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1、电子信息材料与元器件专业毕业论文电子信息材料与元器件专业毕业论文 精品论文精品论文 高导高导 MnZnMnZn 铁氧铁氧体若干关键技术问题研究体若干关键技术问题研究关键词：高磁导率关键词：高磁导率 MnZnMnZn 铁氧体铁氧体 频率稳定性频率稳定性 温度稳定性温度稳定性摘要：通讯技术和数字技术的迅速发展，对电感器、宽带脉冲变压器、扼流线 圈和滤波器等器件提出了小型化、轻量化和大功率化和高稳定性的要求。高磁 导率 MnZn 铁氧体在这些磁性元器件中起着传输与转换信号的作用，故要求具有 高的磁导率以及宽温和宽频特性、高饱和磁化强度、高密度及优异的力学性能。 基于上述应用需求，本文采用氧化物陶瓷工
2、艺制备高磁导率 MnZn 铁氧体材料， 并分别研究了高导 MnZn 铁氧体的磁导率频率及温度特性、饱和磁感应强度和力 学特性。 首先，在高磁导率 MnZn 铁氧体频率特性方面，采用高纯原料，通 过控制配方和添加剂组合，调节预烧及烧结工艺，控制显微结构，制备出了性 能优良的起始磁导率为 10000 的宽频 MnZn 铁氧体材料，到 300kHz 时，磁导率 仅降低 16。研究结果表明： 通过调整配方中的 Fe2O3 和 ZnO 可以提高 MnZn 铁氧体的起始磁导率、改善磁导率的频率特性，对于起始磁导率为 10000 的 MnZn 铁氧体，适宜的配方是：Fe2O3-52mol、ZnO-22mol
3、、MnO- 26mol。球磨工艺影响到粉体的粒径，从而影响其活性，适当地延长球磨时间 可以提高 MnZn 铁氧体的磁导率，而适当地减少球磨时间可以获得良好的频率特 性；预烧对高磁导率 MnZn 铁氧体的磁性能有很大影响，适当降低预烧温度可提 高磁导率，而适当提高预烧温度则可获得良好的频率稳定性，使材料的应用频 率展宽。对于宽频高磁导率 MnZn 铁氧体而言，可以适量添加 Bi2O3(0.03wt)、 MoO3(06wt)、K2CO3(0.06wt)等，而 Co2O3 不宜添加。合适的烧结条件是： 烧结温度为 1400左右、保温时间为 6hr 左右、烧结保温段的氧分压为 5左 右。从材料的微结构
4、上来看，要提高铁氧体材料的磁导率，就要使材料的晶粒 大且均匀，而且气孔和缺陷少；但为了改善高磁导率 MnZn 铁氧体的应用频率， 则需小晶粒多气孔的微结构。 其次，在高磁导率 MnZn 铁氧体温度特性方面， 研究了大工业生产中莫来石承烧材料与高导 MnZn 铁氧体磁芯之间的相互作用以 及对磁导率温度特性的影响，分析了 Fe2+和 Zn2+含量、氧化物添加剂 TiO2 和 Co2O3，以及烧结工艺对 MnZn 铁氧体材料磁导率温度特性的影响，结果表明： 工业生产中由莫来石做承烧材料的底层磁芯性能严重恶化，主要原因是与承烧 材料接触的底层磁芯表层区域存在成分偏析，包括莫来石组分中的 Si 在烧结过
5、 程中向磁芯的渗透和底层磁芯表层 Zn 的耗散。Si 的渗透深度大约为 100m， 导致底层磁芯下表面局部“结晶”区域中 Si 含量偏高，并且有异常晶粒生长现 象发生。Zn 的耗散深度约为 200m，其耗散途径主要有两种，一种是 ZnO 在高 温下分解：ZnOZn(gas)+1/2O2，产生的 Zn 挥发流失；另一种是 ZnO 与莫来石 组分中的 Al2O3 在接触端面上发生直接和间接的化学反应： ZnO+Al2O3ZnAl2O4 和 Zn(gas)+1/2O2+Al2O3ZnAl2O4。为解决这个问题，可 以在大生产烧结工艺中采用废料压制的同类型磁片代替莫来石承烧材料，能将 MnZn 高导铁
