低损耗MnZn软磁铁氧体材料直流叠加特性研究

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随着电子技术的持续发展,MnZn软磁铁氧体由于其高磁导率、高饱和磁感应强度、低损耗等优点,被各种电子元器件广泛采用,如变压器、电感器、扼流圈等。在功率转换和开关调节电路中,往往为了扩大其磁通密度B的变化ΔB而在变压器磁心上叠加一个直流偏置场,例如行输出变压器、平滑扼流圈、枕校变压器等。叠加直流偏置场后软磁铁氧体的磁性能(磁导率、损耗等)会发生显著变化,进而对器件稳定性造成一定的影响。在直流偏置场下,铁氧体磁心需要具备优异的电、磁性能和直流叠加特性,才能保证器件的稳定运行。因此,研究MnZn软磁铁氧体的直流叠加特性对其在电子器件中的应用具有重要指导意义。本论文针对开关电源用铁氧体磁心优良电、磁性能和直流叠加特性的需求,采用固相反应法制备低损耗MnZn软磁铁氧体,系统研究了主配方、添加剂、烧结工艺对MnZn软磁铁氧体显微结构、电磁性能和直流叠加特性的影响,并研制出具有较高磁导率、高饱和磁感应强度、低损耗并具有高直流叠加特性的MnZn软磁铁氧体材料。首先,通过对主配方Fe2O3、ZnO含量的研究,得到Fe2O3和ZnO含量对MnZn铁氧体性能的影响关系。结果表明:配方中适宜的Fe2+和Zn2+离子可以调节起始磁导率二峰位置,提高起始磁导率和饱和磁感应强度,降低损耗,并优化直流叠加特性。确定了低损耗MnZn铁氧体适宜的主配方配比为:Fe2O3:MnO:ZnO=53.2:36.3:10.5 mol%。其次,研究了ZrO2、HfO2添加剂对材料显微结构、电磁性能以及直流叠加特性的影响,结果表明:0.01wt%添加量的ZrO2可以有效改善材料显微结构、均匀晶粒、促进致密化,从而提高材料的起始磁导率和饱和磁感应强度,降低损耗;添加0.09wt%的HfO2可以显著提升材料的电阻率至34?·m,从而降低涡流损耗,同时优化显微结构,提高了磁导率、降低总损耗。研究结果表明:适宜的添加剂有利于获得较高的增量磁导率和ΔB数值以及较低的磁心损耗,从而改善材料的直流叠加特性。最后,研究了烧结工艺对材料显微结构及性能的影响,结果表明:适宜的烧结温度、升温曲线和氧分压可促进固相反应的进行,实现材料均匀晶粒的致密化烧结,从而获得了优异电、磁性能和直流叠加特性的低损耗MnZn软磁铁氧体材料的制备工艺。
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