软磁铁氧体材料

发布时间:2021-06-06

软磁铁氧体材料

卷第期年月

昆明理工大学学报己

理工版

而飞

《洲

软磁铁氧体材料沈庆峰杨显万,,

刘春侠,

昆明理工大学材料与冶金工程学院云南昆明

创刃

摘要

总结了近几十年来软磁铁氧体材料的发展过程评述了国内软磁铁氧体材料及器件的发,

展现状应用和市场并对其中的锰锌系和镍锌系两大类型的软磁铁氧体材料做了重点介绍指,,

出了在其广泛的应用领域内软磁铁氧体将进一步向高频高磁导率和低损耗方向发展以适应,,

由新科技新设备的不断推出所带来的其产品如电感线圈等器件向小型化片式化的发展要求

关键词

软磁铁氧体锰锌铁氧体镍锌铁氧体文献标识码

高磁导率一一

中图分类号

文章编号

,

,

,

,

,

沙,,

币址

,

罗,

,

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卿币

,

,

,

沙一

引言世纪,

年代二次世界大战中发明了雷达要求使用能在中高频和高频领域中工作的软磁材料指,,

矫顽力小容易磁化的磁性材料、、,

从而发明了锰锌软磁铁氧体和镍锌软磁铁氧体由于软磁铁氧体在高频,

下具有高磁导率高电阻率低损耗等特点并且具有批量生产容易性能稳定机械加工性能高可利用模,

具制成各种形状的磁心特别是成本低等特点而迅速推广应用于通信传感音像设备开关电源和磁头,

工业等方面

世纪

年代到现在随着技术的进步软磁铁氧体也在不断地发展其主要的方向一是改变软,,,,,,

,

,

磁铁氧体的成分如今锰锌铁氧体已派生出锰镁锌铁氧体和锰铜锌铁氧体镍锌铁氧体已派生出镍铜锌

铁氧体另外除了基本的氧化物外还添加,,

,

等氧化物以提高铁氧体的性能,,

‘一是改变生产工艺使粉体细化从而减少损失和提高工作频率仁〕经过几十多年的发展完善如今软磁氧

体材料已成为一类应用广泛种类繁多的功能材料目前工业生产的软磁铁氧体材料从成分上分主要有,

,

一、

系等尖晶石和平面型六角晶

系两大类也有分为三类的

从应用角度讲它又可分为高磁导率户高频大功率又称功率铁氧体和

,

抗电磁干扰的

铁氧体等几类

收稿日期

一一

第一作者简介沈

庆峰

,

男博士研究生主要研究方向湿法冶金,

软磁铁氧体材料

昆明理工大学学报

理工版

软磁铁氧体材料的种类及性能特点锰锌系软磁铁叙体材料锰锌系软磁铁氧体主要是具有尖晶石结构的,

与少量,,

组成的单相固溶体,

,

用锰锌系铁氧体磁性材料做成的电感磁芯及磁性器件应用频率从数百赫兹到几千兆赫兹是最重要的软磁铁氧体材料其产量占了软磁铁氧体磁性材料总产量的意主要应用器件见表表材料类型,

