特高频高磁损耗材料的制备及其磁特性研究

采用磁粉芯工艺制备了抑制电磁干扰(EMI)用高磁损耗软磁合金复合材料(SCM)。通过SEM微观形貌观察与复磁导率(μr'、μr')测试,对不同制备阶段的样品进行了分析,研究了球磨与退火过程对磁导率的影响,并与铁氧体材料磁导率特性进行了对比。结果表明:μr'呈磁共振双峰宽频分布,1.2GHz时,μr'为7.3,μr'max为14.5。特高频带内,SCM磁损耗性能超过铁氧体材料。     

加工表面损伤对软磁铁氧体磁性能的影响

一.引言软磁铁氧体材料广泛用于VTR和计算机外部存贮器磁头中。由于它的电阻率为1～10~(12)Ω·m,比软磁合金高得多,高频损耗低,并且,高频时仍具有较高的初始磁导率(μ_5MH_2>500)。因此,软磁铁氧体在VTR和计算机外部存贮器磁头领域里占有重要地位。随着记录密度的不断提高,对磁头材料的磁性能的要求也愈高。用于磁头中的软磁铁氧体要具有高的最大磁导率,以减小记录磁头的输入功率,增     

高性能功率铁氧体材料的配方与烧结工艺

根据高频开关电源变压器对高性能功率铁氧体材料的要求,分析研究了主配方、微量添加物和烧结工艺对铁氧体材料的高起始磁导率(μi)、饱和磁通密度(Bs)、低功率损耗(Pc)等特性的影响,得出:通过采取优选主结构原材料配比、掺入适量的CaO、SiO2、TiO2、Co2O3等添加物,并与烧结工艺相匹配等措施,即可制得PC44、PC50等高性能功率铁氧体材料。     

Sm~(3+)掺杂量对Co_2Z六方铁氧体磁性能的影响

用普通陶瓷工艺制备了3BaO·2CoO·xSm2O3·(10.8–x)Fe2O3六方铁氧体,研究了Sm2O3掺杂量对Co2Z六方铁氧体在特高频段(0.3~3.0GHz)下的复磁导率频谱特性的影响。结果表明:Sm3+掺杂量x达到0.025时,材料在特高频段的磁性能得到改善,μi为16,截止频率为1.67GHz。     

镁锌铁氧体磁芯的工艺研究

针对镁锌铁氧体与镍锌铁氧体磁芯在高频性能和机械强度方面存在的差异,对材料配方,烧结工艺,制料工艺等方面进行了调整。结果表明:起始磁导率μi为50~2000时,镁锌铁氧体磁芯完全可替代镍锌铁氧体磁芯,从而大幅降低原材料成本。     

C0-Ti替代钡铁氧体的高频磁性研究

用化学共沉淀工艺制备了Co—Ti替代系列钡铁氧体磁粉及烧结磁体，结合相结构、显微形貌分析和对材料磁化机理的讨论，该文主要研究了替代量和烧结温度对钡铁氧体高频磁性的影响。实验表明，初始磁导率和共振频率随替代量的变化存在极值，当Co—Ti替代量为1．0时钡铁氧体具有较高的磁导率和较低的磁共振频率，偏离1．0均导致磁导率的降低和磁共振频率的升高；高烧结温度导致晶粒尺寸的长大和品格结构的完善，有利于提高材料的磁导率，同时降低了磁共振频率。     

无线充电和近场通信兼用贫铁MnZn铁氧体材料

采用传统的陶瓷工艺制备贫铁MnZn铁氧体材料Mn0.61Zn0.41Ti0.02Fe1.96O4,并采用流延工艺制备出厚度为100~150μm的贫铁MnZn铁氧体薄片。研究了贫铁MnZn铁氧体材料的微观形貌和晶相结构,测试了贫铁MnZn铁氧体材料的磁性能。研究表明,贫铁Mn Zn铁氧体在低频区域的磁性能与富铁MnZn铁氧体相当,并在13.56 MHz的高频区域仍保持了较高的磁导率。通过运用仿真软件CST模拟NFC(近场通信)天线的场强分布并根据可读写距离测试了铁氧体薄片的屏蔽能力,讨论了贫铁MnZn铁氧体材料同时运用于无线充电及近场通信的可行性。     

ZrO2添加剂对MnZn功率铁氧体温度特性的影响

采用氧化物陶瓷工艺制备MnZn功率铁氧体.通过对铁氧体微结构的表征及电、磁性能的测试,研究了ZrO2对MnZn功率铁氧体起始磁导率(μi)和损耗(Pcv)温度特性的影响.结果表明,随着ZrO2添加量的增加,室温下MnZn功率铁氧体的μi及电阻率均先增大后减小,损耗则先减小后增大;当w(ZrO2)=0.02%时,μi和电阻率达到最大值,损耗最低.此外,铁氧体的μi-T曲线Ⅱ峰及损耗最低点所对应的温度随着ZrO2掺杂量的增加向低温移动.当ω(ZrO2)=0.02%时,MnZn功率铁氧体在25～120℃的宽温范围内保持较低损耗.     

