1 前言
早有报道，锰锌铁氧体的初始磁导率和磁致回线受外界应力的影响。当在磁芯内部有内应力或外加力的时候，磁致伸缩系数λ和应力σ也被添加到非轴向各向异性的表达式中来，E=3/2σλsin2θ        (1)
这里θ为磁致伸缩和应力的夹角。因此在有外加力的时候磁芯损耗就会就受到影响。在考虑器件的应用时，损耗随应力的变化对变压器的损耗就有极其重要的意义。
在这篇文章中，研究了多晶锰锌铁氧体的磁致伸缩与温度极其磁通密度的关系。通过研究样品得到功率损耗随外力（压应力和拉应力）的变化关系，在这个样品上磁致伸缩的正、负得到了实际的应用。
2 实验
两种形状的样品，多晶锰锌铁氧体环形和圆柱形磁芯Fe2O3的成分变化见表一，应用正常的粉末工艺准备。环形磁芯比E形磁芯更适合进行磁芯损耗的测量因为磁通密度在磁芯内部是不一致的，也因为在一副E形磁芯上施加拉应力比较困难。烧结环形磁芯的典型尺寸是外径为31mm，内径为19mm，高为6mm。磁芯损耗通过BH分析仪(Iwatsu， SY-8216)进行测量。每个磁芯的初极和次极分别绕5匝线圈，保证在正弦波下测试。磁芯损耗分别在-30℃到140℃之间，在频率为100kHz，BM=200mT的时候测得。环形磁芯的初始磁导率通过LCR(HP4284A)仪表测得。
表 1
Table1. Main composition of samples (mol%)
Sample MnO ZnO Fe2O3
A 33.9 10.0 56.1
B 35.3 10.0 54.7
C 36.1 10.0 53.9

圆柱形样品被切成圆盘，13mm的外径，大约0.8mm的厚度。这种样品的磁化采用震动磁强计进行(VSM)。在圆盘样品抛光的表面贴上热电偶应变片(Kyowa， KFGT)，在长度方向的比例，δl/l，通过VSM来进行磁场的测量。磁致可通过下面的公式来给出定义：
λ=3/2[(δl/l)∥-(δl/l)⊥]                           (2)
这里(δl/l⊥)和（δl/l∥）分别指垂直于磁场方向和平行于磁场方向。对于在高温下的测量，放在VSM电磁场中的样品通过加热装置进行加热。
为了在外加应力的条件下获得磁芯损耗的变化，拉应力和压应力被应用到环形磁芯上，情况如图1。
磁芯被四根10mm的带子拉伸，其中两根通过滑轮进行加载，另外两根固定在磁芯附近。首先损耗在拉应力下进行负载增加的实验，随后进行压应力的实验。为了考查磁芯损耗时Bm的变化，5匝的磁芯准备用来测量从频率为100kHz，Bm从100mT到300mT（以50mT递增）。损耗是在室温25℃同一应力的条件下测得。
a 功率损耗和磁导率
在锰锌铁氧体中曾有过报道，磁晶各向异性的温度稳定性是和化学成分有关系的，在一定的成分条件下，在某个特定的温度点其各向异性常数达到零点。样品A-C的损耗与温度之间的曲线，不同的Fe2O3的含量在图2(a)中表现出不同的曲线。
这些样品损耗的Tmin与温度磁导率曲线上，磁导率的第二高的温度(Tmin)基本保持一致。对于A，B，C样品分别为-20℃，30℃，72℃。因此当温度小于T时，K1<0，而当温度大于Ts时K1>0。
b 磁滞
在A-C样品中磁滞的温度稳定性也各不相同。图3中列出了在一定的磁通密度的条件下的不同温度下的磁滞情况。
典型的磁滞随温度的升高而减小，在某个温度点通过零点。然而这个温度与Ts是不一致的。不在更高的B的条件下，这个结论与ENZ的文章中的结论一致。
在文章中，δl/l是指平行于磁场的长度方向。在这个研究中，相反的，λ在等式(2)中定义了，同时包含了垂直于磁场方向的(δl/l⊥)，其值为负。垂直方向的在较低的磁通密度的条件下是可忽略的，而当B=400mT时大幅度的减少。导致产生很大的正的λ，在样品A中，虽然在λ=0的时候的温度与Ts不一致，其在较低的温度时具有正的λ，而在较高的温度时具有负的λ，这与λ111和λ100的信号是有很大关系的。当K1<0为易磁化方向，当K1>0时为不易磁化方向。因而，在室温的条件下，样品A的磁滞是负的，另一方面样品B和C在磁通密度小于300mT的条件下磁滞是正的。
c 外部应力的影响
在频率为100kHz，在Bm为200mT条件下，λ为负的样品A的损耗在室温的条件下，随拉应力的增加而增加，在某种程度上随拉力的增加而减少。另一方面在λ为正值的样品C呈现出相反的情况。
对于样品B情况介于二者之间，情况更接近于C而不是A，当加很小的拉应力的时候损耗微弱的减少。类似的应力关系在其他的磁通密度的条件下也是这样的，如在100mT和300mT之间。
当外力的方向与磁场中样品的磁化方向相同的时候，磁芯的损耗在某种程度上会减少。
为了检查应力和损耗的关系，在等式(1)中，下面两个参数被这样定义
ΔP=Pmac-Pinitial orΔP=Pmin-Pinitial                   (3)
                              (4)
Pinitial为当σ=0，ΔP是指在外力作用下损耗的变化，等式(4)中的σλ磁通密度从0到Bm的平均磁滞，因为磁滞与B有关系，σ为损耗最小或最大位置时的外加应力。σ在拉应力时为正值，为压应力时为负值。在Bm为100-300mT之间，这两个参数表现出很好的吻合性，见图中的不同磁通密度的情况。要注意样品A的关系曲线与其他样品的不同之处。这被认为是因为外加应力的方式不同和K1即易磁化方向的不同所导致的。
磁芯损耗也与温度有关系。样品A的损耗随温度的变化在图2中是-1000kW/cm3，大大高于在外力作用下的图4中的200kW/cm3。在各向异性能的表达式中的K1，E=K1Sinθ，在等式(1)中的σλ，表明损耗主要受到K1的影响。OHTA报道了各种成分锰锌铁氧体的K1的稳定性。从这篇文章中，样品的K1的变化化学成分接近于在-30-140℃被计算出来大概在-30ENG/cm3=102J/m3，大大高于在外加应力下的-0.3J/m3（见图5）。
3 结论
多晶锰锌铁氧体的磁滞随温度升高而减小，在某个温度点从正变为负。这个温度接近于Ts，但不完全一致。损耗当磁滞为正值在外加拉应力的作用下某种程度上会减小，而在当磁滞为负值时在压应力的条件也是如此。相反的情况下则损耗增加。在外力作用下的损耗与σλ有关系，与磁滞、应力有关系。
参考文献
[1] R.M. Bozorth， Ferromagnetism， D.van Nostrand company inc.， New York， 1951， p482
[2] J. Smit and H.P.J. Wijn， Ferrites， Philips’ Technical Library， Eindhoven， the Netherland， 1959， p59
[3] K. Ohta， J. Phys. Soc. Jpn.， 18 685(1963)
[4] U. Enz， Proc. Inst. Elec. Engrs.， 109 B.suppl.21 246 (1962)
[5] K . Ohta and N. Kobayashi， Jpn. J. Appl. Phys.， 3 576 (1964)

（原文见：《A. FUJITA and S. GOTOH Technical Research Laboratories， Kawasaki Steel Corporation Kawasakidori 1-chome， Mizushima， Kurashiki 712-8511， Japan》）