6、氧体的性能偏差控制在 10之内。增加主配方中 Fe2O3、ZnO 的含 量或掺入高价氧化物添加剂 TiO2 都能使起始磁导率的峰位置移向低温；掺入 少量 Co2O3 对起始磁导率峰位置没有明显影响，但大剂量情况下 i 值下降 明显；致密化工艺不能改变铁氧体材料的磁晶各向异性，只对铁氧体材料的微观形貌存在一定程度的影响，不同的致密烧结工艺虽不能改变起始磁导率峰 的位置，但对温度系数有一定程度的影响。 最后，在高磁导率 MnZn 铁氧体 饱和磁感应强度及力学特性方面，主要研究了配方、添加剂和新工艺对 MnZn 铁 氧体材料的磁学性能和力学性能的影响，并制备出了具有高密度、高饱和磁感 应强度以及优异
7、力学性能特征的高磁导率 MnZn 铁氧体材料。研究结果表明： 适当的 Ni、Sn 离子取代可调节 MnZn 铁氧体的晶格常数和理论密度，并控制材 料晶粒尺寸和均匀性，提高密度和力学性能，改善磁性能。快速淬火能有效提 高粉体的活性及分散性，控制 MnZn 铁氧体的显微结构，提高密度，改善磁性能 和力学性能。适宜的预烧工艺为：预烧温度为 850，保温 2h 后利用金属器皿 快速淬火。低熔点添加剂可以通过液相烧结降低反应温度，促进固相反应，降 低气孔率，改善晶粒均匀性，提高磁性能和力学性能，但不同添加量对 MnZn 铁 氧体性能及显微结构的影响不同。适宜的添加剂组合为： 0.03wtMoO3、0.0
8、3wtV2O5、0.03wtSnO2、0.05wtP2O5、0.06wtK2CO3 。采用分散效果好的酒精作球磨介质，可改善粉料的均匀性，从而提高烧结体 的晶粒均匀性，提高密度，改善磁学及力学性能。适宜的二磨条件为：以钢球 和酒精作为球磨介质，球：料：分散剂=2：1：1.5，球磨转速为 196r/min，球 磨 2h。二次还原气氛烧结可实现 MnZn 铁氧体的致密化，降低气孔率，可有效 提高材料的密度和力学性能。适宜的烧结工艺为：烧结温度为 1380，采用二 次还原气氛，在 8501380升温区间的氧分压为 0.1。气孔率对 MnZn 铁氧 体抗弯强度的影响，远甚于晶粒尺寸的影响。正文内容正文
9、内容通讯技术和数字技术的迅速发展，对电感器、宽带脉冲变压器、扼流线圈 和滤波器等器件提出了小型化、轻量化和大功率化和高稳定性的要求。高磁导 率 MnZn 铁氧体在这些磁性元器件中起着传输与转换信号的作用，故要求具有高 的磁导率以及宽温和宽频特性、高饱和磁化强度、高密度及优异的力学性能。 基于上述应用需求，本文采用氧化物陶瓷工艺制备高磁导率 MnZn 铁氧体材料， 并分别研究了高导 MnZn 铁氧体的磁导率频率及温度特性、饱和磁感应强度和力 学特性。 首先，在高磁导率 MnZn 铁氧体频率特性方面，采用高纯原料，通 过控制配方和添加剂组合，调节预烧及烧结工艺，控制显微结构，制备出了性 能优良的起
10、始磁导率为 10000 的宽频 MnZn 铁氧体材料，到 300kHz 时，磁导率 仅降低 16。研究结果表明： 通过调整配方中的 Fe2O3 和 ZnO 可以提高 MnZn 铁氧体的起始磁导率、改善磁导率的频率特性，对于起始磁导率为 10000 的 MnZn 铁氧体，适宜的配方是：Fe2O3-52mol、ZnO-22mol、MnO- 26mol。球磨工艺影响到粉体的粒径，从而影响其活性，适当地延长球磨时间 可以提高 MnZn 铁氧体的磁导率，而适当地减少球磨时间可以获得良好的频率特 性；预烧对高磁导率 MnZn 铁氧体的磁性能有很大影响，适当降低预烧温度可提 高磁导率，而适当提高预烧温度则可
11、获得良好的频率稳定性，使材料的应用频 率展宽。对于宽频高磁导率 MnZn 铁氧体而言，可以适量添加 Bi2O3(0.03wt)、 MoO3(06wt)、K2CO3(0.06wt)等，而 Co2O3 不宜添加。合适的烧结条件是： 烧结温度为 1400左右、保温时间为 6hr 左右、烧结保温段的氧分压为 5左 右。从材料的微结构上来看，要提高铁氧体材料的磁导率，就要使材料的晶粒 大且均匀，而且气孔和缺陷少；但为了改善高磁导率 MnZn 铁氧体的应用频率， 则需小晶粒多气孔的微结构。 其次，在高磁导率 MnZn 铁氧体温度特性方面， 研究了大工业生产中莫来石承烧材料与高导 MnZn 铁氧体磁芯之间的
