軟磁鐵氧體現(xiàn)狀與發(fā)展

1、軟磁鐵氧體現(xiàn)狀與發(fā)展摘 要：本文討論分析了軟磁鐵氧體國內(nèi)外研究、生產(chǎn)、專用工藝設(shè)備、市場(chǎng)現(xiàn)狀。詳細(xì)論討了高 磁導(dǎo)率鐵氧體、功率鐵氧體、迭層片式電感器用的鐵氧體粉料等鐵氧體的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向。1. 前言軟磁鐵氧體應(yīng)用廣，用量大的一種磁性材料。1997年世界產(chǎn)量 22 萬噸，其中我國產(chǎn)量 5萬噸，預(yù)計(jì) 2000年世界產(chǎn)量將達(dá)到 30萬噸， 2005年達(dá)到 45萬噸，預(yù)計(jì)今年我國將達(dá)到 6 萬噸， 2005 年將超過 15萬噸，約占全世界軟磁鐵氧體總量的1/3 ，占世界第一位。但我國尚存在工藝技術(shù)比較低，一些專用工藝設(shè)備較落后，造成產(chǎn)品檔次不夠高等問題，有待進(jìn) 一步解決。在軟磁鐵氧體的產(chǎn)量中，高磁導(dǎo)率鐵

2、氧體約占20，功率鐵氧體約占 25，寬帶射頻鐵氧體，電子鎮(zhèn)流器約占15%，其余的如抗電磁干擾（EMI），偏轉(zhuǎn)磁芯等約占 40%。2技術(shù)發(fā)展方向軟磁鐵氧體制備工藝從 80 年代以來，我國引進(jìn)國外先進(jìn)工藝設(shè)備和工藝技術(shù)，使生產(chǎn)規(guī)模和效率有顯著提高， 一些產(chǎn)品性能在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到國際水平。但生產(chǎn)的自動(dòng)化程度還跟不上發(fā)達(dá)國家著名 鐵氧體公司，他們生產(chǎn)線用“電腦集成制造” （CIM）和“電腦/人聯(lián)合集成” （CHIM）,95 99 %。用電腦控制自動(dòng)完成制粉、成型、燒結(jié)、磨削及包裝等工序，使產(chǎn)品合格率達(dá)高磁導(dǎo)率鐵氧體由于高磁導(dǎo)率鐵氧體在數(shù)字通訊，光纖通訊及電磁兼容等領(lǐng)域中大量應(yīng)用，促使其制備工藝逐漸完

3、善，不斷提高性能，國外研制水平卩i為2000023000,國內(nèi)外有關(guān)生產(chǎn)水平列于表1。值得提及的表1中列出的卩i值國內(nèi)廠家屬于小批量生產(chǎn)性能，大批量生產(chǎn)的卩i值為 70008000,研制水平為 1200013000。海寧天通電子有限公司陸明岳開發(fā)的產(chǎn)品, 1999年6月通過省級(jí)新產(chǎn)品鑒定卩i為13000。北京大學(xué)與深圳組建的深圳中核集團(tuán)公司， 去年10月投產(chǎn)，年生產(chǎn)能力 30噸，產(chǎn)品卩i穩(wěn)定在10000以上，最高能達(dá)到 18000。目前除要求高磁導(dǎo)率鐵氧體繼續(xù)提高磁導(dǎo)率外，要求居里溫度Tc高，損耗因數(shù)tg S /卩i溫度系數(shù)ay i要低，并要求隨使用頻率增加磁導(dǎo)率衰減慢，使卩i - f曲線在較

4、寬頻帶內(nèi)保持平直,具有高的截止頻率。預(yù)計(jì)到 2002 年,國外商品化產(chǎn)品磁導(dǎo)率將提高到 25000左 右。近年來EMI磁芯發(fā)展很快，TDK和美國steward等公司，已有10多種牌號(hào)，品種規(guī)格很全， 國內(nèi)尚處在小批量生產(chǎn)階段,是根據(jù)用戶要求生產(chǎn)產(chǎn)品。功率鐵氧體近幾年來, 功率鐵氧體銷售額平均年增長率約10,是 80 年代后期到 90 年代初研究重點(diǎn),其產(chǎn)品主要應(yīng)用于高頻開關(guān)電源的主變壓器磁芯，具有代表性的產(chǎn)品是以日本TDK公司的PC30 PC40 PC50,國內(nèi)企業(yè)也向這些牌號(hào)性能指標(biāo)努力，現(xiàn)在國內(nèi)能大批量生產(chǎn)的是PC30,只有個(gè)別企業(yè)能生產(chǎn) PC4O天通公司大批量生產(chǎn) TP4產(chǎn)品性能與TDK