,

以上因此锰锌铁氧体的发展更为引人注

软磁铁权体的主要用途应用器件

锰锌系软磁

开关电源用功率磁芯高清晰度数字彩电和高分辨率显示器用回扫变压器计算机网络用局域网隔离变,

铁氧体材料镍锌系软磁

压器和共模滤波器钟表,

,

机手机笔记本电脑以及数字仪表用场致发光电源变压器程控交换机中,,,

的话频变压器电流互感器低功率驱动变压器输人滤波器等等如在电视机中作为高频阻抗变压器、、、

,

系统中作为分支分配器通讯系统中作为功率分解合成器,

铁氧体材料

混频器射频放大器定向藕合器相位检波器等等

锰锌铁氧体材料主要分为高频低功耗铁氧体又称功率铁氧体和高磁导率即高户铁氧体两类功率铁氧体〔一

’,,

功率铁氧体的主要特征是在高频几百千赫兹高磁感应几千高斯的条件下仍旧保持很低的功耗而且其功耗随磁芯的温升而下降在,,,,

℃左右达到最低点从而可以形成良性循环功率铁氧体的主要用

途是以各种开关电源变压器和彩电回扫变压器为代表的功率型电感器件用途十分广泛是目前产量最大

的软磁铁氧体

世纪为的

年代初日本欧洲厂商为适应开关电源市场的需要开发出第一代功率铁氧体典型牌号,,,

的一

及飞利浦的

这类材料由于功耗较大且使用时温升显著故一般只用于,,,,,,

左右的民用开关电源现负温度系数功耗,,

世纪℃,

年代初经改进的第二代功率铁氧体被开发出来其最大特点是呈

随温度升高功耗呈下降趋势的、

能有效防止温升造成的电磁性能下降且综世纪一

,

合指标较好代表性的产品有的,,

的、

西门子的,

年代中后期为适应高的第三代材料如的开关电、,,

,

频开

关电源的发展国外又开发出高频功耗大幅降低实用频率一般可达、

西门子的,

飞利浦的

这类材料特别适用于频率为数百,,

源现在被广泛应用于工业类的开关电源中进人、,

世纪,

年代后由于信息技术对器件小型化片式化的,,

的要求第四代功率铁氧体又开发成功向着高频低耗方向发展代表牌号有西门子的,,

日立的

刊的

,

飞利浦的

等其功耗大大低于第三代材料使用频率一般可达、

刀〕

可望满足显示器用回扫变压器等器件向小型化高频化和低损耗发展的要求是今后功率软磁“”,

铁氧体的发展方向我国新发布的软磁铁氧体材料分类行业标准把功率铁氧体材料分为作频率也逐步提高如适用频率为巧频率为,

五类其适用工的一,

,

的一

材料适用频率为的,

材料适用的材材料

材料适用频率为一

材料适用频率为

料目前国内的企业已能生产相当于

材料

材料只有部分企业小批量试生产表

有待于进一步开发和生产日本的功率铁氧体材料无论是质量还是产量均处于国际领先地位据说士从事锰锌铁氧体的开发工作,,,

卿年我国

功率铁权体的生产水平牌号产量份额

公司目前有

多名博

磁性能水平相当于

等牌号已基本不再,

生产转向从我国及东南亚进口集中精力研发

等高档产品我国的情况正好相反字表明全行业,,

年的统计数档和档即,

的产量很小主要是

及以下的产品表

年以后情况有

软磁铁氧体材料

期,

沈庆峰杨显万等软磁铁氧体材料,

,

,

所改观不少单位加大技术创新力度积极实施,、、

批量生产技术攻关,,

,

档产品不断增加,

,

档产品有

所减少四川江苏浙江的一些企事业单位先后完成了的设计定型鉴定有的开始规模化生产,

的研制工作有的通过了

,

等高档产品表

中列出了部分国内外功率铁氧体产品

的性能指标表生产厂家及牌号产葱

功率铁权体的部分产品性能指标

氏℃

朋无

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《叉

土】土士

裕飞利浦《洲

〕〕】〕

立所厂

土上

高磁导率铁氧体〔

磁导率是衡量软磁铁氧体材料性能的主要基本参数之一通常将初始磁导率,,

年我国高磁

导率铁权体的生产水平

产‘,

既。的,

铁氧体

磁性能水平

初始磁导率杂一

产量份额

