1引言 随着社会的发展，生活水平的提高，人们对电器设备、电讯设施的要求越来越高，产品要求越来越严，适用范围要求越来越宽，特别是雷达、电视、通讯、仪器仪表、自动控制和电子对抗领域。过去，R5k(μi:5000±25%)、R10k(μi:10000±25%)的原材料，只要磁导率在常温下1kHz，0.25V时达到要求就可以了。而现在，R5k的材料，常温下，500kHz，0.25V下的电感量必须保证在1kHz，0.25时的90%以上（即：L500kHz/L1kHz≥90%）。R10k的材料，常温下也要求在100kHz以内保证磁导率不变。而我们现有的R5k-R7k的材料，一般在200kHz-300kHz以后就开始下降，这样就限制了磁心在高频时工作。还有就是电感的比温度系数（-20℃～+80℃范围内的电感量变化）要小。 比温度系数： 平均温度系数αμ在两个给定温度之间（例：25℃和55℃）μi的相对可逆变化除以温度之差。 即：αμ=（μ2-μ1）/μ1（Q2-Q1） （Q2＞Q1） 温度因数αf又称比温度系数，其值为起始磁导率的平均温度系数αμ与起始磁导率μi的比值。 即：αf=αμ/μi=(μ2-μ1)/μ12(Q2-Q1) (Q2>Q1) 现有的R5k-R7k的材料的电感比温度系数都比较大，不适合做宽温下的电感器，为了解决高μi材料的宽温高频问题，我们主要讨论预烧温度，烧结温度，添加物及晶粒尺寸对高μi材料的电感比温度系数、频率的影响。 现在我们来看一下国内厂家μi10000的材料，μi5000的材料的性能，见表1。 2实验 我们取启东759牌号及日本高纯度活性好的氧化铁（Fe2O3）等分别与四氧化三锰（Mn3O4）、氧化锌（ZnO）以不同的配比来做R5k，R7k，R10k的试验。试验配比如下： R5k，R7k的材料的配方如下 R10k的材料的配方如下 Fe2O3：51.5~52.5mo1% Fe2O3：51.5~52.5mo1% MnO：27.5~30.5mo1% MnO：25.5~27mo1% ZnO：13~18mo1% ZnO：21.5~22.5mo1% 以适当的配方，分别放入砂磨机砂磨混合1hr后，进行烘干，筛出后放入预烧温度为1100℃的空气窑预烧，预烧后加入一定量的添加物（如：Bi2O3、MoO3、TiO2、SnO2、CoO、CaCO3等等），把预烧料放入砂磨机进行第二次砂磨2hr后，烘干，加入浓度为10%的PVA（聚乙烯醇），压饼造粒，成型φ25×15×8mm的标准样环，放入烧结温度为1380℃~1420℃的氮气窑烧结。 日本西海110G料，只添加微量Bi2O3和MoO3料的10k和R5k、R7k的频率特性，比温度特性及μi-T曲线数据见表2。 我们加入Bi2O3、MoO3、TiO2、SnO2、CoO、CaCO3等等添加物后的10k料，5k，7k料的频率特性、比温度系数及μi-T曲线数据见表3。 3讨论 3.1从以上图表可知，添加适量的添加物，如Bi2O3、MoO3、TiO2、SnO2、CoO、CaCO3等，有利于提高使用频率及降低比温度系数。 分析：我们知道高μi材料，和磁晶各向异性常数K1，磁致伸缩系数λ，饱和磁化强度MS有密切的关系。 (1) 式中的a、b、c为常数，δ为应力，我们要获得高μi特性，必须选择饱和磁化强度大，结晶磁性各向异性常数磁致伸缩系数小的材料组份，而且关键是内应力要小。在Mn-Zn铁氧体材料中初始磁导率因受磁畴壁移动的支配，所以为增加磁畴壁的数量，使磁畴壁容易移动，就要加大粒径，同时减小晶粒内部的气孔和内应力来降低对磁畴壁移动的影响，但是随着晶粒粒径的增大，使用频率大大地下降了。我们为了不使磁导率下降又要使晶粒粒径控制在一定的范围之内，我们选择了低熔点化合物Bi2O3及MoO3。低熔点化合物Bi2O3在氧浓度高的气氛中烧结可促进晶粒的生长，可以降低产品的烧结温度。MoO3可抑制异常晶粒的生长，使晶粒粒径一致性好，要有小的内应力，作为高μi铁氧体，原材料的Fe2O3、Mn3O4、ZnO应具有较高的化学纯度和尽可能低的含水量（结晶水），较高的化学活性和较低的杂质含量。特别是控制SiO2的含量，如果SiO2含量过高，可以致使晶粒中的异常晶粒增大。 我们在生产高μi的材料时，为了K1→0，λS→0，就必须采用过铁的配方（高铁），这样就必须有适量的Fe3O4存在，这样电阻率必须下降，为了提高使用频率，为此常采用提高晶界电阻率的方法，加入某些能择优进入晶界的杂质（如：Ca2+等），可使具有低电阻率的晶粒被一薄层高电阻率的晶界所包围，从而提高整块材料的电阻率，从而提高了材料的使用频率。