1 引言
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，
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干扰器等。
高导铁氧体主要向着高磁导率、宽频率和低损耗方向发展。在磁导率方面，尽管相继推出了TDK公司的H5C5(μi=30000)，Philips公司的3E9(μi=20000)，Epcos公司的T56(μi=20000)，但由于这些材料的使用频率有限，很难产业化。随着多媒体通信、数字通信网络的高速发展，特别是电磁兼容（EMC）和抗电磁干扰（EMI）领域的要求，宽带变压器、脉冲变压器和共模扼流圈所用磁心的高μ化、宽频化更促进了新性能高导材料的推广。近两年来，高导材料的频率特性（μ-f）和阻抗特性（z-f）以及降低比损耗（tanδ/μi）得到了很大的改善。除了宽频特性以外，不少应用场合时对μ-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℃时的μi仍保持在9000以上，NICERA公司对μi=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αF-25℃～+25℃间＜1.5×10-6，25℃～55℃也小于1×10-6。宽带变压器磁心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，要求磁心材料磁滞损耗系数ηB较小，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把T38(μi=10000)材料比损耗（tanδ/μi）降为2×10-6，ηB降为0.3×10-6/mT。NICERA公司10TB(μi=10000)ηB仅为0.12×10-6/mT。总而言之，为适应市场需求，目前热销的高μ材料已不再是过去只提高μ值，而是全面要求其宽频、宽温、低失真、高Bs、高稳定性能。钴（Co）是周期表中的第ⅧB族元素，其性质与相邻的Fe、Ni非常相似，一般条件下只表现为+2价的氧化态。是一种高密度、高熔点物质，同时表现有铁磁性，常用作Mn-Zn铁氧体材料的添加剂，对材料性能的提高有很重要的帮助，本文将重点讨论Co2O3掺杂对μi=10000锰锌铁氧体材料μi、ηB、αF三个主要参数的影响。
2 实验方法
所用原材料为：日本川崎Fe2O3（Fe2O3≥99.2%）、湖南金瑞Mn3O4(Mn≥71.0%)、上海京华ZnO(ZnO≥99.7%)，根据实验方案，通过改变实验中某个组成或配料比例，而保持其他实验条件不变，然后对一系列的实验数据进行对比，最后优选出较好的一个或多个实验方案，具体如下：
2.1 Co2O3实验
在主配方和其它掺杂不变的条件下，研究Co2O3含量与材料μi、ηB、αF的关系：
实 验 编 号 T-1 T-2 T-3 T-4
Co2O3（wt%） 0.00 0.02 0.04 0.06
说明：主 配 方：Fe2O3：51.8 mol%， Mn3O4：26.2 mol% ，ZnO：22 .0mol%
其它杂质：Bi2O3：0.03wt%，  CaCO3：0.04wt%，  TiO2：0.04wt%
2.2  Co2O3与Fe2O3的配合实验
在一定的Co2O3掺杂条件下，研究不同主配方中Fe2O3含量与材料的μi、ηB、αF的关系。
实 验 编 号 Fe2O3(mol%) Mn3O4(mol%) ZnO(mol%)
T-5 51.6 26.4 22.0
T-6 51.8 26.2 22.0
T-7 52.0 26.0 22.0
T-8 52.2 25.8 22.0
说明：掺杂：Bi2O3：0.03wt%， CaCO3：0.04wt%，TiO2：0.04wt%，Co2O3：0.03wt%采用传统的氧化物方法制备材料，具体工艺流程如图1所示。
将按组成配好的原料砂磨0.5h，使原料充分混合均匀，一次喷雾成型后在空气中900℃预烧，然后将预烧料加入TiO2、Co2O3、CaO等添加剂，再二次砂磨1.5h，加入12wt%的聚乙烯醇（浓度10%）再次喷雾造粒后成型，生坯在钟罩式气氛烧结炉烧结，烧结温度在1360℃，保温4h，氧分压3.0%，采用平衡氧分压法降温冷却。
用HP4284A频谱测试仪测量材料温度特性(μ～T)、磁滞损耗系数ηB等。
3 实验结果与分析
3.1 显微结构
图2显示掺杂和未掺杂样品的显微结构， (a)样品的晶粒尺寸平均在18μm，(b)样品的晶粒尺寸平均在16μm，(a)样品的晶粒比(b)样品要饱满光滑。通过测试，(a)样品在常温下的 μi=10356，ηB =0.15×10-6/mT，(b)样品在常温下的μi=9200，ηB 为0.56×10-6/mT，结果表明在工艺过程中适当地添加一些有利杂质（TiO2、Co2O3、CaO、Bi2O3），材料的显微结构除了有明显的改善，相应材料的磁滞损耗系数(ηB)也得到了控制。CaO的添加对提高铁氧体的电磁性能有益，电子探针分析表明，Ca2+浓度富集于晶界，生成非晶质的中间相，从而可以提高晶界电阻率，降低损耗，提高Q值；Bi2O3是低熔点物质，有助于晶粒的成长，促进μ值的提高。TiO2、Co2O3作为添加剂，在软磁铁氧体中可以使减落峰向低温区移动，对改善材料的温度特性有一定的作用[1]。
3.2  测试结果与分析
图3显示了MnZn铁氧体中Co3+、Ti4组合掺杂后的K1-T变化趋势，通过图4 MnZn铁氧体等μ值线、K1和λS零值线及成分相图，在选择基本配方后掺入Co2O3，可以生成K1正值很大的CoFe2O4，由于Co2+的K1值很大，比Fe2+的K1值大200倍，所以组成中CoFe2O4含量的多少在很大程度上决定了材料的Ⅱ峰位置。由于Co2+不仅对K1有影响，而且会使K2增加，如果Co2+或Fe2+过量的话，会导致高温下K1值远大于零，而且随着温度的升高，K1值增大，对应的μi～T曲线在高温区明显下降，出现较大的负温度系数，如图5(a)中T-4和(c)中T-8。对Fe2+补偿的材料，在补偿点以下，K1为负值，在补偿点以上，K1为正值，而Co2+补偿的材料则刚好相反，综合利用Fe2+和Co2+对K1的补偿作用，若Fe2+和 Co2+的比例适当，K1值可能有多个补偿点，对应的μi～T曲线在较宽的温度范围较平坦，由此可获得宽温低温度系数材料，如(a)中（T-2和T-3）。另外从(a)、(c)可知，磁滞系数与磁导率有一定的对应关系，磁导率高的材料磁滞系数亦小，相反磁导率低的材料磁滞系数大，而磁导率与K1的倒数呈正比，显然，磁滞系数与K1有着内在的联系，调节Fe2+与Co2+的含量，使K1值趋近于零，减小磁滞系数，提高磁导率就可获得较小的磁滞损耗。
4 国内外μi=10000的材料性能对比(见表1)
5 结论
在正铁配方中，用Co2O3掺杂可以显著地改善材料的温度特性，当Co2+与Fe2+在合适组合条件下时，可获得十分平坦的μi～T曲线，由于Co2+的K1值很大，比Fe2+的K1值大200倍，所以Co2+的掺杂量一般不多。但在实际应用之中，基于成本的因素，采用Co2+与Fe2+同时补偿的方法可以在很宽的温度范围内获得低温度系数。

参考文献
[1] 都有为. 铁氧体[M].南京：江苏科学技术出版社，1996.
[2] TDG公司产品目录， 2006手册
[3] Nicera公司产品目录，2005因特网
[4] ACEM公司产品目录，2005因特网
[5] Epcos公司产品目录， 2005因特网
[6] TDK公司产品目录.  2005因特网