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第1期 胡军等：高频功率NZn铁氧体的高温功耗 .69 内，Ni.5-.Zn.5C0,Fe.o04(x=00.01,0.02,0.03) 了C。+的铁氧体与未添加C。+的铁氧体相比，涡流 四种样品的磁滞损耗随温度的变化情况，样品在磁 损耗有明显减少，主要是由于添加C。可以促进 化过程中，在保持磁感应强度B和频率不变的情 NZ功率铁氧体晶粒均匀细化，增加晶界绝缘层的 况下，磁滯系数K与磁晶各向异性能有很大关系， 含量，另外，添加C0+还可以抑制Fe出现，其原 如图5所示，根据NZn铁氧体的磁晶各向异性常数 因是C+在烧结高温段比N+对氧的亲和力还要 K随温度的变化情况，得出磁滞损耗随温度变化出 强，而低温时C0+又能给氧于Fe.因此，在NZn 现最低点，并且随着掺入量的增加，磁滞损耗谷底温 铁氧体中有微量C。存在时，其在烧结的降温阶段 度逐渐向低温方向移动.在一40~20℃低温区时， 有抑制Fe+出现的作用 适量掺加C。+可以降低磁滞损耗，但掺入过量时却 当NZn铁氧体中不加Co时，可能存在少量 使N☑n铁氧体的K变大，磁滞损耗增加；在20~ 的Fe和N+,导电机制为 100℃时，未掺入与少量掺入C。3+(x=0.01)的 Nt+Fe+→N++Fe2+ (11) N记铁氧体的磁晶各向异性常数虽随温度变化是 加入微量C。+后，导电机制发生变化： 逐渐减少的，但在此温度范围内却出现损耗增大的 N+十Co2+一N+Co3+ (12) 情况，这可能是铁氧体的微观结构的影响（未掺入 Fe+十Co+一Fe3+十C2+ (13) C。+的NZ铁氧体具有较多的气孔，少量掺入 从而抑制了F+,电阻率显著上升，达到降低涡流 C。+(x=0.01)的NZn铁氧体晶粒变小)导致磁 损耗的效果 滞损耗突然增大，而过量掺入时(x=0.02和x= 但是，对于添加了Co的NZn铁氧体，在 0.03),磁晶各向异性常数先经零点，然后沿负方向 一40~0℃温度范围时，涡流损耗的变化并不是很 逐渐增加，因此分别在40℃和20℃出现最低磁滞 明显；在0~200℃温度范围内，添加了C。的NZm 损耗；而在100~200℃高温区时，由于各样品的磁 铁氧体的涡流损耗随着添加量的增加并没有减少， 晶各向异常数随温度变化很小（图5），各样品的K1 反而增大，这可能是由于过量添加C。的铁氧体， 逐渐趋于零，这时磁滞损耗主要是与磁导率有关 随着添加量的增加，晶粒逐渐增大，致使与晶粒直径 系，因此随着温度升高，磁导率逐渐增大，磁滞损 的平方成正比的涡流损耗也相应增大 耗逐渐减少 P,= BdK其KE 4结论 3 3f) (9) (1掺入适量Co+有利于促进NZ铁氧体晶 式中，(“)为与起始磁导率成正比的函数， 粒均匀细化，降低磁晶各向异性常数、磁导率温度系 另外，在此高温区，随着C。3+的添加，磁导率逐 数和功率损耗，改善功耗的温度稳定性，并随着 渐减少，致使磁滞损耗增大，同时由于掺入适量 C。+的添加，发现其功耗谷底温度逐渐向低温方向 C。+可以降低NZ铁氧体的起始磁导率温度系数， 移动 因此掺入适量Co+的NZ铁氧体随温度升高，磁 (2)在一40~200℃宽温范围内，成分分子式为 滞损耗的温度稳定性更好，但过量掺入时由于温度 Ni.5-.Zn.sCo,Fe.o04的样品不但具有极低的高频 系数增大，磁滞损耗的温度稳定性变差， 宽温功耗，而且具有良好的温度稳定性，其磁导率比 图7是在相同主配方和工艺条件下，测试频率 温度系数为3×10℃-，同时在高温(100~ 为1MHzB.