材料称为高磁导率铁氧体高磁导率铁氧体的主要特性以上从而可使磁芯是磁导率特别高一般均达到体积缩小很多适应元器件向小型化轻量化发展的需,

一一习匕一一一二兰塑竺一一一三些,,,

要另外为了满足使用要求这类高磁导率小磁芯的表面质量必须很好平滑圆整没有毛刺而且在其表,

面上必须涂覆一层均匀致密绝缘美观的有机涂层这是一个技术难点高磁导率铁氧体在电子工业和,

电子技术中是一种急需和应用广泛的功能材料可以做通讯设备测控仪器家用电器及新型节能灯具中,

的宽频带变压器微型低频变压器小型环行脉冲变压器和微型电感元件等更新换代的电子产品、

,

西门子菲利浦

表生产厂家及牌号

高磁导率铁权体的部分产品性能产

及美国界上高生产了、、

磁性分公司等是世产‘

占今

软磁铁氧体材料研究开在的基础上又先后开发出和

《众

发和规模化生产的先行者

幻土以洲士

以旧土

等系列高磁

飞利浦浦

导率铁氧体材料了、,

推出了西门子

巧众

材料西门子上市

】〕洲士土巧创洲〕

高磁导率材料据磁性,

行业协会的统计的称得上高产‘

年我国生产仪旧一以刃

美徕水磁材厂

一一

士土

即、

巧《

档的产量很少表,

年后情、

川产‘为

幻土《减土

况则有所改观山东及浙江江苏、

四川北京等地一些企事业单位近几年来先后完成了

巧加材料的研制并通过了设计定型,

鉴定部分厂家实现了拼,

及以上的高导锰锌铁氧体材料的批量生产四川等地一些企业研发的,

高导锰锌铁氧体项目获得了国家中小企业科技创新基金的大力支持在大生产技术方面有所突破

软磁铁氧体材料

昆明理工大学学报

理工版

和创新表

中列出了几种主要高磁导率铁氧体产品的性能指标,

‘‘真正意义上的高产软磁铁氧体材料其产值应在、,

沉。以上这样才能满足通讯计算机等口产业,

和电子整机对各种器件超小型化微型化的需求近年来高

技术创新的奋斗目标是规模

化生产高产‘巧特性的高磁导率铁氧体材料镍锌系软磁铁氧体材料,一

侧刃

体的水平还在不断提高目前国内外的锰锌铁氧体以及更为实用的具有宽频宽温、

产‘铁氧

,

系软磁铁氧体材料是另一类产量大应用广泛的高频软磁材料当应用频率在一

以下时其一

性能不如,

系铁氧体而在

,

以上时由于它具有多孔性及高电阻率其性能大大优于,,,,

铁氧体非常适宜在高频中使用用镍锌软磁铁氧体材料做成的铁氧体宽频带器件使用频率可以做到很宽其下限频率可做到几千赫

兹上限频率可达几千兆赫兹大大扩展了软磁材料的频率使用范围主要功能是在宽频带范围内实现射,,,

频信号的能量传输和阻抗变换由于它们具有频带宽体积小重量轻等特点而被广泛应用在雷达电视通讯仪器仪表自动控制电子对抗等领域、、、

世界上现已工业化生产镍锌铁氧体的国家中目前日本,,

表型号产‘土

日本

,芦

公司部分一

肠铁叙体材料性能指标刀,

德国西

「子美国

等公司的产品技术,

,

水平被公认为是世界上最高的射频宽带一一,

加一

磁芯,

的工作频率可达品种规格上千种

而国内起步较晚仅有少数厂家在开发

低噪声滤波器和铁氧体吸收与抑制元件但与国外的差距较大尚未系列化,,

标准化表,

中列出了

公司部分镍锌铁氧体的性能指标,,,

目前随着信息网络技术的飞速发展在有线电视系统和闭路电视系统的基础上迅速发展起来的光纤

同轴电缆混合

网络系统作为综合信息宽带网络具有显著的优势,,

网络系统的改造和建设需要各种射频宽带铁氧体器件而射频宽带铁氧体材料磁芯系列是

制造上述铁氧体器件的关键磁性材料一

的发展大大刺激了对射频宽带铁氧体材料及器件的需求

,

软磁铁氧体材料除广泛用于、

宽带网络外还大量用于抗电磁干扰使用镍锌系软磁铁氧体材料,

制成的滤波器铁氧体抑制器是其中最有效简单经济的办法之一因此在各种电子电子线路中使用大,

量各种特性和各种形状的用一

软磁铁氧体磁芯以满足抗电磁干扰和电磁兼容的要求抗电磁干扰产品,