Ti~(4+)-Zn~(2+)复合取代对Co_2Z六方铁氧体电磁性能的影响

采用固相反应法制备Co2Z型六方铁氧体材料Ba3Co2TixZnxFe24–2xO41。研究了Ti4+-Zn2+复合取代对其显微结构和电磁性能的影响。结果表明:随Ti4+-Zn2+取代量的增加,材料磁导率实部μ'与介电常数实部ε'先增加后减小;矫顽力Hc先减小后增加。当取代量x=0.50时,具有最大的μ'(约17)以及最小的Hc(1700.64A/m)。Ti4+-Zn2+复合取代改变了晶粒的大小和形状,从而改变了材料的体密度和择优取向,进而提高其磁导率实部μ'。     

Co-Ti替代钡铁氧体的高频磁性研究

用化学共沉淀工艺制备了Co-Ti替代系列钡铁氧体磁粉及烧结磁体,结合相结构、显微形貌分析和对材料磁化机理的讨论,该文主要研究了替代量和烧结温度对钡铁氧体高频磁性的影响。实验表明,初始磁导率和共振频率随替代量的变化存在极值,当Co-Ti替代量为1.0时钡铁氧体具有较高的磁导率和较低的磁共振频率,偏离1.0均导致磁导率的降低和磁共振频率的升高;高烧结温度导致晶粒尺寸的长大和晶格结构的完善,有利于提高材料的磁导率,同时降低了磁共振频率。     

应用于NFC的低温烧结NiCuZn材料研究

采用流延法制备了长×宽为125mm×125mm,厚最薄为50μm的铁氧体电磁屏蔽片。研究了电磁屏蔽片屏蔽近场噪声源能力与材料磁谱间的关系,同时研究了材料中的CuO含量及助烧剂Bi2O3的添加量对材料磁谱的影响。结果表明,电磁屏蔽片屏蔽近场噪声源的能力与材料在13.56MHz下的磁导率μ′及品质因数(Q)相关。CuO含量过大,材料的磁谱特性会变差;Bi2O3的添加量对材料的高频段磁谱性能影响不大。     

