镍锌(Ni-zn) 软磁材料的认识

镍锌(Ni-zn) 软磁材料的认识
铁氧体材料又称氧化物磁性材料，它是由铁和其它金属组成的复合氧化物，其磁性属亚铁磁性，是由被氧离子所隔开的磁性金属离子间产生超交换相互作用，从而使处于不同晶格位置上的磁性金属离子磁矩反向排列，若两者的磁矩不相等，则表现出强磁性。

软磁铁氧体材料是各种铁氧体材料中产量最多，用途最广泛的一种。

这类材料的主要特点是起始磁导率高和矫顽力低，主要的晶格结构为尖晶石结构。

若按化学成分分类，软磁铁氧体材料主要有 MnZn 系、 NiZn 系、 MgZn 系三大类；若按应用特性参数分类，可分为高磁导率、功率铁氧体材料、高频铁氧体材料、高电阻率材料、甚高频软磁铁氧体材料（六角晶系高频铁氧体）、高频大功率铁氧体材料等
Ni－Zn系软磁铁氧体材料应用
Ni－Zn系软磁铁氧体材料是应用广泛的高频软磁材料。

当应用频率在1MHz以下时其性能不如Mn －Zn系铁氧体，而在1MHz以上时，由于它具有高电阻率，其性能大大优于Mn－Zn铁氧体，非常适宜在高频中使用。

用镍锌软磁铁氧体材料做成的铁氧体宽频带器件，使用频率可以做到很宽，其下限频率可做到几千赫兹，上限频率可达几千兆赫兹，大大扩展了软磁材料的频率使用范围，主要功能是在宽频带范围内实现射频信号的能量传输和阻抗变换。

由于它们具有频带宽、体积小、重量轻等特点而被广泛应用在雷达、电视、通讯、仪器仪表、自动控制、电子对抗等领域。

工业化生产镍锌铁氧体其射频宽带Ni－Zn（磁芯）的工作频率可达0.1MHz～1.5GHz，品种规格上千种。

少数厂家在开发低噪声滤波器和铁氧体吸收与抑制元件。

随着信息网络技术的飞速发展，在有线电视系统和闭路电视系统的基础上迅速发展起来的光纤同轴电缆混合（HFC）网络系统，作为综合信息宽带网络，具有显著的优势。

HFC网络系统的改造和建设，需要各种射频宽带铁氧体器件，而射频宽带铁氧体材料（磁芯）系列是制造上述铁氧体器件的关键磁性材料。

HFC的发展，大大刺激了对射频宽带铁氧体材料及器件的需求。

Ni－Zn软磁铁氧体材料除广泛用于HFC宽带网络外，还大量用于抗电磁干扰。

使用镍锌系软磁铁氧体材料制成的滤波器、铁氧体抑制器是其中最有效、简单、经济的办法之一。

因此，在各种电子、电子线路中使用大量各种特性和各种形状的EMI软磁铁氧体磁芯，以满足抗电磁干扰和电磁兼容的要求。

抗电磁干扰产品和电磁兼容产品发展的方向是各类磁芯向高磁导率、高频化、高速、小型化和片式高组装密度化发展。

用Ni-Zn等软磁材料做成的铁氧体桨料和导体桨料交替叠层厚膜印刷和烧结而成、实现小型化表面安装的器件
Ni－Zn系软磁铁氧体材料特性
软磁铁氧体是电子信息和电子工业的基础性功能材料，主要应用在通信、电源、计算机和各种电子产品等领域，其主要包括MnZn、NiZn铁氧体材料两大系列。

而NiZn铁氧体由于Ni2+不易变价，而且一般采用缺铁配方且在空气烧结，这样Fe2+不易产生，因此它与MnZn铁氧体相比，具有电阻率高、功耗率小的特点，是高频范围（1-100MHz）内应用最广，性能最为优异的高效的高频软磁铁氧体材料。

随着越来越多电子产品的小型化和集成化，NiZn 铁氧体材料的应用领域越来越广，这样对NiZn 铁氧体材料的性能要求也越来越高，很多材料都要求低的比损耗因子，即高的Q 值。

NiZn 系铁氧体使用频率 100kHz ～ 100MHz ，最高可使用到 300MHz 。

这类材料磁导率较低，电阻率很高，一般为 105 ～ 107 Ω cm 。

因此，高频涡流损耗小，是 1MHz 以上高频段磁性能最优良材料。

常用 NiZn 系材料的磁导率μ i =5-1500 ，饱和磁感应强度 Bs=250-400mT 。

此外NiZn 铁氧体材料具有低损耗，高磁场，抗热震性，高渗透性，高电阻性，居里温度高，低温度系数的优势。

NiZn 铁氧体材料特性曲线图
各种软磁材料的性能对比
类别
名 称
材料主要成分
导磁率
Bs(mT)
最高工作温度℃
最高使用频率 f(kHz) 特点说明
硅钢片
Si-Fe
～ 1800
2000
～ 300
～ 10
由于电阻率低，涡流损耗大，除非晶态合金合、超微晶材料外，其它的金属磁性材料只能在 30kHz 以下的频率应用。