电磁兼容产品发展的方向是各类磁芯向高磁导率高频化高速小型化和片式高组装密度化发展如今

等软磁材料做成的铁氧体桨料和导体桨料交替叠层厚膜印刷和烧结而成实现小型化表面安装,

的器件已经实用化发展前途光明表一

年世界软磁铁叙体产

情况年均增

国产材料的市场发展及问题〔,

,

川,

国家或

产年《

近几十年中随着科学技术的不断进步软磁

地区日

年以口

年《洲以】

年长率以

铁氧体的需求量也跟着迅速增加世界软磁铁氧

本国欧国

体的产量由万再增加到

增长到万,

年的,

美西

旧以《拟《

均】

其中我国和东南亚增长速度最快我国产量约千到年侧刃年达到了万相反年发展到万的美国却呈负增长而西欧的增长率近似为零表川目前我国的软磁铁氧体产量已居世界首位年的,,,

仪《

以】以侧洲《,

侧洲

东南亚

洲以

其,

口叹】以犯

合计

年我国产量占世界的乃这表明软磁铁氧体

软磁铁氧体材料

沈庆峰杨显万等软磁铁氧体材料,,

的生产中心已由欧美转移到我国和东南亚地区这主要是因为原材料和劳动力的原因,

随着科技的不断发展新产品和产量的不断增加在,,

世纪磁性材料在工业上诸如计算机汽车通,,、

讯设备自动化和消费类家电中的应用将更加拓展软磁铁氧体材料在电子产品中所占的比重也会越来越,

大如在一台电视机中例软磁铁氧体的的产量也会增长到磁导率材料约占,,

,

,

以上是软磁铁氧体元件与器件在计算机通信设备中间同样亦占有相同的比

以上用于家电产品中预计到

年全世界软磁铁氧体的产量将达到,

,

我国

,

世界市场将保持在

以上的速度增长我国也将以,,

左右的年增

长率发展其中发展较快的高性能软磁产品有以下几类功率铁氧体约占软磁铁氧体总产量的

宽带射频铁氧体和电子镇流器与照明变压器用铁氧体约占巧,,,

还有抗电磁干

以上远高于世界软磁铁氧体的整体发展扰器件这几类高档铁氧体材料和元器件的年均增长率达水平图随着科技的不断进步软磁铁氧体材料的需求量会不断增加有着广阔的国内国际市场日本国内高清晰度

电视大屏幕彩电的产量在上升配套的回扫变压器因而随之增加台湾省生产全,

球彩色显示器产量的量每年以

彩显中双聚焦回扫变压器磁芯从日本或中国大陆进口未来几年内预计需求,,,

的速度增长韩国也是彩色显示器主要生产国其中软磁铁氧体磁芯除本国生产一部分外,

其余亦依赖进口此外东南亚市场对软磁铁氧体磁芯的需求量亦不断增长我国的软磁材料有着巨大的发展市场截至到

月底我国手机用户达,,

在以平均每月球彩电加工量的

万户左右速度快速增长寻呼机用户目前也有,,

亿户移动用户正多万家电市场中我国目前占有全,

,

万台以上此外联想实达长城等国产品牌年全国彩电产量将保持在的计算机也呈迅速的发展趋势电脑显示器等外部设备亦需要各种铁氧体元器件另外不断涌现的众多,

电子产品更需要大量的铁氧体磁性材料我国磁性产品生产规模已经形成生产技术上了一个台阶特别是在中低档产品方面占有较大优势,,

目前固定资产投资超过,

万元的软磁铁氧体生产厂家已有五六十家其中尚未计人港台厂商在珠江,

三角洲创办的独资合资企业

余家产量上,,

,

年达到了,

,

已经超过了日本位于世界首位并,,

,

且随着生产中心的转移和市场的蓬勃发展我国亦将成为软磁铁氧体材料的出口大国我国的磁性科技虽然取得了长足发展但与世界相比差距仍然很大在基础理论研究技术开发和工程产业三个方面均未步人良性循环的轨道总的来说我国的铁氧体产品档次低技术含量不高多为中低档产品而且品种雷同多数企业技术创新能力薄弱虽然目前我国部分厂家的产品水平与国外大致相当,,

,

,

,

,

公司年产量达万而我国仅数家工厂年产量达千但从规模效益上都远低于国外例如日本的国际市场售价来看我国产品十分低廉大芯每吨售价一万元小形磁形磁芯也只有从一万元仅为日本同类产品的乃这除了销售渠道的原因外还与我国产品批量小外观差缺少名牌供货不及时有直接的关系形不成规模优势和名牌效应在市场上受制于人虽然国内铁氧体总产量很大但是大多数企

