1引言
个人电脑、网络通讯、信息家电、汽车电子等IT技术的飞速发展，对电子器件提出了愈来愈高的要求。随着电子器件的小型化和高效率化，在电气电子设备中对小型、高效率的变压器的需求越来越大。特别是作为车用变压器线圈产品的MnZn铁氧体磁心材料，为了使之在外界气温变化和发动机室发热等恶劣温度条件下也能起作用，除了要求在高温下功耗低外，还要求在高温条件下能保持很高的饱和磁通密度（Bs）。而且普通的电气电子产品所用的线圈产品如果使用具有高饱和磁通密度的MnZn磁心材料，也同样可控制因自发热等造成的饱和磁通密度的下降，并能实现线圈的小型化设计。
2高Bs、低功耗MnZn软磁铁氧体的开发难点
高Bs、低功耗MnZn软磁铁氧体的开发，其技术难点在于一种材料上同时实现高饱和磁通密度和低损耗。一般而言，要实现高饱和磁通密度，主配方中Fe2O3的含量较高，ZnO含量较低；而要实现低损耗，则要求主配方中Fe2O3的含量较低，ZnO含量较高。图1示出了MnZn铁氧体最佳性能项目的主配方组成[1]。从图中看出实现高饱和磁通密度（Bs区域）和低损耗（Q区域）的两个最佳性能区域的主配方组成没有重叠。对于某一温度下材料的，有如下关系成立[2]：
 (1)
式中为测定温度下材料的饱和磁通密度；为绝对零度下材料的饱和磁通密度；ρ为材料的实际烧结密度； 为材料的理论密度；T为测定温度；TC为材料的居里温度；r为一常数，其值大约在0.5～2之间。从式(1)可以看出，要提高MnZn铁氧体材料的高温Bs，可从提高材料的、ρ、TC三个方面入手。
MnZn铁氧体材料的和TC，由材料的主配方决定。正如图1所示，高Bs材料的主配方，Fe2O3含量较高，ZnO含量较低。而要使材料的高温Bs高，则主要考虑提高材料的TC。在单元铁氧体中，FeFe2O4、NiFe2O4和Li0.5Fe2.5O4的居里温度较高。所以除了采用富铁主配方外，加入适量的NiO和Li2O有利于高温Bs的提高。但富铁配方的选择、NiO和Li2O的加入，会使材料的磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩系数增大，使材料的功耗特性恶化。
提高材料的烧结密度被认为是提高MnZn铁氧体材料Bs的另一条有效途径。文献[3]对粉末冶金工艺中材料的烧结密度与成型密度、成型时的粉体粒径和烧结体的晶粒大小之间的关系进行了详细分析，其分析结果可用下式给出：
 (2)
式中为理论密度；为成型密度，R0为成型时的粉体粒径， 为烧结密度，R为烧结体的晶粒直径，kg为一常数。计算结果表明，随着烧结体晶粒直径的增大，烧结密度提高。对MnZn铁氧体而言，增大晶粒直径使材料烧结密度提高，增大了材料的Bs，但由于材料的涡流损耗与晶粒直径的平方成正比，势必使材料的功耗特性恶化。
所以提高MnZn铁氧体材料的Bs和降低材料的功耗是一对矛盾，问题在于如何在二者之间找到一个最佳结合点。
3高温高Bs功率MnZn铁氧体材料研究进展
国际上功率MnZn铁氧体大致经历了PC30→PC40→PC44→PC50→PC47→PC95→PC90发展历程。其中PC50材料主要应用在高频领域，本文暂且不予讨论。众所周知，从PC30材料到PC47材料，在降低功耗方面取得了长足进步，使100℃、100kHz、200mT测试条件下的体积功耗（Pcv）从PC30的600kW/m3降到PC47的250 kW/m3，但材料Bs的提高并没有多大的进展。PC30、PC40和PC44材料100℃下Bs基本维持在390mT，PC47材料100℃下的Bs有较大幅度的提高，达到410mT，但人们并不认为它是高Bs材料的开始。PC95是一种宽温低功耗材料，在25℃～120℃范围内，其功耗都低于350 kW/m3，但其100℃下Bs也只有410mT，与PC47相当。虽然TDK公司陆续推出了PC33和PE33两种高Bs材料，使MnZn铁氧体在100℃下的Bs达到450mT，但由于功耗较高而没有引起人们的广泛注意。
2003年3月，FDK公司宣布成功地开发出了一种在高温条件下饱和磁通密度非常高的MnZn铁氧体材料“4H系列”。推出了100℃条件下饱和磁通密度为450mT的“4H45材料”和470mT的“4H47材料”两种产品。使FDK公司的高Bs锰锌铁氧体材料的研究与生产处于国际领先水平。但4H45和4H47在100℃条件下的功耗仍然较高：4H45为450kW/m3， 4H47为650kW/m3。
