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镁锌铁氧体磁环和镍锌铁氧体磁环的工艺研究

 

镁锌铁氧体磁环和镍锌铁氧体磁环的工艺研究

        摘要:针对镁锌铁氧体磁环与镍锌铁氧体磁环在高频性能和机械强度方面存在的差异,对材料配方,烧结工艺,制料工艺等方面进行了调整。结果表明:起始磁导率 μi为 50~2 000 时,镁锌铁氧体磁环完全可替代镍锌铁氧体磁环芯,从而大幅降低原材料成本。

     近几年随着军需物资氧化镍价格的不断大幅上涨,许多生产镍锌铁氧体磁环的厂家,为了降低材料成本,纷纷由镍锌铁氧体材料转向了镁锌铁氧体材料的生产,但普通工艺生产的镁锌铁氧体磁环的高频特性及磁芯的机械强度都远不如镍锌铁氧体磁环,所以普通工艺生产的镁锌铁氧体磁环仅用于一些要求较低的民用产品,这使得镁锌铁氧体磁环的市场占有率受到了很大的影响。笔者通过合理地调整材料配方与工艺,有效改善了镁锌铁氧体磁芯的高频性能,提高了镁锌铁氧体磁环的机械强度。

1    实验

 1.1  调整材料配方(1)以 R—50 为例,在配方:30 % MgO + 12 %ZnO + 2 % MnCO3 + 56 % Fe2O3中,不添加 CoO,PbO所测得的材料高频性能与在配方中 添加  w(PbO) 为1.5 %和不同量的  CoO  后,将材料制成外径为 14.2 mm、内径为 6.7 mm、高度为 8 mm 的环,用? 0.7 mm、长度为 100 mm 漆包线,在环内通过一次,由测试仪配方:30 % MgO + 12 % ZnO + 2 % MnCO3 + 56 %Fe2O3为例,在保持其它杂质添加不改变的前提下,配方中添加适量的 CaCO3或滑石粉后,将材料制成外径为 14.2 mm、内径为 6.7 mm、高度为 8 mm 的环,用? 0.7 mm 漆包线,1 圈,由测试仪 QBG—3 高频 Q表,对其进行高频测试。(3)将本公司  NiZn  铁氧体材料 R50 牌号的两种材料,制成外径为 14.2 mm、内径为 6.7 mm、高度为 8 mm 的环,用? 0.7 mm 漆包线,1 圈,由测试仪 QBG—3 高频 Q 表,对其进行高频测试。(4)对以上三种实验结果进行对比。

1.2  调整烧结工艺以 MgZn—300 为例,在材料混合时,往材料中添加一定比例的水,添加比例为 20 %(质量分数),在材料预烧时,再对材料施以压力,与未添加水和未对材料施以压力的情况进行对比,观察预烧温度和颗粒料密度的变化。

1.3  调整制料工艺(1)以 MgZn—300 料为例,在不同球磨时间,正常烧结工艺要求的情况下,观察产品烧结温度和材料颗粒料的密度变化情况。(2)以 MgZn—300 为例,在制料时不调整烧结工艺,通过添加不同量的同种材料的加工切削回收生料,观察镁锌铁氧体材料颗粒料的密度变化,以及不同添加量对产品强度的影响。

显然,在材料配方中,添加适量的 PbO 或 BaO,改善了镁锌铁氧体磁芯的高频性能。这一方面是因为掺入离子半径较大的 BaO 或 PbO 后,BaO 或 PbO 与Fe2O3生成六方晶系铁氧体,其  μi虽略有降低,但高频特性却得到了显著改善。另一方面 BaO 或 PbO 的熔点较低,可有效降低磁材的烧结温度约 200  ℃,有效抑制了 Fe2+的出现,从而提高了材料的电阻率,降低材料的损耗,改善磁材的高频特性。但 2003 年《关于在电气电子设备中限制使用 某些有害物质指 令》(RoHS)的出台,对于生产铁氧体磁性材料的厂家来说,无疑又是一次考验。RoHS 是欧盟立法自 2006 年7 月起禁止使用的物质有镉、六价铬、铅、汞、PBB (多溴联苯)和 PBDE (多溴二苯醚)六种物质。这样必须重新寻找一种既环保又能达到与 BaO 或 PbO 同样效果的材料,经反复试验发现,添加适量的  Bi2O3完全可取代 PbO,材料既环保又能在较低温度下发生固相反应。Bi2O3的加入量可根据不同高频性能的要求,在配方中进行调整,一般 R50 的 Bi2O3添加量为 0.8 % ~1.0 %(质量分数),材料的高频性能要求越高,在材料配方中  Bi2O3的加入量应适当增加,这样可实现较低温度下烧结,保证了材料有较好的高频特性。铁氧体在掺杂少量 CoO 的情况下,随着掺杂量的增加,铁氧体的晶粒均匀生长,截止频率增高,损耗降低,介电常数在较宽频率范围内稳定,这样能有效改善 NiZn 铁氧体材料的高频性能。在镁锌铁氧体材料配方中添加适量的 CoO,也收到了相同效果。对已预烧好的材料,二次球磨时,添加一定量的 V2O5,其添加量以 0.2 %~0.5 %(质量分数)为宜。它可细化晶粒,降低烧结温度,也可提高材料强度,改善材料高频性能[3]。在配方中添加 CaCO3,Ca2+半径较大,一般不进晶格内部,只在晶格的边界形成高阻层 。加微量CaCO3能提高材料的电阻率,降低涡流损耗,比实验发现,通过掺杂,μi为 50 的镁锌铁氧体材料的高频性能,完全能达到镍锌铁氧体材料的高频性能。

 


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