为10mT测试温度在-40~200℃范围 200℃)下的功耗变化范围仅为130~140W·m-3, 内，Ni.5-.Zm.5C0Fe.o04(x=00.010.020.03) 最低仅为130kW·m3(1MHa10mT) 四种样品的涡流损耗随温度的变化情况，涡流损耗 的计算公式如下： 参考文献 P-K.Bff [1]Patil S A.Bhise B V,Ghatage A K.Effect of MnTi and MnSn (10) substittions on the magnetic pmoperties of NiZn ferrite Mater 式中：d为晶粒直径；P为电阻率，因功率NZn铁氧 Chen Phys200065(1):38 体属于半导体材料，其电阻率受温度的影响比较 [2]Matsuo Y.InagakiM,Tonozawa T.etal High perfomance NZn 大)，随温度升高而减少，导致与电阻率成反比的 ferrite EEE Tmans Magn 2001.37:2359 [3]Nakano A.AokiT ManoiH.et al Soft ferrite materials formul 涡流损耗逐渐增大， tilyer inducloPmcedings of the Eighh Intema tional Coner 如图7所示，在一40~200℃温度范围时，添加 ence on Ferrites Kyoto 2000.1117第 1期 胡 军等： 高频功率 ＮｉＺｎ铁氧体的高温功耗 内Ｎｉ0∙5－ｘＺｎ0∙5ＣｏｘＦｅ2∙0Ｏ4（ｘ＝00∙010∙020∙03） 四种样品的磁滞损耗随温度的变化情况．样品在磁 化过程中在保持磁感应强度 Ｂ和频率 ｆ不变的情 况下磁滞系数 Ｋｈ与磁晶各向异性能有很大关系． 如图 5所示根据 ＮｉＺｎ铁氧体的磁晶各向异性常数 Ｋ1随温度的变化情况得出磁滞损耗随温度变化出 现最低点并且随着掺入量的增加磁滞损耗谷底温 度逐渐向低温方向移动．在 －40～20℃低温区时 适量掺加 Ｃｏ 3＋可以降低磁滞损耗但掺入过量时却 使 ＮｉＺｎ铁氧体的 Ｋ1变大磁滞损耗增加；在 20～ 100℃时未掺入与少量掺入 Ｃｏ 3＋ （ｘ＝0∙01）的 ＮｉＺｎ铁氧体的磁晶各向异性常数虽随温度变化是 逐渐减少的但在此温度范围内却出现损耗增大的 情况这可能是铁氧体的微观结构的影响 （未掺入 Ｃｏ 3＋的 ＮｉＺｎ铁氧体具有较多的气孔少量掺入 Ｃｏ 3＋ （ｘ＝0∙01）的 ＮｉＺｎ铁氧体晶粒变小 ）导致磁 滞损耗突然增大而过量掺入时 （ｘ＝0∙02和 ｘ＝ 0∙03）磁晶各向异性常数先经零点然后沿负方向 逐渐增加因此分别在 40℃和 20℃出现最低磁滞 损耗；而在 100～200℃高温区时由于各样品的磁 晶各向异常数随温度变化很小 （图 5）各样品的 Ｋ1 逐渐趋于零这时磁滞损耗主要是与磁导率有关 系 ［14］因此随着温度升高磁导率逐渐增大磁滞损 耗逐渐减少． Ｐｈ＝∫ＢｄＨ≈ 4μ0ＫｈＨ 3 ｍ 3 ≈ 4ＫｈＢ 3 ｍ 3μ 3 0ｆ（μｉ） （9） 式中ｆ（μｉ）为与起始磁导率成正比的函数． 另外在此高温区随着 Ｃｏ 3＋的添加磁导率逐 渐减少致使磁滞损耗增大同时由于掺入适量 Ｃｏ 3＋可以降低 ＮｉＺｎ铁氧体的起始磁导率温度系数 因此掺入适量 Ｃｏ 3＋的 ＮｉＺｎ铁氧体随温度升高磁 滞损耗的温度稳定性更好但过量掺入时由于温度 系数增大磁滞损耗的温度稳定性变差． 图 7是在相同主配方和工艺条件下测试频率 为 1ＭＨｚ、Ｂｍ为10ｍＴ、测试温度在 －40～200℃范围 内Ｎｉ0∙5－ｘＺｎ0∙5ＣｏｘＦｅ2∙0Ｏ4（ｘ＝00∙010∙020∙03） 四种样品的涡流损耗随温度的变化情况．