【摘 要】
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随着MnZn铁氧体功率器件不断朝着高频应用的方向发展,器件发热温升问题越来越得到人们的重视。一方面,在材料中引入不同类型的添加剂降低高频损耗是目前解决发热问题的主要手段,对于传统添加剂的影响人们已经十分清楚,但对于稀土添加剂的影响仍缺乏系统认知;另一方面,MnZn铁氧体磁心的导热性能对元件散热效果也有直接影响,因而MnZn铁氧体的热导率值得我们关注分析。本文采用传统固相烧结工艺分别制备了Sc、Dy
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随着MnZn铁氧体功率器件不断朝着高频应用的方向发展,器件发热温升问题越来越得到人们的重视。一方面,在材料中引入不同类型的添加剂降低高频损耗是目前解决发热问题的主要手段,对于传统添加剂的影响人们已经十分清楚,但对于稀土添加剂的影响仍缺乏系统认知;另一方面,MnZn铁氧体磁心的导热性能对元件散热效果也有直接影响,因而MnZn铁氧体的热导率值得我们关注分析。本文采用传统固相烧结工艺分别制备了Sc、Dy元素掺杂的MnZn铁氧体,研究了Sc、Dy掺杂量对MnZn铁氧体相组成、微观结构以及电磁性能的影响,为今后进一步开展稀土掺杂MnZn铁氧体的研究奠定了基础;此外,本文建立了MnZn铁氧体的导热通路模型,计算分析了铁氧体的晶粒、晶界和孔隙尺寸分布与其等效热导率的关联,旨在为铁氧体材料的热导率调控及组成结构设计提供具体参考。综上所述,得到的具体结论如下:1、对于Mn0.757Zn0.107ScxFe2.136-xO4（x=0～0.07）铁氧体材料,随着x由0增加至0.07,平均晶粒尺寸和密度先增大后减小,x=0.01样品的平均晶粒尺寸和密度最大分别为4.50μm和4.80 g/cm~3,样品的饱和磁化强度Ms最大为92.7 A·m~2/kg,但磁晶各向异性常数K1的值由123.48 J/m~3增大至175.07 J/m~3,软磁性能恶化,起始磁导率μi由640下降至484,功率损耗由107 k W/m~3增大至220 k W/m~3。2、对于Dy掺杂MnZn铁氧体,随着Dy2O3的添加量由0 wt%增加至0.1wt%,平均晶粒尺寸和密度先增大后减小,Dy2O3添加量为0.05 wt%时,对应样品的平均晶粒尺寸和密度最大分别为4.71μm和4.82 g/cm~3,同时样品表现出较好的软磁性能,饱和磁化强度Ms为95.8 A·m~2/kg,矫顽力Hc为55.9 A/m,磁晶各向异性常数K1的值由164.84 J/m~3减小至143.75 J/m~3,起始磁导率由640提升至845,功率损耗由736 k W/m~3减小至586 k W/m~3。3、基于等效媒质理论（EMT）定量分析了晶粒、晶界和孔隙尺寸对材料热导率的影响。当MnZn铁氧体的晶粒热导率为13.65 W/m·K,晶界热导率为1.45W/m·K,晶界厚度为12 nm时,热导率的计算值与样品实测的结果较为接近。考察范围内,晶粒热导率每提升4 W/m·K时,材料热导率增幅为10.4%～33.6%;晶粒尺寸变化对材料热导率影响相对较小,当平均晶粒尺寸每增大3μm,材料热导率增幅在3.7%以内;当晶界热导率每增加0.2 W/m·K时,材料热导率增幅为8.8%～29.5%;晶界厚度对材料热导率的影响较小,晶界厚度每增加4 nm,材料热导率的下降幅度小于1%。
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