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                      鎂鋅鐵氧體磁環和鎳鋅鐵氧體磁環的工藝研究

                       

                      鎂鋅鐵氧體磁環和鎳鋅鐵氧體磁環的工藝研究

                              摘要:針對鎂鋅鐵氧體磁環與鎳鋅鐵氧體磁環在高頻性能和機械強度方面存在的差異,對材料配方,燒結工藝,制料工藝等方面進行了調整。結果表明:起始磁導率 μi為 50~2 000 時,鎂鋅鐵氧體磁環完全可替代鎳鋅鐵氧體磁環芯,從而大幅降低原材料成本。

                           近幾年隨著軍需物資氧化鎳價格的不斷大幅上漲,許多生產鎳鋅鐵氧體磁環的廠家,為了降低材料成本,紛紛由鎳鋅鐵氧體材料轉向了鎂鋅鐵氧體材料的生產,但普通工藝生產的鎂鋅鐵氧體磁環的高頻特性及磁芯的機械強度都遠不如鎳鋅鐵氧體磁環,所以普通工藝生產的鎂鋅鐵氧體磁環僅用于一些要求較低的民用產品,這使得鎂鋅鐵氧體磁環的市場占有率受到了很大的影響。筆者通過合理地調整材料配方與工藝,有效改善了鎂鋅鐵氧體磁芯的高頻性能,提高了鎂鋅鐵氧體磁環的機械強度。

                      1    實驗

                       1.1  調整材料配方(1)以 R—50 為例,在配方:30 % MgO + 12 %ZnO + 2 % MnCO3 + 56 % Fe2O3中,不添加 CoO,PbO所測得的材料高頻性能與在配方中 添加  w(PbO) 為1.5 %和不同量的  CoO  后,將材料制成外徑為 14.2 mm、內徑為 6.7 mm、高度為 8 mm 的環,用? 0.7 mm、長度為 100 mm 漆包線,在環內通過一次,由測試儀配方:30 % MgO + 12 % ZnO + 2 % MnCO3 + 56 %Fe2O3為例,在保持其它雜質添加不改變的前提下,配方中添加適量的 CaCO3或滑石粉后,將材料制成外徑為 14.2 mm、內徑為 6.7 mm、高度為 8 mm 的環,用? 0.7 mm 漆包線,1 圈,由測試儀 QBG—3 高頻 Q表,對其進行高頻測試。(3)將本公司  NiZn  鐵氧體材料 R50 牌號的兩種材料,制成外徑為 14.2 mm、內徑為 6.7 mm、高度為 8 mm 的環,用? 0.7 mm 漆包線,1 圈,由測試儀 QBG—3 高頻 Q 表,對其進行高頻測試。(4)對以上三種實驗結果進行對比。

                      1.2  調整燒結工藝以 MgZn—300 為例,在材料混合時,往材料中添加一定比例的水,添加比例為 20 %(質量分數),在材料預燒時,再對材料施以壓力,與未添加水和未對材料施以壓力的情況進行對比,觀察預燒溫度和顆粒料密度的變化。

                      1.3  調整制料工藝(1)以 MgZn—300 料為例,在不同球磨時間,正常燒結工藝要求的情況下,觀察產品燒結溫度和材料顆粒料的密度變化情況。(2)以 MgZn—300 為例,在制料時不調整燒結工藝,通過添加不同量的同種材料的加工切削回收生料,觀察鎂鋅鐵氧體材料顆粒料的密度變化,以及不同添加量對產品強度的影響。

                      顯然,在材料配方中,添加適量的 PbO 或 BaO,改善了鎂鋅鐵氧體磁芯的高頻性能。這一方面是因為摻入離子半徑較大的 BaO 或 PbO 后,BaO 或 PbO 與Fe2O3生成六方晶系鐵氧體,其  μi雖略有降低,但高頻特性卻得到了顯著改善。另一方面 BaO 或 PbO 的熔點較低,可有效降低磁材的燒結溫度約 200  ℃,有效抑制了 Fe2+的出現,從而提高了材料的電阻率,降低材料的損耗,改善磁材的高頻特性。但 2003 年《關于在電氣電子設備中限制使用 某些有害物質指 令》(RoHS)的出臺,對于生產鐵氧體磁性材料的廠家來說,無疑又是一次考驗。RoHS 是歐盟立法自 2006 年7 月起禁止使用的物質有鎘、六價鉻、鉛、汞、PBB (多溴聯苯)和 PBDE (多溴二苯醚)六種物質。這樣必須重新尋找一種既環保又能達到與 BaO 或 PbO 同樣效果的材料,經反復試驗發現,添加適量的  Bi2O3完全可取代 PbO,材料既環保又能在較低溫度下發生固相反應。Bi2O3的加入量可根據不同高頻性能的要求,在配方中進行調整,一般 R50 的 Bi2O3添加量為 0.8 % ~1.0 %(質量分數),材料的高頻性能要求越高,在材料配方中  Bi2O3的加入量應適當增加,這樣可實現較低溫度下燒結,保證了材料有較好的高頻特性。鐵氧體在摻雜少量 CoO 的情況下,隨著摻雜量的增加,鐵氧體的晶粒均勻生長,截止頻率增高,損耗降低,介電常數在較寬頻率范圍內穩定,這樣能有效改善 NiZn 鐵氧體材料的高頻性能。在鎂鋅鐵氧體材料配方中添加適量的 CoO,也收到了相同效果。對已預燒好的材料,二次球磨時,添加一定量的 V2O5,其添加量以 0.2 %~0.5 %(質量分數)為宜。它可細化晶粒,降低燒結溫度,也可提高材料強度,改善材料高頻性能[3]。在配方中添加 CaCO3,Ca2+半徑較大,一般不進晶格內部,只在晶格的邊界形成高阻層 。加微量CaCO3能提高材料的電阻率,降低渦流損耗,比實驗發現,通過摻雜,μi為 50 的鎂鋅鐵氧體材料的高頻性能,完全能達到鎳鋅鐵氧體材料的高頻性能。

                       


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