涡流损耗 的计算公式如下： Ｐｅ＝ ＫｅＢ 2 ｍｆｄ 2 ρ （10） 式中：ｄ为晶粒直径；ρ为电阻率因功率 ＮｉＺｎ铁氧 体属于半导体材料其电阻率受温度的影响比较 大 ［15］随温度升高而减少导致与电阻率成反比的 涡流损耗逐渐增大． 如图 7所示在 －40～200℃温度范围时添加 了 Ｃｏ 3＋的铁氧体与未添加 Ｃｏ 3＋的铁氧体相比涡流 损耗有明显减少主要是由于添加 Ｃｏ 3＋可以促进 ＮｉＺｎ功率铁氧体晶粒均匀细化增加晶界绝缘层的 含量．另外添加 Ｃｏ 3＋还可以抑制 Ｆｅ 2＋出现其原 因是 Ｃｏ 2＋在烧结高温段比 Ｎｉ 2＋对氧的亲和力还要 强而低温时 Ｃｏ 3＋又能给氧于 Ｆｅ 2＋．因此在 ＮｉＺｎ 铁氧体中有微量 Ｃｏ 3＋存在时其在烧结的降温阶段 有抑制 Ｆｅ 2＋出现的作用． 当 ＮｉＺｎ铁氧体中不加 Ｃｏ 3＋时可能存在少量 的 Ｆｅ 2＋和 Ｎｉ 3＋导电机制为 Ｎｉ 2＋ ＋Ｆｅ 3＋ Ｎｉ 3＋ ＋Ｆｅ 2＋ （11） 加入微量 Ｃｏ 3＋后导电机制发生变化： Ｎｉ 3＋ ＋Ｃｏ 2＋ Ｎｉ 2＋ ＋Ｃｏ 3＋ （12） Ｆｅ 2＋ ＋Ｃｏ 3＋ Ｆｅ 3＋ ＋Ｃｏ 2＋ （13） 从而抑制了 Ｆｅ 2＋电阻率显著上升达到降低涡流 损耗的效果． 但是对于 添 加 了 Ｃｏ 3＋ 的 ＮｉＺｎ铁 氧 体在 －40～0℃温度范围时涡流损耗的变化并不是很 明显；在 0～200℃温度范围内添加了 Ｃｏ 3＋的 ＮｉＺｎ 铁氧体的涡流损耗随着添加量的增加并没有减少 反而增大．这可能是由于过量添加 Ｃｏ 3＋的铁氧体 随着添加量的增加晶粒逐渐增大致使与晶粒直径 的平方成正比的涡流损耗也相应增大． 4 结论 （1）掺入适量 Ｃｏ 3＋有利于促进 ＮｉＺｎ铁氧体晶 粒均匀细化降低磁晶各向异性常数、磁导率温度系 数和功率损耗改善功耗的温度稳定性并随着 Ｃｏ 3＋的添加发现其功耗谷底温度逐渐向低温方向 移动． （2）在 －40～200℃宽温范围内成分分子式为 Ｎｉ0∙5－ｘＺｎ0∙5ＣｏｘＦｅ2∙0Ｏ4 的样品不但具有极低的高频 宽温功耗而且具有良好的温度稳定性其磁导率比 温度 系 数 为 3×10 －6℃ －1同 时 在 高 温 （100～ 200℃ ）下的功耗变化范围仅为 130～140ｋＷ·ｍ －3 最低仅为 130ｋＷ·ｍ －3 （1ＭＨｚ10ｍＴ）． 参 考 文 献 ［1］ ＰａｔｉｌＳＡＢｈｉｓｅＢＶＧｈａｔａｇｅＡＫ．ＥｆｆｅｃｔｏｆＭｎＴｉａｎｄＭｎＳｎ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＮｉ-Ｚｎｆｅｒｒｉｔｅ．Ｍａｔｅｒ ＣｈｅｍＰｈｙｓ200065（1）：38 ［2］ ＭａｔｓｕｏＹＩｎａｇａｋｉＭＴｏｍｏｚａｗａＴｅｔａｌ．ＨｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＮｉＺｎ ｆｅｒｒｉｔｅ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓＭａｇｎ200137：2359 ［3］ ＮａｋａｎｏＡＡｏｋｉＴＭｏｍｏｉＨｅｔａｌ．Ｓｏｆｔｆｅｒｒｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｍｕｌ- ｔｉｌａｙｅｒｉｎｄｕｃｔｏｒｓ∥ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＥｉｇｈｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒ- ｅｎｃｅｏｎＦｅｒｒｉｔｅｓ．Ｋｙｏｔｏ2000：1117 ·69·