关于NiCuZn铁氧体高饱和磁感应强度的一些研究
1引言
NiCuZn铁氧体具有电阻率高、损耗低、使用频率宽等优点,是一种应用十分广泛的磁性功能材料,常规NiCuZn铁氧体主要应用在各种中、高频电感元器件上。目前,制造应用于高密度集成电路上的叠层片式感性器件时,NiCuZn铁氧体是最为重要的基础材料。一般地,从应用角度分,软磁铁氧体材料主要分为功率铁氧体材料和高磁导率铁氧体材料。功率铁氧体材料的饱和磁感应强度Bs值是其最重要的技术指标之一,例如,在抗EMI滤波器的材料中就必须要求材料的高Bs特性。但在使用和开发过程中,过去人们往往编重了功耗的降低,磁导率和使用频率的提高,而忽略了Bs的提高,随着磁心电感或变压器工作状态逐步从低电平向高电平变化,甚至应用于电子网络时,材料Bs的提高就成了首当其冲的难题。目前铁氧体材料应用的发展趋势是向磁心的小型化、高频化(即在高频工作条件下,磁心的功率损耗要小),向低损耗高直流叠加的方向发展,而高的直流叠加特性就要求有高的Bs值,这就给NiCuZn铁氧体,特别是高饱和磁感应强度的NiCuZn铁氧体很大的发展市场空间。目前对怎样提高NiZn铁氧体材料的饱和磁感应强度的文献不多,本文正是对NiCuZn铁氧体的砂磨粒径、产品密度等工艺条件对其进行研究讨论。
2实验与讨论
2.1饱和磁感应强度的定义
饱和磁感应强度是一个基本静态特性,是物质在外磁场作用下磁化达到饱和时的磁感应强度,单位面积的磁通量。
饱和磁感应强度首先与磁性材料基本成分有关,其次与磁心密度有关,一旦磁心做成它的数值就是一个定值。
2.2砂磨粒径的影响实验
这个实验只是砂磨工艺有所差别,其他的工艺及配方都是相同的。其中砂磨时,料:球:水=1:5:0.9
实验及测试的结果见表1(以下实验值均为多次实验后的平均值)。
从图表可以看出,在实验2时,材料和饱和磁感应强度最高,而实验3和实验4的结果相差无几。实验表明,材料的饱和磁感应强度与砂磨粒径的大小有重要关系,也就是存在一个最佳的颗粒粒度及其分布。
原料经过砂磨后,粒径变小,颗粒的表面能大幅度提高,颗粒表层处于高能量的稳定状态,但粒度越细活性越好也是存在一管理的范围的。砂磨时间长,粉末颗粒的平均粒度会减小,但同时其中的大颗粒与平均粒度的差额亦增大,这种粉粒粒度分布过宽的结果有可能导致晶粒的不连续生长,不利于磁心密度的提高。另外长时间的砂磨,带入粉料的杂质,特别是铁屑,更不利于饱和磁感应强度的提高。粉料的颗粒粒径粗,会使它的流动性变差,也不利于致密化。
2.3压制密度的影响实验
一般地,我们都很重视磁心的烧结密度。但通过实验表明,材料的压制密度对磁心饱和磁感应强度的提高也有很大的影响。我们把同一种材料分别压制成4种密度的相同生环、并加以编号,然后各取四种密度生环5个,放入同一炉中烧结,采用了1050℃、1070℃以及1090℃三种温度来进行烧结,经过在4000A/m的磁场,25℃时的测试得出结果(都为平均值)列入表2。
由实验结果可见:随着密度的升高,磁心的饱和磁感应强度在不同的烧结温度中都呈现不同程度的上升趋势,也就是说,在不同压制密度实验中,密度越大,它的Bs也就越大。
增大成型压力,磁心的压制密度就加大,粉末间接触面积也相应的增大,而成型体中晶粒生长的机理被认为是颗粒间的扩散或晶界移动,它的驱动力是材料的界面能。致密化过程实验上意味着固——气界的消失、体积表面积(能Gs)的减小和形成新的能量更低的固——固截面而引起的界面积(能Gs)的增加,即
提高压制密度,可以更好地排除粉料间夹杂的空气,降低气孔率。一般地NiCuZn铁氧体坯件的线性收缩比MnZn铁氧体的小,加大压制密度有利于气孔小,且均匀分布,使晶粒细小均匀,从而制备出高密度、高饱和磁感应强度的NiCuZn铁氧体烧结体。
2.4其它
基本成分由配方决定,这里只是就提高密度的方面略谈一二。当然,还可以用掺杂,控制烧结曲线等方法来提高密度。
3结论
(1)在一定的粒径范围内,提高饱和磁感应强度在最佳粒径值,需要对砂磨工艺控制,寻找一个适合自己配方的粒径范围。
(2)在一定的范围内,加大成型压制密度,可以降低气孔率,使晶粒细小均匀,提高致密化的程度。
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