Co2O3添加量对高频低功耗MnZn功率铁氧体性能的影响

章 林，刘培元，傅 膑，赵 辉，张 凯，周晓军

(乳源东阳光磁性材料有限公司，广东 韶关 511100 )

Co2O3添加量对高频低功耗MnZn功率铁氧体性能的影响

章 林，刘培元，傅 膑，赵 辉，张 凯，周晓军

(乳源东阳光磁性材料有限公司，广东 韶关 511100 )

采用氧化物陶瓷工艺制备高频低功耗MnZn功率铁氧体，研究不同Co2O3添加量对高频低功耗MnZn功率铁氧体微观结构及磁性能的影响。结果表明：适当的Co2O3添加可以提高样品的起始磁导率，并在宽温范围内具有低功耗特性；同时，适当的Co2O3添加降低了材料的剩磁，可改善材料的叠加特性。

MnZn铁氧体；微观结构；磁导率；功耗

随着人们对电子设备的要求越来越高，电子器件将沿着小型化、高频化、集成化等方向不断发展。随着高频开关电源的广泛应用，迫切需要开发工作于高频的功率铁氧体材料，要求磁芯在高频下具有低损耗和高直流叠加特性，以满足器件在高频率和高磁通密度下处理大信号或进行功率传输的能力[1-2]。

1 试验过程

1.1 样品制备

1.2 样品表征

用IWATSU SY-8232 B-H分析仪测量样品的起始磁导率、500 kHz 50 mT条件的损耗，用JSM-6510扫描电子显微镜观察样品的断面形貌，并用SmileView软件计算其平均晶粒尺寸，用Agilent E4284A1+Agilent E4980A测试样品的直流叠加特性。

2 试验结果与讨论

2.1 Co2O3添加对材料微观结构的影响

不同Co2O3添加量对高频低功耗铁氧体材料微观结构的影响，如图1所示。

2.2 Co2O3添加对材料起始磁导率及其温度特性的影响

不同Co2O3添加量对高频低功耗MnZn功率铁氧体起始磁导率温度特性的影响，如图2所示。

图1 不同Co2O3添加量对高频低功耗铁氧体样品微观结构的影响

图2 不同Co2O3添加量对高频低功耗铁氧体 材料起始磁导率及其温度特性的影响

从图2中可以看出，Co2O3添加剂对材料磁导率及其温度特性具有重要影响。在室温条件下，材料的起始磁导率μi随着Co2O3添加量的增大而单调增加，而μi-T温度曲线的II峰位置逐渐向低温方向移动。众所周知，软磁铁氧体材料的磁导率主要由磁化动力(μ0Ms2)和磁化阻力(aK1+bλs)决定，与材料的畴壁位移和磁畴转动机制有关。在本实验选定的Co2O3掺杂范围内，添加剂对饱和磁感应强度Bs(即磁化动力μ0Ms2)无明显影响，如表1所示。因此，磁导率的变化主要由磁化阻力确定。MnZn铁氧体的磁晶各向异性常数K1为负值，而Co2+离子对K1值的贡献为正，因此，可对MnZn铁氧体的负磁晶各向异性常数进行补偿，使铁氧体在Ⅱ峰处K1=0，有效地降低材料的磁化阻力，进而提高材料的起始磁导率。随着Co2O3添加量的增加，Co2+离子对MnZn功率铁氧体材料的K1值补偿能力增强，使得K1在较低的温度下便可达到零值，因此，MnZn铁氧体的μi-T曲线Ⅱ峰位置移向低温。

表1 Co2O3添加量对高频低功耗MnZn功率铁氧体常 温饱和磁感应强度及剩磁的影响

2.3 Co2O3添加对高频低功耗铁氧体损耗的影响

不同Co2O3添加量对高频低功耗MnZn功率铁氧体损耗温度特性的影响，如图3所示。

图3 不同Co2O3添加量对高频低功耗MnZn功 率铁氧体损耗温度特性的影响

MnZn铁氧体材料的功耗由磁滞损耗、涡流损耗及剩余损耗三部分构成，当工作频率为500 kHz时，材料损耗只有磁滞损耗和涡流损耗，且两部分的贡献相当[5]。由图1可知，材料的微观结构无显著变化，其晶粒、晶界特性相当，故其对高频涡流损耗的作用变化不大，材料的损耗主要由磁滞损耗确定。随着Co2O3添加量的增加，在宽的温度范围内，Co2+离子正的磁晶各向异性常数对MnZn功率铁氧体负的磁晶各向异性常数进行补偿，减小了磁晶各向异性常数K1，降低了磁化阻力，从而降低了磁滞损耗，使得MnZn功率铁氧体在宽温范围内具有较低的功率损耗。

2.4 Co2O3添加对高频低功耗铁氧体叠加特性的影响

图4 不同Co2O3添加量对高频低功耗MnZn功率 铁氧体磁导率叠加特性的影响

3 结束语

[1]Yu Zhong, Sun Ke, Li Lezhong, et al. Influences of Bi2O3on microstructure and magnetic properties of MnZn ferrite[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2008, 320(6):919-923.

[2]孙科, 兰中文, 余忠. MnZn功率铁氧体的研究进展[J]. 磁性材料及器件, 2005, 36(12):17-20.

[3] Fujita A, Gotoh S. Temperature dependence of core loss in Co-substituted MnZn ferrites[J]. J. Appl. Phys., 2003, 93(10):7477-7479.

[4] Van Der Zaag P J. New views on the dissipation in soft magnetic ferrites[J]. J. Magn. Magn. Mater., 1999, 196-197: 315-319.

[5] Sun K, Lan Z W, Yu Z, et al. Temperature dependence of core losses at high frequency for MnZn ferrites[J]. Physica B, 2010, 405(3): 1018-1021.

Influence of Co2O3Content on the Properties of Low Loss MnZn Power Ferrites at High Frequency

ZHANG Lin, LIU Peiyuan, FU Bin, ZHAO Hui, ZHANG Kai, ZHOU Xiaojun

(Ruyuan Dongyangguang Magnetic Material Co,Ltd, Shaoguan 511100, China)

Low loss MnZn power ferrites at high frequency were prepared by conventional oxide ceramic process. Influences of Co2O3additive on the microstructure and magnetic properties of MnZn ferrites were investigated. The results indicated that proper Co2O3addition could enhance the initial permeability and decrease the power losses in wide temperature range. Owing to its influence on the remanence, proper Co2O3additive can enhance the DC-bias performance of the MnZn ferrites.

MnZn ferrites; microstructure; permeability; power loss

2014-05-15；修改日期：2014-05-21

章 林(1983-)，女，大学本科，学士，主要从事软磁铁氧体磁芯生产过程的品质管理以及公司各管理体系的运行维护工作。

TM277

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.04.017