1引言
高新磁性材料的主要分支——软磁铁氧体，是一种发展十分迅速的基础功能材料，已广泛应用于IT产业、汽车工业、航空航天领域、交通运输部门、舰船和国防武器装备系统等几乎遍及国计民生的所有部门。为使上述设备系统高效、稳定、可靠运行，材料电磁特性随温度的变化必须有效控制，才能确保万无一失。现代通信设备的户外设施，如中继器、增音机、微波接力站，海底电缆、光缆水下设备等，在无人值守的情况下，必须保证耐受严酷环境，几十年不出故障。这就要求所使用的元器件具有宽温、低功耗、长寿命、高稳定性的优良特性。
为达到以上目的，世界各大铁氧体公司争相研制开发，先后推出了各种适销对路的产品，以满足不同用途的需要。如TDK公司，以功耗为改进方向，近二十年来，一代一代的改进，先后推出了PC30-PC40-PC44-PC45、46-PC47等材料，谷点温度的功耗值从最初的600kw/m3渐次降低到410kw/m3，300kw/m3，直至250kw/m3。可惜常温功耗却没有多大改变，最低值始终保持在600kw/m3。常温是所有监控设备、仪表电器长时间待机状态的温度，如果其功耗降低不下来，浪费的能源数量惊人。有资料[1]表明，仅在德国，每年的待机操作功率损耗就达到200亿KWh左右，这已相当于柏林市一年的电力需求。美国也颁布了相应法规，限定时间减低待机功耗。针对这一全球性的热门课题，德国EPCOS公司（原西门子铁氧体）2006年6月推出了可降低开关电源待机功耗的新型N51铁氧体材料，遗憾的是这种材料虽然把常温功耗压到小于407kw/m3，但高温却翘到700kw/m3去了，即高温功耗仍犯有TDK公司PC45、PC46材料的通病。南京精研磁性技术有限公司，为了满足一批先知先觉用户的要求，今年年初就批量应市推出了低待机功耗FPT型宽温软磁铁氧体材料和磁芯，并在今年五月第二届中国电子变压器电感器联合学术年会苏州会议上由业内专家作了推荐介绍[2]。
精研公司拓宽思路组织攻关，先于市场需求开发量产的这款材料，采用独特的高性能配方与掺杂技术，改进精密可控气氛氮窑的工艺曲线，密堆积批量生产，突出了低成本、高品质的优势。难得的是，高温功耗也压低到了400kw/m3以下，其综合性能已大大优于国外先后推出的同类材料[3]，[4]。这项科技成果的推广，必将进一步激活热销的应用市场，取得更好的社会、经济效益。
2材料性能
本项目使用普通国产氮窑作为基本烧结设备，在温度控制、气氛调节、升温速度、冷却速度以及排胶、保温烧成阶段的气流调控等方面，均作了精细设计与改进，以尽可能达到精密控制的钟罩炉技术水平。性能方面均衡了功耗的温度特性，使得25℃～100℃宽温范围PCV均小于400kw/m3。同时增加了时间稳定性指标，减落因子DF<2×10-6，以保证磁芯不致于过早失效。详细指标与国外材料对比见表。其功耗温度曲线与TDK、EPCOS公司最新材料比较见图1。
3性能特点及技术工艺措施
FPT宽温低功耗铁氧体与传统功率铁氧体相比较，具有更高的磁导率、更宽的使用温度范围内功耗均衡的特点。尤其是处于待机状态时常温功耗降低了30%，用于LCD背光电源换流器和POP电源变压器时，其能量转换效率提高约25%，体积则减小1/3；用于汽车电子时，当驱动负荷动作大小不同导致温度大幅变化时，这种宽温低功耗磁心材料作为首选，可对汽车电源的小型化、车体轻量化和节约能源作出贡献。该材料与日本TDK公司生产的PC40、PC44、PC47功率铁氧体材料比较，初始磁导率μi提高了30%，常温功耗降低了30%；与德国EPCOS公司两个月前刚推出的N51低待机功耗铁氧体新材料比较，高温功耗（工作状态）降低40%，饱和磁通密度提高8%。同时还增加了一项时间稳定性指标减落因子DF<2×10-6，即磁心电感量的波动，20年之后小于1%。为确保以上优异性能的实现，就必需在技术工艺诸方面采取有效措施。众所周知，锰锌铁氧体材料的特点就是磁晶各向异性常数K1具有极强的温度依赖性，其K1-T特性，也就是K1值随温度的变化曲线通常都具有正负变化且穿过零点的形态。零点附近材料的起始磁导率μi具有极大值而功耗PCV都具有极小值。