12、相互作用以 及对磁导率温度特性的影响，分析了 Fe2+和 Zn2+含量、氧化物添加剂 TiO2 和 Co2O3，以及烧结工艺对 MnZn 铁氧体材料磁导率温度特性的影响，结果表明： 工业生产中由莫来石做承烧材料的底层磁芯性能严重恶化，主要原因是与承烧 材料接触的底层磁芯表层区域存在成分偏析，包括莫来石组分中的 Si 在烧结过 程中向磁芯的渗透和底层磁芯表层 Zn 的耗散。Si 的渗透深度大约为 100m， 导致底层磁芯下表面局部“结晶”区域中 Si 含量偏高，并且有异常晶粒生长现 象发生。Zn 的耗散深度约为 200m，其耗散途径主要有两种，一种是 ZnO 在高 温下分解：ZnOZn(gas)
13、+1/2O2，产生的 Zn 挥发流失；另一种是 ZnO 与莫来石 组分中的 Al2O3 在接触端面上发生直接和间接的化学反应： ZnO+Al2O3ZnAl2O4 和 Zn(gas)+1/2O2+Al2O3ZnAl2O4。为解决这个问题，可 以在大生产烧结工艺中采用废料压制的同类型磁片代替莫来石承烧材料，能将 MnZn 高导铁氧体的性能偏差控制在 10之内。增加主配方中 Fe2O3、ZnO 的含 量或掺入高价氧化物添加剂 TiO2 都能使起始磁导率的峰位置移向低温；掺入 少量 Co2O3 对起始磁导率峰位置没有明显影响，但大剂量情况下 i 值下降 明显；致密化工艺不能改变铁氧体材料的磁晶各向异性
14、，只对铁氧体材料的微 观形貌存在一定程度的影响，不同的致密烧结工艺虽不能改变起始磁导率峰 的位置，但对温度系数有一定程度的影响。 最后，在高磁导率 MnZn 铁氧体 饱和磁感应强度及力学特性方面，主要研究了配方、添加剂和新工艺对 MnZn 铁 氧体材料的磁学性能和力学性能的影响，并制备出了具有高密度、高饱和磁感应强度以及优异力学性能特征的高磁导率 MnZn 铁氧体材料。研究结果表明： 适当的 Ni、Sn 离子取代可调节 MnZn 铁氧体的晶格常数和理论密度，并控制材 料晶粒尺寸和均匀性，提高密度和力学性能，改善磁性能。快速淬火能有效提 高粉体的活性及分散性，控制 MnZn 铁氧体的显微结构，提
15、高密度，改善磁性能 和力学性能。适宜的预烧工艺为：预烧温度为 850，保温 2h 后利用金属器皿 快速淬火。低熔点添加剂可以通过液相烧结降低反应温度，促进固相反应，降 低气孔率，改善晶粒均匀性，提高磁性能和力学性能，但不同添加量对 MnZn 铁 氧体性能及显微结构的影响不同。适宜的添加剂组合为： 0.03wtMoO3、0.03wtV2O5、0.03wtSnO2、0.05wtP2O5、0.06wtK2CO3 。采用分散效果好的酒精作球磨介质，可改善粉料的均匀性，从而提高烧结体 的晶粒均匀性，提高密度，改善磁学及力学性能。适宜的二磨条件为：以钢球 和酒精作为球磨介质，球：料：分散剂=2：1：1.5
16、，球磨转速为 196r/min，球 磨 2h。二次还原气氛烧结可实现 MnZn 铁氧体的致密化，降低气孔率，可有效 提高材料的密度和力学性能。适宜的烧结工艺为：烧结温度为 1380，采用二 次还原气氛，在 8501380升温区间的氧分压为 0.1。气孔率对 MnZn 铁氧 体抗弯强度的影响，远甚于晶粒尺寸的影响。 通讯技术和数字技术的迅速发展，对电感器、宽带脉冲变压器、扼流线圈和滤 波器等器件提出了小型化、轻量化和大功率化和高稳定性的要求。高磁导率 MnZn 铁氧体在这些磁性元器件中起着传输与转换信号的作用，故要求具有高的 磁导率以及宽温和宽频特性、高饱和磁化强度、高密度及优异的力学性能。基 于上述应用需求，本文采用氧化物陶瓷工艺制备高磁导率 MnZn 铁氧体材料，并 分别研究了高导 MnZn 铁氧体的磁导率频率及温度特性、饱和磁感应强度和力学 特性。 首先，在高磁导率 MnZn
