MnZn功率铁氧体发展趋势探讨(201107)

MnZn功率铁氧体发展趋势探讨
海宁市联丰磁业有限公司严剑峰李永劬郭凤鸣
摘要介绍了MnZn功率铁氧体材料及其制备工艺的近况和发展趋势。

1 前言
软磁铁氧体材料的发明与实用化，至今已有70多年。

由于它具有高磁导率、高电阻率、低损耗、易于加工成各种形状以及主要原材料成本相对价格较低等优点，因而可以用它制作成各种电子变压器、开关电源、逆变器、滤波器、扼流圈、电感器、电子镇流器等，广泛应用于家用电器、计算机、手机、通信、办公自动化、显示器、远程监控、电磁兼容、绿色照明、环保节能等领域。

软磁铁氧体的应用领域还在不断扩展，目前在汽车电子、新能源领域又获得了大量应用。

软磁铁氧体是现代信息产业中最重要的基础功能材料之一，与国家经济和人民的日常生活息息相关。

最近几十年来软磁铁氧体始终保持着快速发展的势头，其中MnZn铁氧体约占软磁铁氧体总产量的70%左右, 而MnZn功率铁氧体占MnZn铁氧体总产量的70%左右,所以国内外各个铁氧体公司非常重视对MnZn功率铁氧体材料的研究，投入了大量人力、物力、财力在这个领域中。

目前国内MnZn功率铁氧体的发展已从热衷于新材料开发延伸到重视生产工艺研究和生产设备开发。

2MnZn功率铁氧体材料发展趋势探讨
2.1 低损耗材料的发展趋势
降低损耗，这一技术趋势一直是功率铁氧体材料几十年来的主要发展特征。

综合半导体和电子线路技术的发展状态，几十年来开关电源的工作频率普遍在20～300kHz左右。

针对这一需求，日本TDK公司陆续推出了具有代表性的PC30、PC40、PC44、PC47等低损耗材料，这些材料的典型特征是不断降低功率损耗（f=100kHz,B=200mT）。

我司也相继推出了NH2A、NH2B、NH2C低损耗材料，更低损耗的NH2G材料（相当于TDK的PC47）在试验室中已开发成功，目前正在生产中试。

表1为国际先进铁氧体公司低损耗材料牌号与我司的对照。

海宁市联丰磁业有限公司（简称“联丰磁业”）低损耗材料NH2C、NH2G的主要技术性能见表2
2.2 宽温低损耗材料的发展趋势
自从TDK在2003年率先推出了宽温低损耗材料—PC95，揭开了宽温应用领域节能时代的序幕，国内外都掀起了研究宽温低损耗材料的热潮。

我司在2009年研制了NH9（相当于PC95）宽温低损耗材料，并于2010年通过浙江省省级新产品的鉴定。

表3为国际先进铁氧体公司宽温低损耗材料牌号与我司的对照。

表4为我司NH9材料的主要技术性能与TDK公司PC95材料对照。

表3 宽温低损耗铁氧体材料牌号对照
表4 NH9材料与PC95材料主要技术性能对照
2.3高饱和磁通密度材料的发展趋势
TDK公司相继推出了PC33、PC90高饱和磁通密度材料，FDK公司相继推出了4H45、4H47高饱和磁通密度材料；PC90材料不仅在高温100℃时饱和磁通密度高达450mT,而且功率损耗很低，只比PC44材料略高一点；4H47材料在高温100℃时饱和磁通密度高达470mT。

我司于最近两年相继开发了NH45、NH90高饱和磁通密度材料，它们的主要性能见表5
表5 NH45、NH90材料主要技术性能
目前高温（100℃）饱和磁通密度为470mT甚至500mT以上的铁氧体材料都有报道，但是损耗太高，预计这类材料今后开发的热点是在保证高温（100℃）饱和磁通密度为470mT甚至500mT的情况下进一步降低损耗。

2.4 向宽温低损耗并兼顾高饱和磁通密度发展的趋势
随着电子变压器小型化的发展，整机及变压器设计者不断对磁性材料提出更高的要求，MnZn功率铁氧体材料一种新的发展需求是宽温低损耗并具有高饱和磁通密度，我司计划开发这类铁氧体材料（牌号为NH9A），该材料计划开发的主要技术性能见表6。

表6 NH9A 材料主要技术性能
2.5高频低损耗材料的发展趋势
前面讨论的低损耗功率铁氧体材料，主要适用于300kHz 以下的开关功率设备中，基本满足了目前市场上的大部分电子产品的需求。

但随着半导体器件的发展，适用于500kHz ，甚至高达3MHz 频率的器件也有所供应，并且其市场需求呈现快速增长的趋势，所以相应的就需求适用于更高频率的功率铁氧体材料。

为了满足这种需求，TDK 公司开发了PC50材料，FDK 公司开发了7H10、7H20材料，FERROXCUBE 开发了3F35、3F4材料，这些材料的牌号对照参见表7。

笔者对高频低损耗材料的发展趋势探讨：开发高频（500kHz~1MHz ）损耗更低的材料是发展趋势之一,例如FDK 公司的7H20比7H10材料的损耗更低; 开发更高频率应用的材料也是发展趋势之一，例如FERROXCUBE 公司开发了可应用于3MHz 的3F4材料;宽温节能在高频（500kHz ～1MHz ）情况下也同样有需要，因此开发宽温高频低损耗材料也将是发展趋势之一。