这是因为μi与K1有接近反比的关系，而各向异性常数（K1）和磁致伸缩常数（λS）趋向于零时磁心总损耗最小。对应这个极值的温度点称为功耗的谷点。宽温材料的技术关键就是希望把谷点的特性扩充到全温度段，也就是使K1-T曲线和μi-T曲线在所要求的温度范围尽可能平缓，避免双峰形态出现。这就要求优选主成分Fe2O3，Mn3O4，ZnO三者配比，除保证材料基本磁特性外，还得寻求第四种金属离子，控制磁晶各向异性常数K1的温度特性，使磁心损耗的主要部分磁滞损耗在宽温范围减小，同时通过各种微量成分的添加以及材料烧结温度、气氛和冷却速度的最佳配合，达到控制铁氧体微观结构、晶粒尺寸、空位浓度和宏观密度的目的，从而减小涡流损耗和后效损耗。其创新点在于：用来改变μ-T，K1-T特性的第四钟金属离子（Co3+或Ti4+）带来的负面影响必需寻找行之有效的微量元素与之中和或冲淡以致消除；欲达到宽温低功耗的全面优异的电磁性能，还必须精细调整预热、排胶、烧结、冷却各段温度曲线和与之适应的气氛，要求设计、改造精密可控气氛氮窑，使之具备进口钟罩炉所拥有的优势，以保证有效的控制工艺过程。值得一提的是，早年制造高μQ通信铁氧体的工艺技术措施，移植到宽温低功耗材料来，可收事半功倍之效。譬如初磨加钙，次磨加钴及其它抗氧化措施等[5]。碳酸钙在红粉砂磨时加入，经预烧后分解为氧化钙，这样在黑粉料浆中水溶，以氢氧化钙形式可充分分散，且与添加物硅酸亲和力更强。而对于氧化钴来说，如果一次砂磨中添加，预烧及冷却过程中部分Co2+会被氧化为Co3+，从而以过剩的Co3O4（尖晶石结构）形式和CoFe2O4共溶，其中Co3O4只有在1400℃高温或者1200℃强还原气氛下才能分解，这样会造成烧成后的铁氧体材料存在不同程度的失钴，无法控制复合材料K1的补偿效果，影响μ-T形态，加之Co3O4的共溶还会导致磁导率μi下降。所以必须采取二次加钴措施。
不同于普通功率铁氧体材料的是，我们在表一技术指标中增加了时间稳定性指标减落因子DF一项，使得用户对器件失效寿命能明确的估计。比如，FPT材料加工成有效磁导率μe为2000的变压器磁心，用户绕线、装配、老化到装机，整个过程若为两个月，那么200个月以后，产品绕组电感量的相对变化为：

即16年以后（200个月），其变化量仅为8×10-3，这就要求我们在配方和工艺中采取措施，严格控制Fe2+离子含量和O2-离子空位浓度，进一步优选添加物和烧结冷却气氛的氧分压。研究结果表明[6]，减落在－20～50℃间类似μ-T曲线也会出现两个峰值，一个在－20～20℃附近，另一个出现在20～60℃附近，而且这两个峰值的高度和出现峰值的温度值，受基本配方的成分、掺杂和烧成气氛的影响很大。一般规律是：Mn3O4含量固定，Fe2O3含量大的常温DF值大，随着Fe2O3含量的增加，40℃附近的峰值增高且向常温方向移动；另外，在Fe2O3含量小的情况下，常温DF也增大，这是因为0℃附近的峰值随着Fe2O3的减少而向常温方向移动，因而也造成常温DF增大。所以在Mn3O4含量一定时，必然有一最佳Fe2O3含量使得常温DF值最小。如果Fe2O3含量固定，而改变Mn3O4含量，其结果正好和改变Fe2O3含量的情况相反。加入杂质SnO2可使常温DF值变小，TiO2，Ta2O5，Co2O3与SnO2作用相同，作用相反的有Li2O，Na2O，MgO等。以上多种杂质的添加，可以有效改善材料磁性能，如μ-T，DF-T，Pcv-T特性，使温度因子αμ，减落因子DF，体积功耗Pcv最小。通过以上特殊的工艺、技术手段，本项目总体目标可以达到表列全部技术指标要求。
FPT宽温铁氧体材料市场销量很好，我公司扩大量产后仍供不应求，只好求援于金宁－三环－富士通公司（原898厂）委托加工生产粉料。用我们的配方和掺杂，请他们生产的粉料，以及在他们氮窑烧结的样环，都优于表列指标要求。可见这款新材料极具推广价值，也极易推广。回顾我国功率铁氧体历史，不少老厂大厂十几年工艺配方不变，高温功耗始终徘徊在500kw/m3上下，即PC30与