国外最新软磁铁氧体材料性能汇总
Sum of Characters of International Newest Soft Magnetic Ferrite Materials

摘要：介绍了世界各大公司新近开发的软磁铁氧体高Bs低功耗材料和高μ超高μ材料的热点技术特性，并详细给出了多种材料牌号代换表供用户参考。
1.前言
磁性材料作为在国民经济各个领域不可缺少的功能材料，其产量和使用量已成为衡量一个国家经济和信息技术发展程度的标志之一，特别是软磁材料，在国民经济各个领域不断发挥着越来越大的作用。随着电子设备加速向轻薄短小、集成化、智能化和多功能化方向发展，各种软磁材料的性能为适应多种用途，正日新月异的更新换代，世界各大公司均投入巨资争相研制开发以占领更多的市场份额。
在软磁铁氧体中，目前需求最多，对性能改进最为迫切的材料就是高频功率铁氧体和高磁导率铁氧体，这两种材料的产量已占全部软磁铁氧体总产量的60%以上。高频功率铁氧体材料主要用于各种高频小型化的开关电源(如AC-DC、DC-DC变换器)及显示器回扫变压器；高磁导率铁氧体材料则用于宽带变压器、脉冲变压器和抗电磁波干扰器件等。
开关电源技术也是最佳电能应用技术，经过变换的电能，如AC-DC，DC-DC，DC-AC，AC-AC变换等，完成高频开关整流、直流功率变换、逆变、变频等功能，可以满足各种用电要求。由于其节能效果明显，带来了巨大经济效益，引起了社会各方面的重视而得到快速发展。通信领域推广应用开关电源以取代相控电源以来，为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积，提高了效率，减少了能耗，改善了环境。这些成功又促进了其它领域的广泛应用。如电力系统城乡建设改造工程，使开关电源系列产品形成相当规模的产业。此外，计算机电源，以逆变为核心的UPS电源，异步电机的变频调速电源，高频逆变焊接电源，绿色照明电源等等无一不使开关电源更加兴旺发达。这些广泛的应用对开关电源所用的功率铁氧体磁芯性能提出了越来越高的要求。
2.工作频率提高
软磁铁氧体材料的工作频率，八十年代是几十kHz到100kHz左右。后来应用频率逐步提高，直达300kHz，而以500kHz为中心的高频功率材料则首推PC50，但1MHz以上的领域则由Philips公司3F4、3F45、3F5所占据，至于10MHz则非Ni-Zn材料4F1不可。随着使用频率的提高，各个公司都相继推出了独具特色的新材料，如FDK的7H20就已优于PC50，而TOKIN的B40则又大大优于PC50和7H20。
3.功率损耗降低
软磁铁氧体材料的功耗值，在100kHz，200mT，100℃测试条件下，PC40为410mW/ ，PC44为300mW/ ，虽然TDK、松下、川崎公司都有已降低到200 mW/ 以下的报道，但最新批量推出的材料则只有TDK的PC47(250mW/cm3)和TOKIN的BH1(250mW/ )。当然每家公司都改善了自己材料的宽频特性，即这种低功耗材料除规定中心频率的指标外，还附上较低频率到较高频率以及不同B值下测量的性能曲线，用户设计时，就有了较宽松的选择余地，也拓宽了产品的应用范围。
4.高温Bs改善及 大大提高
