0 引言
电子器件的轻、薄、矮、小及高性能、高可靠已成为其发展的必然趋势，软磁铁氧体材料必然要向低损耗、高磁通密度、宽温、宽频、高DC-Biar特性、高稳定性方向发展，但十多年间我国锰锌铁氧体材料的水平却一直处于中、低档次俳徊。近年来，南京精研公司与太平洋窑炉公司合作，采用全新配方和简化工艺，开发了新概念钟罩炉，批量生产低功耗和宽频宽温高叠加材料，产品质量及成本取得了突破性进展。这种简化工艺结合了真空炉与氮窑的循环冷却系统，返朴归真的运用经典烧结曲线，节省氮气和电能一半以上，大小产品均无开裂，密度保证，因而合格率大大提高。东磁公司的高性能配方料粉在精研试烧，也达到了PC44水平。这种新概念钟罩炉价格只及通常产品的三分之一，高价钟罩炉和费工、费时、费气的氮窑，面临严峻挑战，成本低，质量高，效益好，目前已吸引西部和长三角多个厂家订货。这项成果必将为软磁铁氧体产业振兴发挥重要作用，希望这是一场大变革的前奏。以下介绍软磁锰锌材料国内外现状及本项成果水平。
1 锰锌(MnZn)功率材料
a. 生产水平：
中国磁性材料行业协会和情报网的专题研究报告指出：在中国现有原材料和设备条件下，大量生产产品性能在PC40上下，氮窑批量生产合格的PC44材料还相当困难。 从国内生产产品性能水平来看，中国软磁铁氧体中低档产品占据国内外市场的60%以上，高档产品逐渐开始形成竞争力，高性能PC40以上性能的功率软磁铁氧体，2003年在国内总产量中仅约占20%，2004年在国内总产量中仅占23%，2005年在国内总产量中占28%，2006年在国内总产量中占32%，2007年在国内总产量中约占37%。主流市场PC40以下材料产品占主要份额，PC44以上(PC47、PC95、PC50)产品不足市场的10%。
b. 研究进展：
随着应用领域的拓展和材料开发的深化，在IT产业、电力电子，特别是网络通信等用户的苛求下，为保证设备系统稳定、可靠、高效运行，一种求新、求全的理念已经逐步主导着锰锌铁氧体软磁材料的研发方向，不少多种特性兼备的新材料先后推向市场。这些材料具有以下综合性能：更高的饱和磁通密度Bs，更好的直流偏置特性DC-Bias，更低的损耗（低磁通密度下的损耗因子tgδ/μ、高磁通密度下的功耗Pc），更低的总谐波失真系数(THD)，更宽的使用频率和更广的温度范围。即所谓两宽（宽温，宽频）、两高（高Bs，高DC-Bias）、两低（低损耗，低失真）兼具的特点。
目前，锰锌铁氧体材料的研究已经进军到了低温、高温和更宽与更高频段领域，最近，南京精研公司与太平洋窑炉公司合作，配方和工艺的优化与新概念钟罩炉结合，产品质量及成本取得了突破性进展。
2 锰锌(MnZn)高导材料
a. 生产水平：
同上专题研究报告指出：目前，国外的实用高磁导率软磁铁氧体水平μi已经达到28000以上的水平，而国内企业实际生产和使用最广泛的软磁铁氧体材料μi=7000~12000，μi达15000的材料合格率较低，能大批量生产μi>12000的锰锌铁氧体厂家屈指可数。目前，国内锰锌高磁导率铁氧体约年产6万吨，μi达到10000至12000以上的材料约占30%，其中μi为12000至15000的材料不足10%，15000以上材料不足3%。为追求高μi，多把尖锐的二峰控制在常温，μ-T曲线不是平缓单调上升，因而宽温特性差；截止频率低，宽频特性也差。
国内报导的超高μ20000，μ30000材料研究，其损耗和频率特性多数没有达到权威机构的测试报告，或者用小尺寸环形测量，至于批量产业化生产更是难上加难。
b. 研究进展：
在高μ和超高μ材料研究方面，纷繁的国外专利报导中，大多把低频μi作得很高，以保证100kHz时不至于降到15000以下。μi 10000最高水平300kHz不下降，μi 12000的材料可达200kHz不下降；μ-T曲线平缓单调上升，因而宽温特性和宽频特性俱佳。
高μ材料的低损耗、高阻抗、低失真、高叠加等综合特性均有较大进步，最进，为满足通信客户需求，为填平μ-T曲线凹谷，制备平缓单调上升曲线宽温材料，精研公司找到了诀窍。
3 优质软磁铁氧体材料性能
