1引言 随着科技的发展，人们对MnZn软磁铁氧体的要求越来越高，软磁磁心向小体积的方向发展，但是，功率损耗不能增加。还有，现代的电子产品都向小型化，高技能方向发展，促使磁性材料厂家提高产品的档次和质量，以满足客户的要求。本文主要对国外一些厂家所研制生产的材料如PC44、PC50进行分析，以及原材料的纯度，晶粒的微观情况及添加物对其性能的影响进行讨论。 2影响功率铁氧体性能的因素 现在的磁心在开关电源上使用，而对于变压器来讲，次级输出电压 V=K×f×△B×Ae×N (1) 式中：K—系数（正弦波取4.44，矩形波取4.0），f=开关频率，△B—工作磁通密度，Ae—磁心有效载面积，N—次级线圈匝数。 由式（1）可知V与f、△B、Ae、N成正比例，为得到同样大的输出电压V，我们提高了产品使用频率f后，那么就可以相应地减少△B或次级线圈N的匝数或减少磁心的体积。 从表1a、表1b中可知(b)中的μi值明显比(a)中的μi值低。而(b)中的fr明显比(a)中的高。由此可见，材料的截止频率与晶粒尺寸有明显的关系，由磁学理论可知fr有下面的关系： (2) 式中：μi—起始磁导率，MS—饱和磁化强度，β—阻尼系数，D—晶粒尺寸 由式(2)可知fr与D、μi成反比例，所以通过晶粒细化，减少晶粒尺寸，可以提高材料的截止频率也就提高了产品的工作频率。而μi值的高低，也就直接关系到fr的大小，要想提高fr，必须减少晶粒尺寸，但是晶粒尺寸的无限减少，必定增大损耗（分析见后）。 由式(2)可知fr与MS成正比。磁心在强磁场中工作，为了增大输出功率，改善产品的直流叠加性能，磁心必须具有高饱和磁通密度BS（即高的饱和磁化强度MS）。饱和磁通密度是由配方和密度决定的。我们现用的功率铁氧体配方大都在：Fe2O3：51~54mol%，MnO:35~40mol%，ZnO:8~12mol%之间。就PC44而言：BS都比较高，Fe2O3的mol含量较高，见国内厂家的配方：Fe2O3：53.3mol%、MnO:36.5mol%、ZnO:10.2mol%，PC50居里温度较高，Fe2O3的mol含量较高，ZnO的mol含量较低。 对PC44（TDK）而言，是在100kHz下工作，主要还是磁滞损耗。要降低磁滞损耗材料的饱和磁化强度MS要高（即要求饱和磁通BS高），磁晶各向异性常数K1，磁滞伸缩系数λS要小，材料的晶体结构要完整，均匀，晶格变形小，尽量减小内外应力σ，材料的杂质浓度要小，所以要选高纯度的优质材料。而就PC50而言，它是500kHz下工作，磁滞损耗在总损耗中占有不小的一部分，所以有必要减小磁滞损耗。材料的纯度好坏，也直接影响到剩余磁通密度Br（应力σ的大小，杂质浓度直接影响到剩余磁通密度Br），Br的好坏直接影响到材料的磁滞损耗。 磁滞损耗：主要是磁心在某一特定的磁场中运行一周后，所需要的能量损耗。从图1看，就是磁滞回线运行一周所围成的面积大小。 从图1中可知：要想磁滞回线的面积小，必须有小的矫顽力Hc，小的剩通密度Br，大的饱和磁通密度Br（即：需要大的△B，△B=BS-Br）。我们讨论一下如何提高饱和磁通密度BS，减小剩余磁通密度Br，减少矫顽力Hc的方法。 降低磁滞损耗的方法： 1）减少产品的矫顽力Hc a. 选择高纯度原材料（三氧化二铁Fe2O3，氧化锰Mn3O4，氧化锌ZnO），以减少杂质含量对矫顽力HC、剩余磁通Br的影响。 b. 添加一些有益的添加剂，以便减少矫顽力HC。国内外一致采用的添加剂，如SnO2、TiO2、Co2O3等添加物。添加Sn4+、Ti4+、Co3+可以进一步控制材料的磁晶各向异性常数K1，K1在很宽的温度范围内变得很小，这样可使μ变化很小，旋磁和介电损耗得到控制，同时加强了旋转磁导率，减少了畴壁磁导率，从而减少了畴壁阻尼损耗和磁滞损耗，因而降低了总功耗。 c. 涡流损耗与成正比，由此可知：减小涡流损耗，必要减少晶粒尺寸，增大电阻率ρ。增大电阻率，现行的方法是添加CaO和SiO2。CaO和SiO2在高温下反应，生成高电阻率的CaSiO3。CaSiO3在晶界生成，十分有效地提高了晶界之间的电阻率。现行的原材料(铁红Fe2O3)一般都含有100ppm左右的SiO2，所以，在高温（1350℃左右）烧结时，再加入SiO2就很容易出现大结晶（结晶析出）。所以我们必须降低烧结温度。 d. 烧结温度在1250℃~1300℃之间，产品的结晶比较细小，产品的损耗最低点Tp要向后移动。我们为了确保材料损耗的最低点温度Tp有效的控制在90℃~100℃之间，①要选择适当的配方和原材料。②在原材料中加入适量的NiO、SnO2、TiO2等添加物。加入的NiO取代部分MnO，使材料的Tp向高温方向移动，也不使磁滞损耗增大。加入SnO2、TiO2，Sn4+和Ti4+离子和多余的Fe2+生成共价键，致使Fe2+离子增大，Fe2+离子的K1值是正值，除了Co3+离子外，其它离子的K1值一般都是负值。Fe2+离子越多，K1值的正负相抵消，在低温区就能趋向于零。 2）相对损耗系数（tgδ/μi）与功耗PV存在着关系 tgδ/μi越低，则PV越小，因此降低相对损耗系数也是改善功耗的重要途径。 3结论 （1）PC44、PC50的最高烧结温度在1150℃~1300℃之间。可以减少晶粒尺寸，提高使用频率和截止频率。 （2）在PC44、PC50加入一些有益的添加剂。如SnO2、TiO2、NiO、Co2O3、CaO和SiO2。 （3）制作PC44、PC50时，采用高纯度的原材料。 （4）制作PC44、PC50时，尽量采用高配方。 （5）尽量减少产品的相对损耗系数，有益于改善功耗。 参考文献 [1] 《掺杂物对高频电源用MnZn铁氧体磁性的影响》. [2] 《SnO2代换的低损耗MnZn铁氧体》. [3] 《添加SnO2的MnZn铁氧体的功耗》.