Co2O3添加量對高頻低功耗MnZn功率鐵氧體性能的影響

章 林，劉培元，傅 臏，趙 輝，張 凱，周曉軍

(乳源東陽光磁性材料有限公司，廣東 韶關(guān) 511100 )

Co2O3添加量對高頻低功耗MnZn功率鐵氧體性能的影響

章 林，劉培元，傅 臏，趙 輝，張 凱，周曉軍

(乳源東陽光磁性材料有限公司，廣東 韶關(guān) 511100 )

采用氧化物陶瓷工藝制備高頻低功耗MnZn功率鐵氧體，研究不同Co2O3添加量對高頻低功耗MnZn功率鐵氧體微觀結(jié)構(gòu)及磁性能的影響。結(jié)果表明：適當(dāng)?shù)腃o2O3添加可以提高樣品的起始磁導(dǎo)率，并在寬溫范圍內(nèi)具有低功耗特性；同時，適當(dāng)?shù)腃o2O3添加降低了材料的剩磁，可改善材料的疊加特性。

MnZn鐵氧體；微觀結(jié)構(gòu)；磁導(dǎo)率；功耗

隨著人們對電子設(shè)備的要求越來越高，電子器件將沿著小型化、高頻化、集成化等方向不斷發(fā)展。隨著高頻開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用，迫切需要開發(fā)工作于高頻的功率鐵氧體材料，要求磁芯在高頻下具有低損耗和高直流疊加特性，以滿足器件在高頻率和高磁通密度下處理大信號或進(jìn)行功率傳輸?shù)哪芰1-2]。

1 試驗過程

1.1 樣品制備

1.2 樣品表征

用IWATSU SY-8232 B-H分析儀測量樣品的起始磁導(dǎo)率、500 kHz 50 mT條件的損耗，用JSM-6510掃描電子顯微鏡觀察樣品的斷面形貌，并用SmileView軟件計算其平均晶粒尺寸，用Agilent E4284A1+Agilent E4980A測試樣品的直流疊加特性。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 Co2O3添加對材料微觀結(jié)構(gòu)的影響

不同Co2O3添加量對高頻低功耗鐵氧體材料微觀結(jié)構(gòu)的影響，如圖1所示。

2.2 Co2O3添加對材料起始磁導(dǎo)率及其溫度特性的影響

不同Co2O3添加量對高頻低功耗MnZn功率鐵氧體起始磁導(dǎo)率溫度特性的影響，如圖2所示。

圖1 不同Co2O3添加量對高頻低功耗鐵氧體樣品微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖2 不同Co2O3添加量對高頻低功耗鐵氧體 材料起始磁導(dǎo)率及其溫度特性的影響

從圖2中可以看出，Co2O3添加劑對材料磁導(dǎo)率及其溫度特性具有重要影響。在室溫條件下，材料的起始磁導(dǎo)率μi隨著Co2O3添加量的增大而單調(diào)增加，而μi-T溫度曲線的II峰位置逐漸向低溫方向移動。眾所周知，軟磁鐵氧體材料的磁導(dǎo)率主要由磁化動力(μ0Ms2)和磁化阻力(aK1+bλs)決定，與材料的疇壁位移和磁疇轉(zhuǎn)動機(jī)制有關(guān)。在本實驗選定的Co2O3摻雜范圍內(nèi)，添加劑對飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs(即磁化動力μ0Ms2)無明顯影響，如表1所示。因此，磁導(dǎo)率的變化主要由磁化阻力確定。MnZn鐵氧體的磁晶各向異性常數(shù)K1為負(fù)值，而Co2+離子對K1值的貢獻(xiàn)為正，因此，可對MnZn鐵氧體的負(fù)磁晶各向異性常數(shù)進(jìn)行補償，使鐵氧體在Ⅱ峰處K1=0，有效地降低材料的磁化阻力，進(jìn)而提高材料的起始磁導(dǎo)率。隨著Co2O3添加量的增加，Co2+離子對MnZn功率鐵氧體材料的K1值補償能力增強(qiáng)，使得K1在較低的溫度下便可達(dá)到零值，因此，MnZn鐵氧體的μi-T曲線Ⅱ峰位置移向低溫。