a. 锰锌(MnZn)功率材料
(1) 低功耗
开关电源技术的飞速发展，使得铁氧体磁心广泛应用于计算机、通信、雷达、空间技术和家用电器等领域，因而对其性能提出了越来越高的要求。首先它必须工作在高磁通状态，而且工作频率越来越高，同时还要求提高效率和减小体积，并且在较高温度和较大迭加直流场下保持良好性能。这就意味着材料的初始磁导率μi、饱和磁通密度Bs、高温Bs、居里点Tc及功耗谷点温度TP较高，剩余磁通密度Br及功耗Pc较低，工作频率较高因而电阻率ρ较高。这就是低功耗软磁铁氧体材料性能的基本要求。国内外各厂家竞相研制了品种繁多的材料以适应激烈竞争的市场。如日本TDK公司推出PC30、PC40、PC50等材料后，90年代初又开发成功PC44材料，100kHZ，200mT，100C下其功耗值降低为300mW/cm3，后又发布PC47材料，功耗值降低为250mW/cm3；日本川崎制铁公司1997年也报道开发成功MB3（相当于PC40）、MB4（相当于PC44）及MB5（功耗200mW/cm3）材料；还有日本FDK公司的6H20（相当于PC40）、7H10（相当于PC50）；TOKIN公司的B25（相当于PC40）、B40（相当于PC50）、BH1（相当于PC44）；荷兰Philips公司的3C90（相当于PC40）、3C94（相当于PC44）、以及3F3、3F35、3F4、3F5（高频材料）等都先后推出。
(2) 高DC-Bias
低功耗材料首先是要求Bs高，特别是高温Bs要高，如日本FDK公司的4H45，4H47材料100℃时Bs分别为450mT和470mT，Philips公司的3C92材料100℃时Bs 460mT，140℃时Bs 400mT，Bs高、Br低才能保证磁心直流叠加特性好。其次是功耗要低，不仅谷点功耗低，还要求宽温。如TDK公司PC44材料100℃功耗300mw/cm3，PC45，PC46，PC47材料谷点分别为75℃，45℃，100℃，对应功耗都是250mw/cm3。
(3) 宽温
宽温低功耗材料当属TDK公司PC95最佳，其25℃功耗值为350mw/cm3，80℃时280mw/cm3，100℃时290mw/cm3，120℃时350mw/cm3，它几乎是把PC44~PC47材料的谷点联结起来，见图1。
这是最高水平的宽温功率材料，也就是目前最畅销的品种，紧随其后，荷兰Philips公司的3C95和德国EPCOS公司N95材料也相继推出。
几年来，精研公司用太平洋公司氮窑拉出的FPT功率材料性能类同PC95，常温到高温的范围，功耗都在400mw/cm3左右。这种磁心非常畅销，工作状态下，高温时功耗比PC44大不过1/3，但常温也就是待机状态时，功耗却比PC44要低2/3。一般监控设备的待机时间比工作时间长很多，所以总的能源消耗就小得多，特别符合国家要求，这款产品受到了不少先知先觉用户的欢迎。
其实，在我国现有原材料和设备条件下，N2窑量产合格的PC44材料相当困难，有些很有功底的国外专家来国内工厂也常因“水土不服”而长期被困“围城”。因为谷底功耗做到250mw/cm3并不困难，但要兼固高低温指标，300mw/cm3却困难重重。TDK公司本身也有难处，虽然他们的产品目录堂而皇之写着100℃，300mw/cm3的数字。但PC44的PCV-T性能曲线早在几年前就已修改为谷底340mw/cm3左右了，直到06年四月再次公布仍然如此。详见图2。
值得指出的是，近年来，精研公司用太平洋公司氮窑拉出的FP21功率材料，高温功耗都在450mw/cm3以下，配方和工艺优化后，用南京太平洋炉业的新概念钟罩炉烧结，批量产品质量及成本实现了突破，高温功耗都在350mw/cm3以下，完全达到了TDK公司PC44曲线的要求。十年磨剑，一招竟成！此举已然在业内引起轰动和效仿，也必将使软磁铁氧体产业越过长年俳徊，谱写新篇。
(4) 宽频、高居里点