低温烧结NiCuZn铁氧体材料及叠层片式电感应用研究

从模拟向数字、定频向变频、接插件向平面片式化的方向发展是当前电子信息技术变革的主要方向,而叠层片式电感器件及其相关的低温共烧铁氧体材料,则是实现无源接插件向平面片式化发展的技术瓶颈。通过理论分析、材料研制以及器件应用验证三位一体的研究模式,实现了从材料微观、宏观性能的分析到材料研制途径和工艺优化以及片式器件设计及制备的综合调控,为开发高性能的低温烧结NiCuZn铁氧体材料及叠层片式电感器件奠定理论和实践基础。在理论研究方面,首先分析了决定低温烧结NiCuZn铁氧体材料主要磁性能:包括起始磁导率、品质因数、饱和磁感应强度、居里温度和矫顽力等的关键影响因素,为材料研制过程中如何控制和改善这些磁性能提供了重要的理论指导。然后又从物质迁移的角度探讨了促进NiCuZn铁氧体低温烧结和致密化的有效途径。此外,为了实现低温烧结NiCuZn铁氧体能够根据磁导率目标要求进行材料配方的"量身定制",还结合理论推导和数值拟合得到NiCuZn铁氧体磁导率的半经验计算公式,并基于遗传算法建立配方优化设计程序,大大提高了材料研发的效率和速度。在材料实验研究方面,分别采用了三种方法,即氧化物法、sol-gel法以及复合法对低温烧结NiCuZn铁氧体展开研究。在氧化法材料研制过程中,首先明确了NiCuZn铁氧体配方设计的基本原则,并在此基础上详细研究了主配方中CuO含量对材料烧结特性、微观形貌及电磁性能的影响,确定当主配方中x(CuO)为10.2%时,能较好兼顾材料低温烧结和高电磁性能的要求。此后通过对比实验,详细研究了预烧温度、球磨时间以及升温速率等制备工艺参数对材料烧结特性和电磁性能的影响。确定了低温烧结NiCuZn铁氧体最佳的预烧温度为800℃;最佳的二次球磨时间为24 h;最佳的升温速率应≤2.5℃/min。最后研究了不同的掺杂组合模式对材料性能的影响,明确了获得高磁导率的掺杂模式为:加入物的最佳质量分数是1.5%Bi2O3+0.3%WO3;兼顾高磁导率和高品质因数的掺杂模式为:1.5%Bi2O3+0.3%WO3+0.2%Co2O3。在sol-gel法低温烧结NiCuZn铁氧体材料研制过程中,首先对工艺过程中形成的干凝胶、自蔓延燃烧粉末以及最终烧结样品的晶相结构进行了分析。明确了经过自蔓延燃烧后的粉末已经铁氧体化,且粉末颗粒尺寸仅为几十纳米,具有很好的表面自由能。然后将sol-gel法与氧化物法制备样品的烧结特性和电磁性能进行了综合对比,详细分析了两种低温烧结铁氧体制备方法各自的技术优劣。此后,又采用了综合氧化物法和sol-gel法的复合法进行低温烧结NiCuZn铁氧体材料的研制。研究发现,纳米铁氧体微粉掺杂对促进NiCuZn铁氧体的低温烧结效果明显。这是由于具有高活性的纳米微粉均匀混合到氧化物法制备的微米级粉料中,增大了颗粒之间的接触面积及互扩散的缘故。同时,复合法能够避免氧化物法和sol-gel法各自技术上的一些缺陷,因而有望获得更好的材料电磁性能。在片式电感应用研究方面,首先基于有限元计算和电磁场仿真的思想,借助HFSS软件,进行片式电感结构的优化设计及性能的仿真预测。明确了对于0603型片式电感,当采取绕线长边长a=1 200μm,短边长b=500μm,绕线线宽w=100μm,绕线距上下边距μ=150μm时,能获得较好的片式电感性能。同时,通过拟合得到片式电感的感量与叠层匝数之间的指数关系。此后,对片式电感制备工艺流程进行了详细分析,明确了一些工艺控制的关键技术。最后,采用研制的低温烧结NiCuZn铁氧体材料,按照优化的片式电感结构,在电子科大LTCC工艺线上进行了片式电感的实际研制。经验证,实际制备的片式电感的感量比仿真预测值偏低,这主要是由于片式电感磁芯的磁导率与标样环有一定的差异所致,但电感量与叠层绕匝数之间的指数关系与预测值较为吻合。     

应用于NFC的低温烧结NiCuZn材料研究

采用流延法制备了长×宽为125mm×125mm,厚最薄为50μm的铁氧体电磁屏蔽片。研究了电磁屏蔽片屏蔽近场噪声源能力与材料磁谱间的关系,同时研究了材料中的CuO含量及助烧剂Bi2O3的添加量对材料磁谱的影响。结果表明,电磁屏蔽片屏蔽近场噪声源的能力与材料在13.56MHz下的磁导率μ′及品质因数(Q)相关。CuO含量过大,材料的磁谱特性会变差;Bi2O3的添加量对材料的高频段磁谱性能影响不大。     

复合掺杂对高磁导率锰锌铁氧体磁性能的影响

用复合掺杂的方法制备了高性能的高磁导率MnZn铁氧体材料。研究了Nb2O5-P2O5复合掺杂对MnZn铁氧体微观结构及磁性能的影响。结果表明,适量的Nb2O5-P2O5复合掺杂有利于促进晶粒均匀致密,提高材料的起始磁导率,降低损耗。在配方中,当ζ(Nb2O5∶P2O5)为2∶8时,起始磁导率可达到11 823。     

MnCO_3掺杂量对Z型六方铁氧体电磁性能的影响

采用固相反应法制备了Z型六方铁氧体(Ba3Co2Fe24O41)。研究了MnCO3掺杂量对Z型六方铁氧体的显微结构、电磁性能的影响。结果表明:掺杂MnCO3时,Z型六方铁氧体的高频电磁性能得到了显著提高;当w(MnCO3)为0.6%时,Z型六方铁氧体的起始磁导率μi和300MHz时的Q值分别从12.3和6.3提高到了13.6和15.2;同时其ε′和300MHz时的tanδ分别从82.0和0.13降低到了20.4和0.02,有望成为高频电感用材料。     

ZrO2-Nb2O5复合添加对MnZn铁氧体结构和磁性能的影响

针对开关电源高频小型化需求，采用固相反应制备分子式为(Mn_0.766Zn_0.105Fe_0.129)Fe₂O₄的MnZn铁氧体材料，通过对铁氧体微结构的表征及磁性能的测试，研究了ZrO₂和Nb₂O₅复合添加对MnZn铁氧体显微结构、烧结密度d、初始磁导率μ_i、饱和磁通密度B_s、剩余磁通密度B_r、矫顽力H_c以及功耗P_cv特性的影响。结果表明，ZrO₂和Nb₂O₅复合添加有利于促进晶粒均匀化和致密化，从而提高了材料烧结密度，能显著降低材料的剩余磁通密度和矫顽力，实现材料的高起始磁导率以及高频低损耗。当ZrO₂和Nb₂O₅复合添加质量比为4∶6时，MnZn铁氧体的μ_i     