功率铁氧体材料的饱和磁感应强度Bs值是最重要的一项技术指标。换句话说，功率铁氧体材料也就是高Bs材料，但在使用和开发过程中，过去人们往往偏重了功耗的降低和使用频率的提高，磁芯电感或变压器工作状态逐步从低电平向高电平变化，甚至应用于电力网络时，材料Bs的提高就成为首当其冲的难题。特别是在直流偏场下工作于高温状态时，材料的高温Bs值必须大大改善，Br值尽量降低，振幅磁导率 也应大大提高。这就促成了各大公司争相研制并推出更好的高Bs功率材料。例如，100℃时(H=1194A/m)Bs值在420mT以上、 相应提高的材料有：TDK公司继PC50和PC44之后的PC45、PC47、PE33、PC33；FDK公司的6H20、6H40、6H41、6H42；NICERA公司的BM18、BM25、BM27等。特别是最近推出的EPCOS(原SIEMENS)N92和TOKIN公司的B40(Bs在100℃时均大于440mT)，Philips公司的新3C92(Bs 25℃时540mT，100℃时460mT)，而且高频功耗大大优于TDK公司PC50。世界各大公司最新高Bs低功耗材料性能列于表一，供参考。
5.高密度、高电阻率NiZn材料
以上仅介绍了软磁铁氧体Mn-Zn系列高Bs低功耗材料，随着高频变压器的广泛应用和片式元件的发展，以及第三代汽车照明电源氙弧灯直流变换器的大量运用，功率电感器和变压器用Ni-Zn材料也得到了快速发展。Ni-Zn材料制备时已改变传统模式，采用缺铁配方，以过量CuO掺入，加杂、PbO、CoO等杂质组合后，可大大提高性能，且超低温烧结(900℃以下)，即可得到密度5.0~5.2g/的高电阻率优质Ni-Zn铁氧体材料，制作用于网络的片式电感器等。从而大大拓宽了Ni-Zn材料的用途，创造了更加广阔的市场。
我国通信事业正以前所未有的速度突飞猛进发展，全国移动电话已超过1亿户，几年后固定电话的主线用户也将达3亿户，因特网、多媒体、有线宽带网及个人电脑的市场增长更是惊人，使用频率的扩展使得高频高磁导率Ni-Zn材料也得到了快速发展。如EPCOS公司的K6( 1000)、K7( 1500)及M13( 2300)；TDK公司L6E( 1200)、L6( 1500)；FDK公司L62( 1400)、L68( 2000)；Philips公司8C12( 1200)等。Ni-Zn材料电阻率均在以上，而密度已超过Mn-Zn高μ材料的理论极限，在上述宽频领域，Ni-Zn高μ材料的应用如鱼得水，正为电子商务、远程教育、远程医疗、家庭办公的网络化、数字化服务发挥着更大作用。
6.高磁导率锰锌铁氧体材料
尽管早在上世纪60年代德国人便已制出10000以上磁导率的软磁铁氧体材料，但直到90年代后期日本TDK、TOKIN才推出15000以上的超高磁导率材料。近期相继推出了TDK公司H5C5( 30000)，Philips公司3E9( 20000)，EPCOS公司T56( 20000)，表明超高μ材料的研发异常活跃。随着多媒体通信、数字通信网络的高速发展，电磁兼容(EMC)和抗电磁干扰(抗EMI)领域的需求，宽带变压器、脉冲变压器和共模扼流圈所用磁芯的超高μ化、宽频化更促进了新性能高μ材料的推广。表二列出了世界各大铁氧体厂商高 材料的最新性能，近两年他们在改进材料 频率特性(μ-f)和阻抗特性(z-f)以及降低比损耗(tgδ/ )方面做了大量工作，在新的产品目录中，给出了更优良的特性曲线。如EPCOS(SIEMENS)新T38材料与老T38材料相比阻抗特性就有了根本性的变化，其阻抗峰值已提高到700kHz以上，并且通带较宽，这是原先的材料所无法比拟的，这个公司的T56( 20000)材料和2002年二月Philips公司网上公布的3E9( 20000)材料给人以耳目一新的感觉。而TDK顺应宽带网和抗EMI领域应用还抢先推出了超高μ H5C5( 30000)材料，固然频率特性尚待改进，但仍不失为业内最高水平。
7.高μ材料系列的宽频、宽温、低谐波失真特性