铁镍合金 Ni-Fe ～ 100000 750 ～ 150 ～ 30 非晶态合金 Fe(Co,Ni) ～ 100000 1500 ～ 150 ～ 500 金属磁性材料
超微晶
Fe ～ 80000 1500 ～ 150 ～ 100
磁
铁粉芯
Fe
3 ～ 100
～ 1400
～ 150
～ 500
导磁率低，主要应用于中低频滤
波电感。

铁硅铝粉芯 Al,Si,Fe 26 ～ 125 ～ 1050 ～ 200 ～ 1000 高磁通粉芯
Ni,Fe
14 ～ 160 ～ 1400 ～ 200 ～ 1000 粉 芯
钼坡莫合金粉芯
Mo,Ni,Mo 14 ～ 550
～ 800 ～ 200 ～ 1000 锰锌铁氧体
Mn,Zn,Fe,O
1000 ～ 18000
510
～ 125
～ 1000
镍锌铁氧体 Ni,Zn,Fe,O 15 ～ 2500 400 ～ 100 ～ 120000 铁氧体材料
镁锌铁氧体
Mg,Zn,Fe,O
～ 10
～ 200000
各种软磁材料的物理性能比较
特性 非晶态和超微晶 硅钢片 坡莫合金 铁粉芯 铁硅铝粉芯 高磁通粉芯 钼坡莫合金粉芯 铁氧体 铁损 低 高 中 高 低 低 低 低 磁导率 高 低 高 低 低 低 低 中 Bs 高 高 中 高 高 高 中 低 温度影响 中 小 小 小 小 小 小 中 加工 难 易 易 难 难 难 难 易
Ni －Zn 系软磁铁氧体材料生产工艺影响强度因素
随着电子产品向轻、薄、短、小方向发展，配合使用的电子元件也越来越小，随之要求电子元件类产品的强度也越来越高，否则电子元件在整机装配及今后的使用过程中易出现断裂现象，严重影响整机产品的使用，工艺过程中存在的影响。

在镍锌软磁铁氧体生产过程中影响产品强度的现象，经分析有以下两种是比较常见的：一种是产品在烧结后出现部分裂纹，这种裂纹一般在烧结出来后能看到表面有裂纹，较易判断；另一种是在烧结前产品已有部分裂痕，由于裂纹细小，在烧结前无法用肉眼判断，但烧结之后表现出来是强度偏低，产品断面有部分或全部结晶粗糙，主要表现是批量生产中个别产品强度差，产品一致性不好。

窑炉设置问题： 裂纹主要与窑炉气氛或烧成曲线有关，一般通过调整窑炉后较易解决。

产生此种暗裂纹主要从粉料的杂质方面和成型、切割的生产过程中查找原因：
（1）粉料杂质：形成暗裂纹的主要杂质有以下几方面：① 加入的胶水有些结块成团后进入粉料中；② 在成型前颗粒调整时，加入硬脂酸锌，由于硬脂酸锌粉中有些粗颗粒，或硬脂酸锌结块成团。

当胶水和硬脂酸锌成团较大时，在产品烧结过程中，胶水或硬脂酸锌低温分解挥发，在分解挥发过程中，局部起到助熔剂的效果，从而导致产品局部形成大结晶以及胶水团和硬脂酸锌大颗粒挥发后形成空洞，导致产品强度降低。

(2) 成型及切割时下料高度太高：由于产品在下料过程中有互相碰撞，如果下料高度太高，相互碰撞的力度过大，则产品部分的粘结强度降低，烧结后也将降低产品的强度。

(3) 加工刀线速度不够，产品切割时，速度不够，则加工刀与产品瞬间作用时动量不够，不能将产品有效切割，使加工刀对产品形成一个较大的挤压作用，导致产品在切割时，内摆与中柱接触点形成微裂纹，产品强度下降。

(4) 切割前的烘料温度和时间控制不好，产品切割前必须经过一道烘干的过程，这道工序在生产过程中，大多数人对它的作用认识不够深刻，往往不会重视。

其实这是一个比较关键的工序，由于成型前的粉料一般都有较高的水份，成型后的生坯含水量较高，若直接切割，则切割后粉尘容易结团，抽风机
抽不出去而聚集在切割机和产品上，导致无法正常生产，因此必须烘烤后去掉一部分水份，才能防止粉尘结团；但烘烤温度过高，烘烤时间过长，产品中的水份和胶水的粘结力减弱，生坯强度变差，切割时将会导致产品的中柱与内摆面接触处产生微裂纹，烧结后产品强度偏低。

Ni－Zn系软磁铁氧体材料的发展
随着电子设备向轻薄短小、集成化、智能化和多功能化方向发展，表面贴装元器件在全球范围迅速增长。

从市场来看，目前世界片式电感器的总需求量在100亿只以上，其中AV领域需求量最大，约占40％；移动通信领域占30％左右；OA设备约占15％。

日本研制生产片式电感器方面居世界之首，其生产产量约占世界总量的65％。

镍锌铁氧体是目前正在高速发展的产业，材料品种越来越多，元件规格越来越复杂。

国内行业水平虽然在近几年来发展迅速，部份材料已接近国外水平，但与国外相比，仍有差距；特别是在片式化产品方面，由于国内SMT设备发展还不成熟，大部分设备仍需进口，也制约了发展，因此差距较大。

我们要抓住现在发展机遇，共同努力提高自身水平，扭转目前进口大于出口的局面。