2004年9月，TDK公司推出了高Bs低功耗MnZn铁氧体材料PC90。该材料在100℃条件下饱和磁通密度为450mT，与4H45材料相当。但室温下饱和磁通密度为540mT，比4H45材料的高。尤为重要的是，PC90材料在100℃条件下的功耗为320kW/m3，与4H45材料相比功耗大大降低，已经接近PC44材料的功耗水平。所以该材料一经推出，立即在业界引起轰动。被认为是突破了MnZn功率铁氧体生产的性能极限。表1列出了目前国际上著名铁氧体材料公司的高温高饱和磁通密度功率MnZn铁氧体材料牌号与性能，更详细的资料可查阅各公司最新发布的产品目录。表中材料100℃下的Bs≥440mT，其中NICERA公司的BM30和BM40材料还只是实验室结果。
FDK公司4H系列和TDK公司PC90材料的推出，引发了国际上新一轮MnZn功率铁氧体的开发热潮，使铁氧体这门古老的学科散发出勃勃生机。文献[4，5]通过在主配方中加入NiO和Li2O，报道了100℃下Bs达到500mT的MnZn铁氧体。表2是他们的试验部分结果。其中1号样品虽然100℃下的Bs高达494mT，其Pcv和初始磁导率已接近FDK公司4H47材料水平。据业内人士透露，FDK公司在实验室也已开发出100℃下Bs为490mT的4H50材料，其100℃下的Pcv为800kW/m3。
日立金属是一家全球领先的材料生产和开发公司，在磁性材料生产和开发方面具备相当实力。在其最新申请的PCT专利中，报道了100℃下Bs高达550mT的MnZn铁氧体[6]。表3列出了其部分研究成果。其中对于70mol％Fe2O3、25mol％MnO、5mol％ZnO主配方，其100℃下的Bs为560mT，并基本与20℃下的Bs持平。表4示出了与表3材料相对应的功耗特性。测试条件为50kHz、150mT。对于70mol％Fe2O3、25mol％MnO、5mol％ZnO主配方，在100℃、100kHz、200mT下测试，目前Pcv为1700kW/m3左右[7]，还需要进一步下降。
4结论
与金属软磁材料相比，铁氧体软磁材料的主要缺点是Bs不高。在大电流和有直流偏场的工作环境中，金属软磁材料具有明显优势。如在差模电感应用中，主要要解决磁饱和问题，在实际使用过程中，设计者主要偏向于使用金属磁粉心，由于铁氧体磁心较低的Bs而基本被放弃。随着高Bs铁氧体材料的开发，人们有理由相信它将在传统金属软磁的应用领域抢占一席之地。

参考文献
[1]Magnetic Materials Producers Association. Soft Ferrites， A User抯 Guide. SFG-98， 1998
[2]平賀真一郎，奧穀克伸。フェライト，丸善， 1986
[3]Kakayasu Ikegami， Masayuki Tsutsumi， Shin-ichi Matsuda， Shin-ichi Shirasaki， Hiroshige Suzuki. A mode of densification with simultaneous grain growth. J. Appl. Phys.， 1978， 49(7):4238-4241
[4]高川建彌，福地英一郎，村攋琢。フェライト材料の製造方法。特開2005－67950，2005
[5]高川建彌，福地英一郎，村攋琢。フェライト材料の製造方法及びフェライト材料の燒成方法。特開2005－75653，2005
[6]TAKAHASHI Masahiro， TAKANO Syuichi，TAKAISHI Kitsuma， TAKAISHI Kitsuma. FERRITE SINTERED COMPACT AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME， AND ELECTRONIC PARTS USING THE SAME. WO?005/061412， 2005
[7]野口伸，高野秀一，小湯原德和，高橋昌弘。高溫で高い磁束密度を有するMn-Znフェライトの開発。日立金屬技報，2005，Vol.21：33－38