除了宽频特性以外，不少应用场合时对M-T曲线平缓度即宽温特性也有了更高的要求，故TDK公司改进了H5C4材料，使得-20℃ 仍保持9000以上，NICERA公司对 10000材料的改进更有宽温特色，其WT-10材料-23℃和+23℃均要求不小于9000，且比温度系数 -25℃~+25℃间<1.5× ，25℃~55℃也小于1× ，宽带变压器磁芯工作于一定的磁场强度下，因B-H磁滞而产生谐波，引起非线性失真。为获得高保真信号传输，要求所用磁芯材料磁滞损耗系数较小，因为磁芯材料的总谐波失真(THD)以三次谐波为主，因而三次谐波失真系数即可代替总谐波失真系数，其定义为：

在瑞利区，且较低频率范围，则有简单的比例关系：而磁滞损耗系数按标准定义为：

这里，=3mT，=1.5mT，测试频率f=10kHz，为磁芯器件有效磁导率。
大多数公司产品目录中给出的是比磁滞损耗系数，与磁滞损耗系数之间相差一个初始磁导率，至于日本的h1、h10和飞利浦的q则更有特殊约定，正像Bs等测试时的Hm条件一样，现在正向IEC标准靠拢、统一。值得指出的是，磁滞损耗系数如同μ-T，Bs-T，Pcv-T，DF-T关系一样，随工作温度有较大变化，一般室温下较大，因而非线性失真较大，用户在长途传输的中继器设计选用材料时，必须考虑露天、地下、水下和南北、冬夏环境温差的影响。新一代低损耗高磁导率材料，为减小谐波失真，磁滞系数均作了很大改进，如EPCOS(原SIEMENS)把T38(10000)材料比损耗tgδ/ 降为2×10-6，降为0.3×10-6，改善了5倍。NICERA公司10TB( 10000)材料仅为0.12×10-6，比前述宽温高μ NT-10( 10000)材料改善10多倍。总而言之，为适应市场需求，目前热销的高μ、超高μ材料已不再是过去艰难追求的尽量提高μ值，而是全面要求其宽频、宽温、低失真、高Bs、高稳定性能。
8.结语
为方便磁材生产厂家对各国材料性能有准确的比较数据，也为了方便电感器变压器的生产厂家选用各种材料时有一个设计依据，我们收集了最新的信息资料，汇总了世界各大公司高μ、高Bs低功耗及Ni-Zn材料牌号对照表如下，供参考(附表三、表四、表五)。由于笔者水平有限，文中遗漏谬误之处在所难免，望读者诸君不吝指正。

参考文献：
1、七条裕三等：フユテイト 用技術(日)，诚文堂新光社
2、大森豐明(日)：磁性材料手册，机械工业出版社
3、V.W.卡姆普曲克等(德)，冯怀涵、池玉清等译，铁氧体磁芯，科学出版社
4、斯密特、威因等(荷)，王遵仲译：铁氧体，国防工业出版社
5、Mullard Book 3(part3) Components and Materials Ferroxide Inductor Cores(英)，邮电515厂节译"Mullard Vinkor"磁芯使用说明
6、Alex Godman等(美)，HANDBOOK OF MODERN FERROMAGNETIC MATERIALS，kiuwer Academic publishers，1999
7、YD/Z17-78 邮电部标准，载波用铁氧体罐形磁芯
8、IEC367-1，GB/T9632-2001通信用电感器和变压器磁芯测量方法
9、包大新、刘九皋：开拓创新、科技领先，《国际电子变压器》，2002，6。
10、TDK磁芯产品手册，2002因特网。
11、Philips磁芯产品手册，2002因特网。
12、EPCOS磁芯产品手册，2002因特网。
13、TOKIN公司产品手册，2002因特网。
14、ISKRA、NICERA、NEDSID等公司产品手册，2002因特网。
15、T.Sano.etal：ICF-5(1989)
16、M.Zenger：J.M.M.M 112(1992)
17、S．Plutger etal：Digest ICF-8(2000)
18、(日)皆川 保等，吴安国译：Mn-Zn铁氧体的铁含量对磁芯损耗及其稳定性的影响，《国际电子变压器》，2001，8
19、第二届软磁、电感器及变压器交流会会议资料，上海，2002年6月