还有CaO与材料中的SiO2在高温中生成高电阻率的CaSiO3，CaSiO3生成并存在晶界，提高了材料的电阻率，提高了材料的使用频率。还有加入少量助熔剂如MoO3，V2O5等，可降低烧结温度，防止氧离子的挥发，避免Fe2+的出现，使电阻率提高，也能提高材料的使用频率。 从以上图表可知：添加适量的如Bi2O3、MoO3、TiO2、SnO2、CoO、CaCO3等等添加物后，有利于降低比温度系数。 a. Fe2+离子补偿使用（见图2） 为了使K1→0，λS→0，我们采用过铁的配方，这样就必须有适量的Fe2+存在。由于Fe2+离子的K1值是正值，所以，Fe2+离子在晶体中的含量直接影响到原始μi-T曲线二峰的位置，也就直接影响到-20℃~+80℃范围内的比温度系数。因为一价和二价金属氧化物杂质加到材料中将引起Fe2+含量的减少，二价和四价金属氧化物的加入，将使Fe2+含量的增加。所以我们利用添加三价和四价金属氧化物（如TiO2、SnO2等），就可使原始μi-T曲线二峰从处于高温的位置移到低温的预定位置，从而使-20℃~+80℃范围内的μi-T曲线处于平坦，而不大改变居里温度和磁感应强度。 b.加Ti4+(或Sn4+)对μi-T曲线的影响 我们在材料中加入TiO2或SnO2，使Ti4+或Sn4+离子替代部分Fe3+，Sn4+若进入晶格，则在八面体位置引进2Fe3+→Fe2++Ti4+即和同时出现于B位，Ti4+一方面像Ca，Si一样存在于晶界，另一方面Ti4+还将透入晶格内部。在晶体内部，Ti4+分布是不均匀的。呈梯度分布。这种Ti4+梯度必须导致K1在晶粒内部的不均匀。同时晶格尺寸变得比替代前稍大，也将影响到K1值和K1-T曲线。所以因Ti4+的进入和造成Ti4+梯度将使各区域的μi-T曲线两个极大值位置在晶粒内部，在一定温度范围内各处不同，叠加起来就导致了μi-T曲线平坦。 加入少量Ti4+（Sn4+）于MnZn铁氧体中，当Ti4+进入晶格时，在B位出现2Fe3+→Fe2++Ti4+的转化，不仅增多了Fe2+（起正K1使用），还由于Ti4+的离子半径（0.69）和Fe2+的离子半径（0.83）均比Fe3+（0.67）大，从而改变晶体的晶场特性，使磁晶各向异性K1更具有明显的正作用。 c. Co2+离子的补偿作用（见图3） 由于加入CoO，CoO在高温下与Fe2O3，生成CoFe2O4。而CoFe2O4的K1值是正的，而一般的金属化合物的K1值都是负的。CoFe2O4的K1值（正值）与其它金属化合物的K1值相补偿。如图2，随着Co2+含量增加，补偿点向高温方向移动，μi-T曲线将在补偿点出现二峰，而在二峰之间的μi-T曲线就变得比较平坦。 3.2氮窑的烧结温度对μi-T曲线及频率特性的影响 由于高μi材料需要大的晶粒粒径。但是高频率高μi材料必须是均匀的，晶粒尺寸控制在一定的范围内（比较小的）。烧结温度的升高，必定使晶粒粒径增大，这样，虽然μi值升高，但是材料的频率特性降低。所以，我们采用添加低熔点的氧化物以降低烧结温度，也限制了晶粒的长大（控制在一定的范围内）。这样即不降低磁导率μi值，又能提高材料的频率特性。 3.3预烧温度对μi-T曲线及频率特性的影响 预烧温度的高低直接影响到材料的活性。如果预烧温度较低，材料的活性好，相应的μi值要高些。但是， 一致性可能比较差，这样在同样的烧结温度时，生长的晶粒比较大，材料的频率特性相应的就比较差。还有由于预烧温度低，材料比较生，喷雾造粒后的料吸附性比较好，极不利产品的成型，而且成型的产品在高温烧结也极易变型，尺寸控制也比较困难。如果预烧温度较高，材料的活性较差，这样在同样的烧结温度时，生长的晶粒比较小，材料的频率特性可能会好些，但是材料的μi值就不能达到要求。所以，我认为，为了提高材料的频率特性和比温度系数，必须控制预烧温度（一般在1020℃~1100℃之间）。 4结论 a.材料中Fe2+含量直接影响到材料的比温度系数好坏。多铁的配方有利于材料μi-T曲线的平坦。 b.适量地添加K1值为正值的Co2+，有利于提高材料的比温度系数。 c.适量地添加四价金属阳离子如：Ti4+、Sn4+等等，有利于提高材料的比温度系数及提高材料的频率特性。 d.适量地添加CaO，有利于提高材料的频率特性。 e.适当地添加Bi2O3、MoO3，有利于提高材料的频率特性。 f.适当的预烧温度，有利于提高材料的频率特性。 g.适当的配方有利于提高材料的频率特性和曲线的平坦。 参考文献 《磁性材料》，田民波编著