我司计划开发宽温高频低损耗材料，材料牌号为LW5。

我司高频低损耗材料主要技术性能见表
8.
3MnZn功率铁氧体制备工艺的近况和发展趋势
国内对软磁铁氧体的工艺研究越来越重视，研究的重点有以下几个方面。

3.1粉料制备技术
3.1.1粉料自动化制备技术发展迅速
3.1.2干法、湿法工艺的对比研究
这里的干法、湿法都是氧化物法，区别在于原料混和时是采用干法混和还是湿法混和，是业内的一个通俗叫法。

干法、湿法二者相比各有特色，哪种方法绝对占优势在业内尚未达成共识，一般认为湿法的均匀性较好，干法较省能，出料率较高，成本较低。

最近我们对两种工艺的成份均匀性进行了研究。

采用日本理学公司的X射线荧光分析仪分析粉料的主成份。

3.1.2.1干法工艺中成份均匀性研究
对同一批次用振动磨机干法混合的“红振料”进行抽样分析主成份，分析结果见表9。

从表9可见同一批次红振料之间成份波动较大，均匀性较差。

3.1.2.2湿法工艺中成份均匀性研究
经湿法混合并用喷雾干燥法脱水获得“红喷料”，其同一批次抽样分析主成份的均匀性情况见表10，对不同批次红喷料的主成份抽样分析情况见表11。

从表10可见湿法工艺中相同批次之间成份均匀性很好; 从表11可见不同批次之间成份出现较大波动，可能与称量误差、原料化浆时的沾壁和原料含水量不一致有关。

表11 不同批次红喷料主成份抽样分析结果
3.1.3用于生产工艺控制的分析仪器更加先进
诸如激光衍射粒度分析仪、X射线荧光分析仪、氮吸附法比表面积分析仪等高档仪器已成为粉料日常生产工艺控制的重要工具。

3.2 成型技术
3.2.1 粉末干压技术
粉末干压技术日益娴熟，但是象类似EFD 形状的超薄而长的磁心的生产仍然是难点，只有少数企业掌握了该类磁心的成型技术。

联丰磁业公司通过向同行学习并结合自我钻研，通过采用多阶成型设备和模具，于2010年开始批量生产超薄而长的EFD磁心，变形很小，主要用于LED背光源电视。

3.2.2 旋转压机的大量应用
旋转压机在MnZn功率铁氧体磁心毛坯的成型上获得大量应用，以往旋转压机大量使用在NiZn铁氧体上，或是简单形状的MnZn铁氧体磁心例如环形、E形等。

目前比较复杂形状，如EC形、RM形、PQ形和EOP形等，也可使用旋转压机成型，并采用自动排坯技术大大提高了成型效率。

我司最近两年也加大了对旋转压机成型技术的摸索，陆续开发成功了多个复杂形状的品种，例如PQ26、RM10、EC28、EPC13、EFD12、EOP9.5等，大大提高了成型产能和劳动效率。

3.3 烧结技术
国内中电科技第48所和海辰炉业公司生产的全自动控制钟罩炉技术日益成熟，已不逊色国外设备，且有价格较低、维修方便等优点。

全自动控制试验钟罩炉不但在科研院所也在大中型磁性材料企业日益普及，有些企业已有多台全自动控制试验钟罩炉。

得益于试验烧结设备技术的提高，磁性行业对烧结技术的研究更加深入，更加成熟。

MnZn铁氧体大生产用钟罩炉目前以八垛钟罩炉为主。

由于国内生产八垛钟罩炉的技术水平不断提高和价格下降以及最近的限电，带来八垛钟罩炉需求的快速增长。

十二垛、十六垛钟罩炉也有生产，并且由于比八垛炉产量成倍增长和单位产量能耗更低，我们预测十二垛、十六垛钟罩炉的生产和在MnZn铁氧体烧结上的使用将快速增长，可能成为以后钟罩炉发展的主流。

国内的钟罩炉目前有气氛自动控制和气氛手动两种，气氛手动钟罩炉由于价格相对较低，将进一步占领烧结窑炉的一席之地。

由于推板窑的产量大，相对能耗低，仍然是烧结设备的主流。

特别是双推板窑由于节能、低的窑炉价格与产能比、高的产能与占地比，因此最近新上的推板窑基本上是双推板窑。

各厂家对推板窑的烧结技术都很重视，而且注重研究毛坯的装载方式，许多公司采用了垫磁片或锆板的方式提高底层产品的性能，氧化铝粉部分被氧化锆粉替代，烧结工艺更加完善。

3.4磨加工技术
磨面、磨底、再磨面、开气隙可以在一套组合式磨床上一气完成，节省了磨一面后再排列的人工，特别是对小产品和难排列的磁心大大提高了工效。

3.5分检技术
目前我国的国情是已从劳动力过剩向劳动力不足转化，但是对磁心外观的分选需要占用大量的人力，并且仍有少量外观缺陷没有排除，迫切需要自动化分检技术
来解决这一日益突出的问题，目前据说已有公司在研究这一技术。

参考文献：
[1] 《与世界最新电子部品同步发展的JSF软磁铁氧体》
[2] TDK公司网站
[3] FDK公司网站
[4] FERROXCUBE公司网站。