guān)電源變壓器磁芯的MnZn功率軟磁鐵氧體必須要有高飽和磁通密度（Bs）、高起始磁導(dǎo)率(μi)和小的功率損耗(Pc)。1 制備PC40錳鋅功率軟磁鐵氧體材料所用添加劑的作用機(jī)理分析無摻雜的MnZn功率軟磁鐵氧體材料是很難得到最佳性能的，制備PC40錳鋅功率軟磁鐵氧體材料所用添加劑有CaO 、SiO2 、TiO2和Co2O3等。對Mn—Zn功率鐵氧體性能提高有實用價值的添加物較多，它們的作用機(jī)理歸納為3類：第一類添加物在晶界處偏析，影響晶界電阻率；第二類影響鐵氧體燒結(jié)時的微觀結(jié)構(gòu)變化，通過燒結(jié)溫度和氧含量的控制可改善微觀結(jié)構(gòu)，降低功率損耗、提高材料磁導(dǎo)率的溫度和時間穩(wěn)定性、擴(kuò)展頻率等；第三類則固溶于尖晶石結(jié)構(gòu)之中，影響材料磁性能。對同性能要求的磁體，同一種預(yù)燒料可有幾種配方。②預(yù)燒前配料時加還是預(yù)燒后微粉碎時加也不同。 CaO 、SiO2的作用機(jī)理Ca2+離子半徑大（），富集于晶界，生成非晶質(zhì)的中間相，從而增加晶界電阻率、降低損耗、提高Q值。 mol％～ mol％，過量的Ca2+添加會使μi下降。由于PC40錳鋅功率軟磁鐵氧體的Bs比較高采用了過鐵配方，以控制K1和λs降至0從而提高μi，且燒結(jié)溫度高，晶粒較大，氣孔少，晶粒內(nèi)部的ρ值必然不高。所以，適量的CaO與SiO2并用，加入錳鋅功率鐵氧體配方中，反應(yīng)生成CaSiO3,在晶界中形成高阻層，可以提高M(jìn)nZn鐵氧體的材料的ρ、μi和μQ值（如表11和圖112所示），從而降低損耗因數(shù)。表11 CaO和SiO2含量對MnZn功率鐵氧體μi、Q的影響（100kHz）添加成分無CaO mol％SiO2 mol％CaO mol％SiO2 mol％μi2000210023002200Q2540110μQ8600525009200242000 圖11 SiO2含量對MnZn鐵氧體μi值的影響 圖12 添加SiO2和CaO對MnZn鐵氧體電阻率影響 TiO2的作用機(jī)理高價的離子進(jìn)入尖晶石晶格時，為了滿足電中性原則，必然有相應(yīng)的Fe3＋轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe2＋，F(xiàn)e2＋在尖晶石結(jié)構(gòu)中從優(yōu)于B位，由于高價微擾效應(yīng)，存在非零的軌道矩，對磁晶各向異性有弱的正的貢獻(xiàn)，從而可能在低于居里溫度下存在K1 =0點，在μi～T曲線上出現(xiàn)第二峰（如圖13所示）。在MnZn功率鐵氧體中，復(fù)合添加TiO2 和SiO2與Mn在晶界生成另相，形成厚度約為2nm的晶界層，此外，Ti將摻透到晶粒內(nèi)部，且分布不均勻，所以Ti與近鄰的Fe離子濃度分布不均勻，從而導(dǎo)致局域K1值不一致，反映在μi～T曲線上必然比較平坦（如圖13所示）。所以在MnZn功率鐵氧體中加入TiO2有利于降低功率損耗（Pc）。Ti3＋的取代能夠使壁厚增加到與晶粒直徑相當(dāng)?shù)某潭?，特別是在K1～0（K1～T曲線兩次過0）的補(bǔ)償點下，一些晶粒內(nèi)部的疇壁消失，磁化過程僅由自旋轉(zhuǎn)動起作用，因此可使磁滯損耗為最小[2]。 加TiO2對MnZn鐵氧體μ i—T曲線的影響 Co2O3的作用機(jī)理Co2+的添加不僅對K1有影響，而且會使K2增加，因此高μi 材料往往不添加Co2O3。同時添加了Ti4＋和Co3＋可以控制材料的溫度特性，減少磁滯損耗（如圖14所示）。圖14 摻入Co3＋、Ti4＋的MnZn鐵氧體的K1—T關(guān)系 2 制備PC40錳鋅功率軟磁鐵氧體的工藝過程分析制備高性能功率鐵氧體的基本途徑有兩條：一、通過組合摻雜，對鐵氧體材料的配方進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從一般意義上講，在一次預(yù)燒料的基礎(chǔ)上添加非磁性物質(zhì)，必然會降低磁性能，然而大量試驗表明，少量非磁性物質(zhì)的引入，不但不會降低磁性能，反而使磁性能有所提高，而且，如果它們的配比恰當(dāng)，還會使磁性能大幅度提高。為達(dá)到制備磁性能Bs=510mT，μi=2300，Pc=410mw/cm3(100℃)的PC40錳鋅功率軟磁鐵氧體，進(jìn)行以下工藝實驗，工藝流程（如圖21所示）[3]。具體生產(chǎn)工藝步驟說明如下：配方：為粉料提供合適的化學(xué)成分。一次噴霧造粒：使粒料更容易預(yù)燒反應(yīng)更充分。二次制漿：對預(yù)燒料顆粒進(jìn)行破碎，并制成具有一定粒度及粘度的料漿。干壓成型：將顆粒料壓制成具有一定外形、尺寸和強(qiáng)度的坯件。磨加工：使磁心具有良好的尺寸精度，性能符合物理特性。3 制備PC40錳鋅功率軟磁鐵氧體的工藝控制技術(shù) 備料工序工藝控制技術(shù)由于PC40錳鋅功率鐵氧體性能要求較高，具有高的飽和磁通密度Bs高的起始磁導(dǎo)率μi、高的居里溫度點θf、高的低功耗溫度T p、高的電阻率ρ和小的功率損耗Pc（包括磁滯損耗、渦流損耗、剩余損耗）。 預(yù)燒料的制備預(yù)燒是制備鐵氧體的重要工序,對鐵氧體產(chǎn)品質(zhì)量起比較關(guān)鍵的作用，預(yù)燒的目的有二：①通過原料顆粒之間的初步固相反應(yīng)，使混合氧化物部分鐵氧體化；②控制燒成成品的收縮率、防止產(chǎn)品變形。一般來講，顆粒平均粒度越小，表面能越高，顆粒有可能處于高活性，但對MnZn功率鐵氧體制造而言，并不是原
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