1 引言
随着信息技术在军事和民用领域的高速发展，EMI（电磁干扰）对军事秘密、人身安全和公共环境的影响与危害越来越严重。在电子设备中使用NiZn/NiCuZn软磁铁氧体制成的各种EMI磁芯，对于抗EMI有良好的效果。
由于铁氧体原材料的价格近年不断攀升，氧化亚镍的价格也成倍上涨，以氧化亚镍为主要原材料的NiZn/NiCuZn软磁铁氧体的成本亦随之大幅增加。面对日益增加的成本压力，各EMI磁芯的软磁铁氧体生产厂家积极寻求降低成本的方法，其中MgZn/MgCuZn软磁铁氧体以其低廉的成本优势备受关注。本文使用MgZn/MgCuZn配方，通过金属氧化物法制备的JM1K（深宁公司材料型号）软磁铁氧体材料，具有高初始磁导率、高阻抗、高居里温度等特点，可广泛地替代相近磁导率的NiZn/NiCuZn软磁铁氧体，制造EMI磁芯。
2 JM1K材料的制备试验
2.1 材料制备
将主要原材料Fe2O3（含量≥99.0%）、ZnO（含量≥99.5%）、MgO（含量≥95％）、CuO（含量≥98.5%）按照一定的配方进行称量，按料:球:水=1:3:1.5比例一次球磨3小时，在120℃烘箱烘干后，在950℃~ 980℃范围内预烧2小时，二次球磨10小时，再次在120℃烘箱烘干后取出，加入10%wtPVA溶液（浓度10%），手工制成球状粉末即可。
2.2 材料性能测试方法
采用试环测试的方式测试材料性能。把手工制成的球状粉末，压制成T23*12.3*9试环，试环毛坯密度约3.1g/cm3，按照一定的升温曲线在空气炉中1030℃~1050℃范围内烧结2小时，随炉降温取出试环。
用HP4284A测试试环的电感频率特性，计算初始磁导率；用HP4191A测试试环的阻抗频率特性，用SY8232 B-H分析仪测量Bs，采用排水法测密度，烘箱法测温度系数和居里温度。
2.3 材料性能测试结果
我们将上述试验过程制得的试环与NiCuZn配方的 JR1KC（深宁公司材料型号）材料（初始磁导率μi＝1000）进行了性能比对测试，图1、表1和表2列出了测试结果：
表 1  JR1KC与JM1K材质性能对比
特性 初始
磁导率 饱和
磁通密度 相对
温度系数 电阻率 居里
温度 密度
单位  mT ×10-6 1/K Ω*m ℃ kg/m3
JR1KC 1000±20% 350 ≤4
(20～60℃) 105 130 5.0
JM1K 1000±20% 270 ≤20           
(20～60) 105 110 4.9

表 2  JR1KC与JM1K阻抗对比
频率 10MHz 25MHz 100MHz 300MHz 500MHz
JR1KC 37Ω 54Ω 89Ω 322Ω 446Ω
JM1K 32Ω 49Ω 87Ω 316Ω 438Ω
JM1K/JR1KC 86.4% 90.7％ 97.7％ 98.1％ 98.2％

2.4 测试结果讨论
软磁铁氧体材料的配方选择和工艺条件，对提高软磁铁氧体材料的初始磁导率和阻抗密切相关。
由于MgZn铁氧体的初始磁导率一般都在300~600左右，在10MHz~50MHz频率下的阻抗值一般比较低，例如：ui=350的MgZn材质在10MHz下阻抗只有JR1KC材质的67％，很难满足现有EMI磁芯阻抗性能的要求，因此在MgZn/MgCuZn配方的组成中提高ZnO的含量，优化ZnO/GuO/MgO配比，将材料的初始磁导率提高到了1000，从而大大改善材料的阻抗特性，使其在10MHz~500MHz频率范围内非常接近JR1KC材质（详见表2），同时保证了材料的居里温度Tc > 110℃。
在MgZn/MgCuZn配方的选择上，由于MgZn铁氧体的饱和磁化强度Ms和磁致伸缩系数λs均较低，并且Mg2+是非磁性离子，因此配方中还有意识的降低MgO的比重，加入适当比例的CuO，并严控Fe2+的含量，选用缺铁配方，保证材料有较高的表面电阻率。
CuO的加入对在工艺上降低该材料烧结温度，提高材料密度，从而制成高初始磁导率和高阻抗的铁氧体很关键。首先， Cu2+进入晶格后，主要占据B位置，类似于NiZn铁氧体中Ni2+在晶格中的位置，从而增加A-B超交换作用，由于CuFe2O4的饱和磁化强度Ms略大于MgFe2O4，因此CuO的加入有利于提高材料的居里温度Tc和饱和磁通密度Bs（见表1）；其次，CuO的加入可以达到降低烧结温度和提高材料致密度的目的，Cu与MgCuZn铁氧体中的其他组份在烧结过程中形成低共溶物质，在较低的温度下形成液相，通过液相传递和粘结作用，有利于获得电磁和机械性能良好的材料，同时促进烧结，从而大大降低了烧结温度，一般MgZn铁氧体的烧结温度为1200℃~ 1250℃，由于CuO的加入，该材料的烧结温度降低为1030℃~ 1050℃，接近于NiCuZn铁氧体的烧结温度；密度由纯MgZn材料的4.6g/cm3增加为4.9g/cm3；并避免了由于烧结温度过高造成的Zn的挥发，保证配方中组份的稳定性，细化了晶粒，有利于获得较高的阻抗。
3 结论
使用MgZn/MgCuZn配方，采用金属氧化物法制备的JM1K软磁铁氧体材料，在满足初始磁导率等性能前提下，可以替代原来采用NiZn/NiCuZn配方的软磁铁氧体，制造EMI磁芯，降低成本，满足公司客户要求。

参考文献
[1] 张有纲等《磁性材料》1988
[2] 898铁氧体工程教础组《铁氧体工艺学》1990
[3] 吴安国等《软磁铁氧体技术》1998

作者简介
张江丽（1966-），女，本科，主要从事铁氧体材料和器件研发及质量管理