表1 Co2O3添加量對高頻低功耗MnZn功率鐵氧體常 溫飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度及剩磁的影響

2.3 Co2O3添加對高頻低功耗鐵氧體損耗的影響

不同Co2O3添加量對高頻低功耗MnZn功率鐵氧體損耗溫度特性的影響，如圖3所示。

圖3 不同Co2O3添加量對高頻低功耗MnZn功 率鐵氧體損耗溫度特性的影響

MnZn鐵氧體材料的功耗由磁滯損耗、渦流損耗及剩余損耗三部分構(gòu)成，當(dāng)工作頻率為500 kHz時，材料損耗只有磁滯損耗和渦流損耗，且兩部分的貢獻(xiàn)相當(dāng)[5]。由圖1可知，材料的微觀結(jié)構(gòu)無顯著變化，其晶粒、晶界特性相當(dāng)，故其對高頻渦流損耗的作用變化不大，材料的損耗主要由磁滯損耗確定。隨著Co2O3添加量的增加，在寬的溫度范圍內(nèi)，Co2+離子正的磁晶各向異性常數(shù)對MnZn功率鐵氧體負(fù)的磁晶各向異性常數(shù)進(jìn)行補償，減小了磁晶各向異性常數(shù)K1，降低了磁化阻力，從而降低了磁滯損耗，使得MnZn功率鐵氧體在寬溫范圍內(nèi)具有較低的功率損耗。

2.4 Co2O3添加對高頻低功耗鐵氧體疊加特性的影響

圖4 不同Co2O3添加量對高頻低功耗MnZn功率 鐵氧體磁導(dǎo)率疊加特性的影響

3 結(jié)束語

[1]Yu Zhong, Sun Ke, Li Lezhong, et al. Influences of Bi2O3on microstructure and magnetic properties of MnZn ferrite[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2008, 320(6):919-923.

[2]孫科, 蘭中文, 余忠. MnZn功率鐵氧體的研究進(jìn)展[J]. 磁性材料及器件, 2005, 36(12):17-20.

[3] Fujita A, Gotoh S. Temperature dependence of core loss in Co-substituted MnZn ferrites[J]. J. Appl. Phys., 2003, 93(10):7477-7479.

[4] Van Der Zaag P J. New views on the dissipation in soft magnetic ferrites[J]. J. Magn. Magn. Mater., 1999, 196-197: 315-319.

[5] Sun K, Lan Z W, Yu Z, et al. Temperature dependence of core losses at high frequency for MnZn ferrites[J]. Physica B, 2010, 405(3): 1018-1021.

Influence of Co2O3Content on the Properties of Low Loss MnZn Power Ferrites at High Frequency

ZHANG Lin, LIU Peiyuan, FU Bin, ZHAO Hui, ZHANG Kai, ZHOU Xiaojun

(Ruyuan Dongyangguang Magnetic Material Co,Ltd, Shaoguan 511100, China)

Low loss MnZn power ferrites at high frequency were prepared by conventional oxide ceramic process. Influences of Co2O3additive on the microstructure and magnetic properties of MnZn ferrites were investigated. The results indicated that proper Co2O3addition could enhance the initial permeability and decrease the power losses in wide temperature range. Owing to its influence on the remanence, proper Co2O3additive can enhance the DC-bias performance of the MnZn ferrites.

MnZn ferrites; microstructure; permeability; power loss

2014-05-15；修改日期：2014-05-21

章 林(1983-)，女，大學(xué)本科，學(xué)士，主要從事軟磁鐵氧體磁芯生產(chǎn)過程的品質(zhì)管理以及公司各管理體系的運行維護(hù)工作。

TM277

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.04.017