电子设备的小型化技术促进了各国$铁氧体$公司对高频低功耗功率铁氧体材料的研制开发。在追求超低功耗的同时也开拓了更高的频率范围。如日本TDK公司最早开发了1MHZ的Mn-Zn功率材料，进一步实现了器件的小型化与薄型化。要获得相同的输出功率，采用PC50材料就可比PC40材料大大地缩小器件体积。日本TOKIN公司1997年开发的B40材料，在相同条件下其功耗是1994年开发的B40材料的一半。PHILPS公司1996年以前，其功率铁氧体材料主要有3F3(μi=1800)、3F4(μi=900)、4F1(μi=800)，各种材料的磁导率相差很大，因此1997年推出了3F35材料，其μi=1400，各项指标接近TDK公司PC50材料。2000年后又推出3F5，德国SIEMENS公司（现EPCOS）1984年首次推出N47和N67材料，1991年开发了N49材料，1993年又开发了N59材料。
深入分析各公司材料性能指标及各种特征曲线后，可以看出，当使用频率：
f<250kHz时  类同于日本TDK公司的 PC40、PC44材料功耗明显低于PC50，特别是当B<100mT，f<100kHz时，PC40占有价格和性能优势，没必要选用PC50；
250kHz< f < 300kHz时，PC44功耗最低，PC50其次，PC40功耗最大，这是PC44独占的市场范围；
300kHz< f < 1MHz时，PC50功耗最低；
1MHz< f < 10MHz时，选用类同于菲利浦公司的3F4、3F5型材料；
f >10MHz时，目前只有Ni-Zn铁氧体材料才能当此重任，故选用4F1。
基于以上思维，各材料制造厂家早就在积极寻求一种宽温宽频高居里点低剩磁材料，以期取代名目众多的高频低功耗铁氧体材料，绿色环保电磁感应无极灯的广泛应用与性能提高，促进了这种材料的开发与量产。
无极灯工作状态对软磁铁氧体材料性能的要求特别苛刻，既要极低温度[-40℃以下]具有足够的磁导率，启动高频振荡，又要相当高的居里温度[+280℃以上]以维持不停振，还要在如此宽温范围保持较高磁通密度和较低功耗，这是非常大的一个矛盾。镍锌材料有高频、高居里点特征，但超低温磁导率低，使线圈感量不足难以启动，且材料功耗较大，灯具发热过高；锰锌材料虽有高磁密低功耗优势，但居里点和频率却难上去，高温易停振，灯具体积较大。新材料必须像TDK公司Pc95那样具备低频宽温低功耗高Bs特征，又必须像FERROXCUBE公司3F4那样具有高频低功耗高Bs性能，还得超出所有铁氧体材料，具有+280℃以上高居里点。
立项开发这种材料的思路必须标新立异，它既能兼顾200kHz左右低频、又能在500kHz直至3MHz频率上综合PC50及3F4的性能，因而能替代μi 1500左右的各种高频低功耗材料。同时借助已成功制作PC44材料的工艺技术，还可扩展μi到2000以上，兼顾低频端功耗要求，部份替代PC40、PC44等材料。以创新的理念开发出来的这种新材料系列，不仅能满足无极灯市场需求，还必将为高频功率铁氧体各类磁芯在通信和强电领域的新应用，开拓出一片广阔的天地。
南京精研公司开发并已量产的这款新材料典型性能要求见表1，世界各大公司类同材料水平见表2。
b. 锰锌(MnZn)高导材料
(1) 宽频、低磁滞损耗
高磁导率材料为降低非线性失真，满足THD指标要求，TDK公司在DN40材料磁滞常数ηB为0.8×10-6基础上推出DN70，ηB降到0.2×10-6，但是NICERA公司的10TB材料则让ηB降到了0.12×10-6，EPCOS公司T66材料，磁导率已比DN70高出近一倍，μi 13000时，ηB为0.5×10-6，HITACHI公司的MP15T材料，磁导率15000，μ-f 特性更是令人刮目相看，直到100kHz，μi仍保存15000不掉。T66和MP15T是目前超高μ材料中综合性能最好的两种，因为它们还具有宽温、低损耗的特点，见图3、4。高磁导率μi 10000的材料宽频特性首推STEWARD公司的40#材料最好，直到300kHz，其μi仍能保持10000，可惜今年公布的曲线稍有修正。参见图5。