镍锌比和BSZ玻璃对NiCuZn铁氧体组织与性能的影响

采用固相合成法制备了NiCuZn铁氧体材料,研究了原材料中氧化镍与氧化锌的摩尔比和添加不同含量BSZ(B2O3-Si O2-ZnO)玻璃成分对NiCuZn铁氧体组织与性能的影响,重点考察了对该材料直流偏置特性的影响。结果表明,随着增加镍锌比,所制NiCuZn铁氧体的相对磁导率逐渐下降,但在镍锌比摩尔为1.1时,具备较高的饱和磁感应强度和良好的耐直流冲击性能;随着BSZ玻璃添加量的增加,NiCuZn铁氧体材料的烧结致密度和相对磁导率都单调下降,但对直流偏置特性呈现不同程度的影响。     

ZnO对锰锌铁氧体磁性能温度特性的影响

采用氧化物陶瓷工艺制备MnZn功率铁氧体,通过在不同温度下对铁氧体磁性能的测试,研究了ZnO含量对MnZn功率铁氧体磁性能温度特性的影响.结果表明,MnZn功率铁氧体室温下的起始磁导率和饱和磁感应强度随ZnO含量的增加呈先升高后下降的趋势,当w(ZnO)=12%时,起始磁导率和饱和磁感应强度达到最大值.同时,ZnO含量增加,起始磁导率-温度(μ_i-T)曲线Ⅱ峰所对应的温度点向低温移动,居里温度则一直降低.在100 kHz、200 mT条件下,随着ZnO含量的增加,常温下铁氧体的损耗先减小后增大,且损耗最低点温度也逐渐降低,并对应着μ_i-T曲线的Ⅱ峰位置.     

辅助腹腔复苏治疗失血性休克大鼠的研究

采用氧化物陶瓷工艺制备MnZn功率铁氧体.通过对铁氧体断面微观形貌的表征及密度、电阻率和磁特性的测试,研究了ZnO含量对低损耗MnZn功率铁氧体起始磁导率(μ1)和损耗温度特性的影响.结果表明,随着ZnO摩尔分数的增加,室温下MnZn功率铁氧体的μi、饱和磁感应强度Bs、密度及电阻率均先增大后减小,损耗先减小后增大,居里温度一直降低.当x(ZnO)=14.5%时,室温下铁氧体的μ1、Bs、密度及电阻率均达到最大值,而磁滞损耗(Ph)、涡流损耗(Pe)及总损耗(Pcv)达到最小值.同时,铁氧体的μiT曲线Ⅱ峰及最低损耗所对应的温度点向低温移动.Ph-T曲线与μi-T曲线呈相反的变化趋势;Pe-T曲线与经典涡流损耗不一致,主要是由于与磁滞损耗有关的附加涡流损耗(Pe,exc)对总的涡流损耗有一定贡献.最终,当x(ZnO)=14.0%时,MnZn铁氧体材料的室温μi为3180,在25～120℃温度范围总损耗(Pcv)为280～350 kW/m3,具有优秀的宽温低损耗特性.     

ZnO对MnZn铁氧体磁导率和损耗温度特性的影响

采用氧化物陶瓷工艺制备MnZn功率铁氧体.通过对铁氧体断面微观形貌的表征及密度、电阻率和磁特性的测试,研究了ZnO含量对低损耗MnZn功率铁氧体起始磁导率(μ1)和损耗温度特性的影响.结果表明,随着ZnO摩尔分数的增加,室温下MnZn功率铁氧体的μi、饱和磁感应强度Bs、密度及电阻率均先增大后减小,损耗先减小后增大,居里温度一直降低.当x(ZnO)=14.5%时,室温下铁氧体的μ1、Bs、密度及电阻率均达到最大值,而磁滞损耗(Ph)、涡流损耗(Pe)及总损耗(Pcv)达到最小值.同时,铁氧体的μiT曲线Ⅱ峰及最低损耗所对应的温度点向低温移动.Ph-T曲线与μi-T曲线呈相反的变化趋势;Pe-T曲线与经典涡流损耗不一致,主要是由于与磁滞损耗有关的附加涡流损耗(Pe,exc)对总的涡流损耗有一定贡献.最终,当x(ZnO)=14.0%时,MnZn铁氧体材料的室温μi为3180,在25～120℃温度范围总损耗(Pcv)为280～350 kW/m3,具有优秀的宽温低损耗特性.