业长期滞留于低档产品一方面影响了本身技术水平的提另一方面由于售价低获利薄影响了扩大再生产造成原材料及能源浪费难以形成良性循环快速发高,,,,,,,,,,

,

,

,

,

,

,

,

展起来的高档软磁产品有着广阔的发展前景和较高的利润可寻而我国大部分供应份额被进口产品占据,

中国加人,

以后市场将无国界之分随着需求市场的迅速增长我国软磁铁氧体的生产将面临巨大,,,,,,,

的机遇我们必须改变观念抓住机遇认清形势放远眼光认准软磁铁氧体向一低两高和三化即低损耗高频高磁导率小型化片式化和薄膜集成表面贴装化方向发展的趋势组织人力物力进行高档产品、、

,

的技术攻关瞄准国际先进水平坚持技术创新与制度创新自主创新与技术引进相结合在高起点上跨越式发展高档产品紧跟科技发展步伐此外还要加强原材料基地的建设改变我国原材料质量差以及供应,,,

,

,

,

不够的现状建设一批高纯氧化锰氧化铁氧化镍和氧化锌等原材料的生产基地为我国发展高性能软磁,

,

铁氧体材料提供保证积极开发高性能专用设备和仪器倡导生产过程精密控制技术以实现高性能软磁,

铁氧体大批量生产的要求逐步占领高档产品市场使我国不仅成为磁性材料生产大国更要成为磁性材料生产强国下转第

,

,

,

软磁铁氧体材料

张森

,

陈君若等均布载荷作用下复杂截面导轨变形的计算机辅助分析,

,

应用

有限元分析软件我们计算出导轨在,

的均布载荷作用下,

,

方向上的最大压应力。,

最大等效应力,

应力为,

均超过了材料的屈服强度,

如下所示图,

为导

轨所受最大压应力处的截面应力云图图上表面施加

为最大等效应力处的截面应力云图在试验中我们在导轨的

的载荷结果在此载荷作用下导轨发生塑性变形表明计算结果与试验结果基本吻合

结论采用有限元数值分析方法根据米赛斯,,,

准则使用大型有限元分析软件,

,

分析复杂截面,

导轨在均布载荷作用下的变形情况提供了一种在导轨成形加工之前仿真导轨变形情况的方法可以有目

的地预测并避免可能出现的问题并为解决问题提供参

考依据参考文献陈精一等电脑辅助工程分析〔〕刘〔〕北辰等工程计算力学,,

使用指南【〕京中国铁道出版社北北理论与应用〔〕京机械工业出版社,

,

—孙〔〕训方等材料力学第三版【肠

,

北〕京高等教育出版社

,

,

月,

闷卜

月卜

,

叫卜

”门卜沛阅卜

上接第

参考文献【徐泽玮,

电源技术中应用的软磁铁氧体材料发展回顾和分析一【〕金属功能材料,

,

,

〔黄刚软磁铁氧体的市场综述〔」电子外贸【〕敏思潮软磁铁氧体的应用和技术【唐,

,

一,,

世界电子元器件

徐【」敏邻文波浅谈现代功率铁氧体材料的现状及发展方向〔」磁性材料及器件

,

,

何水校锰锌铁氧体材料的未来发展动向【〕磁性材料及器件【〕王「」耕福不断发展的软磁铁氧体技术【〕世界产品与技术,,

,

,

,

电子元器件应用〔廖绍彬高磁导率软磁铁氧体材料的应用〔〕

,

,

陈【」国华仁翁兴国

世纪软磁铁氧体材料和元件发展趋势仁磁性材料及器件,,

,

,

刘材料导报【〕玉红软磁铁氧体材料的现状及其发展趋势【〕

软磁铁氧体材料应用与市场发展【〕新材料产业,

,

,

,

【〕何水校软磁铁氧体材料的应用与市场〔磁性材料及器件【〕声明迈向新世纪的此行科学技术二【余

,

科,

磁性材料及器件

,

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