在普遍关注高μ材料的宽频、宽温低损耗特性时，千万不要忽略了对材料低频、低温性能的要求。特别是音频段的频率特性和损耗特性，低温和超低温段的μ-T特性。它们将直接影响信号的传输速度和传输距离，以及非线性失真。上述T66材料以及TDK的H5C4、NICERA公司的WT-10低温μ-T就非常漂亮。不同形态的μ-T曲线见图6，高端客户要求μ-T平缓上升。
有些厂家的高μ材料也许重点关注了高频特性，但在低频段，如1kHz和20kHz之间，材料μi~曲线出现凹谷，而且在瑞利区，即使是弱场的变化，损耗也有较大波动，这就直接影响了磁心线圈的低频阻抗和谐波失真(THD)。必须在配方和添加物上相应调整，才能使性能改善。这是往往容易被忽略的问题，可通信厂家却不会轻易放过。
(2) 宽温、高直流叠加
直流叠加特性的改善是近两年高μ材料的热门话题。TDK公司推出DN45材料三个月后，又改进推出宽温DNW45材料，再过三个月，美国STEWAD公司也推出了性能相同的46#材料，这些材料μi都在4500左右，Bs不高，但Br较低，且温度特性好。针对同样的市场和产品DC-Bias特性的要求，FERRONICS则棋高一着的推出了μi 6000，-40℃~+85℃间满足DC-Bias要求的新材料。川崎(JFE)推出的SK-202G材料除与上述公司技术指标相同部分外，还新增了比损耗tgδ/μ及比温度系数αμr的分段要求。我国西部地区的一个小厂，率先高价购买这种材料料粉生产高速局域网用宽温高直流叠加小环取得了不俗经济效益。下表例出了SK202G技术性能以供参考。几年来精研公司试制并量产完全符合以上要求的料粉，经多家用户批量替代进口，成功生产网络小磁环，获利非浅。
表 3  SK202G材料技术性能
电磁特性 符号 单位 条件 指标
初始磁导率 μi － 25℃、10kHz 4300
饱和磁通密度 Bs mT 25℃、10kHz
H=1200A/m 445
剩余磁通密度 Br mT H=1200A/m 50
矫顽力 Hc A/m H=1200A/m 6
比损耗系数 tgδ/μi ×10-6 10kHz 1
比温度系数 αμr ×10-6/℃ －20～20℃
－20～80℃ 3
0.4
居里温度 Tc ℃  180
电阻率 P Ω·m － 10
密度 db kg/m3 － 4800

(3) 高频、高阻抗
南京精研两家公司的高μ超高μ材料、功率材料，工艺创新成果显著，除独特的掺杂手段外，特别改善了料粉物理特性和氮窑烧结冷却曲线的温度气氛配伍，其中μi12kΦ25试环μ-ƒ曲线，200kHz不掉，宽频特性良好；为满足通信客户需求，填平μ-T曲线凹谷，制备平缓单调上升曲线的宽温材料，精研公司找到了诀窍，所以宽温特性良好；而且材料的高频阻抗特性z-ƒ和低频谐波失真THD也不错，赢得了用户好评。
超高μ方面真正达到T66和MP15的水平是不容易的，纵览纷繁的国外专利，大多是把低频μi作得很高，以保证100kHz时不至于降到15000以下。国内报导的超高μ20000，30000材料，其损耗和频率特性多数没有权威机构的测试报告，或者占便宜用小尺寸环形测量。至于批量产业化生产更是难上加难。切不可盲目乐观、夜郎自大。
前述的两宽、两高、两低综合的优越性能能否在高磁导率材料上体现？这项历史使命，急需业内精英努力完成。因为锰锌铁氧体材料已经始料不及的进军到了低温、高温和更高频领域。南京精研和太平洋团队，将为此竭尽全力，攻关不止。
高μ材料要用纯而又纯的原料，且不必掺杂，笼罩了业内十几年，后来禁锢终于被打破，而且一些有害元素还异军突起，成了化腐朽为神奇的有功之臣。与低温、超低温和高温软磁材料的发展同步，贫铁高μi高频Mn-Zn铁氧体，在抗EMI和EMC领域的应用，又打破了过去人们锁定的Mn-Zn材料频率范围，带着高磁导率μ，高介电常数ε，高阻抗Z的优势，贫铁锰锌材料大踏步进入了几十、几百兆赫领域，这一切都得益于高效掺杂，我们应该还可以发现并解放几个早年被结论为极有害的活泼金属元素吧？因为高μ和低功耗材料需要它们，新兴铁氧体材料需要它们。
新配方，新工艺，新设备的出现，提高了锰锌铁氧体材料性能，降低了运行成本，增强了产品竞争力，软磁行业兴盛发展即有赖如此。