5、公司的PC40相同，卩 i=2300 25%，在室溫（25C）時(shí)，Bs=510mT Br=100mT, Hc=14A/m,在 100kHz, 100C下，Pc=410mw/cm3 p = Q .m, Tc 215 C, d cm3= PC50 國內(nèi)在 1994 年研制成功，但至今未投經(jīng)過一段時(shí)間實(shí)踐，開關(guān)電源主流產(chǎn)品的工作頻率是100300kHz，為了適應(yīng)需要，TDK公產(chǎn)。司首先推出 PC44 FDK PHILPS、TOK等公司分別推出 6H40 3C94、BHI等牌號(hào)產(chǎn)品，使功率損耗比PC40材料降低1/41/3。國內(nèi)天通電子公司等企業(yè)也在加緊開發(fā)相應(yīng)性能的產(chǎn)品；另外有的開關(guān)電源工作頻率發(fā)展

6、到1MHz并與其相應(yīng)的功率鐵氧體材料也已商品化，在80100Cp）的影響。從表2中可以看出添加物對(duì)降低鐵氧體渦流損耗和提高電阻率有 一定的好處，因此，在配料時(shí)常常摻入適量添加物來提高鐵氧體性能。今后功率鐵氧體研究開發(fā)產(chǎn)品重點(diǎn)仍然向小型化、高頻化、低損耗化方向發(fā)展。一方面是工作頻率100300kHz鐵氧體，在100kHz, 200mT, 100 C時(shí)鐵氧體損耗 Pc降到150Kw/m3左右，另一方面是工作頻率13MHz超高頻開關(guān)電源，要求低損耗的MnZn鐵氧體或NiZn鐵氧體。為使軟磁鐵氧體生產(chǎn)專業(yè)化，像永磁鐵氧體一樣有專門生產(chǎn)預(yù)燒料企業(yè)提供。過去幾年上 海寶鋼和天通電子公司聯(lián)合生產(chǎn)功率鐵氧體預(yù)

7、燒粉料，他們充分利用寶鋼酸洗鋼液提純， 然后將各成分氯化物溶液經(jīng)Ruthner噴霧焙燒爐而獲得 MnZn鐵氧體粉料，這種方法制備粉料的優(yōu)點(diǎn)是顆粒均勻，活性好，不需要預(yù)燒。目前處在推廣使用階段。迭層片式電感器用鐵氧體粉料隨著電子設(shè)備小型化， 迭層片式電感器用量日益增多， 全球需求量 200億只， 我國 15億只。這項(xiàng)技術(shù)首先是 TDK太陽誘電、村田等公司開發(fā)。隨后美國AEM公司創(chuàng)造了疊層技術(shù)。1992 年國內(nèi) 898 廠等單位引進(jìn)生產(chǎn)繞線式片式電感器設(shè)備，具有 4億只年生產(chǎn)能力， 1994 年深圳南虹電子陶瓷公司從美國 AEM公司引進(jìn)生產(chǎn)線。生產(chǎn)全系列迭層片式電感器、片式磁珠、片式 LC 組合件

8、等，年生產(chǎn)能力為 8 億只。在迭層片式電感器生產(chǎn)中，鐵氧體粉料是關(guān)鍵，它要求粉料燒結(jié)溫度低于900 C。一般在870 C燒結(jié)后，鐵氧體應(yīng)具有良好磁化、高電阻率、高品質(zhì)因數(shù)、低溫度系數(shù)、對(duì)應(yīng)力不敏感、有一定的機(jī)械強(qiáng)度等。并與Ag漿共燒時(shí)不與 Ag漿起化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)這些要求，在Ni系和 Li 系鐵氧體中， 在配方和工藝上采取有效的措施有可能達(dá)到要的功率鐵氧體材料也已 商品化，在80100Cp）的影響。從表2中可以看出添加物對(duì)降低鐵氧體渦流損耗和提高 電阻率有一定的好處，因此，在配料時(shí)常常摻入適量添加物來提高鐵氧體性能。今后功率鐵氧體研究開發(fā)產(chǎn)品重點(diǎn)仍然向小型化、高頻化、低損耗化方向發(fā)展。一方面是工

9、作頻率100300kHz鐵氧體，在100kHz, 200mT, 100 C時(shí)鐵氧體損耗 Pc降到150Kw/m3左右，另一方面是工作頻率13MHz超高頻開關(guān)電源，要求低損耗的MnZn鐵氧體或NiZn鐵氧體。為使軟磁鐵氧體生產(chǎn)專業(yè)化，像永磁鐵氧體一樣有專門生產(chǎn)預(yù)燒料企業(yè)提供。過去幾年上 海寶鋼和天通電子公司聯(lián)合生產(chǎn)功率鐵氧體預(yù)燒粉料，他們充分利用寶鋼酸洗鋼液提純， 然后將各成分氯化物溶液經(jīng)Ruthner噴霧焙燒爐而獲得 MnZn鐵氧體粉料，這種方法制備粉料的優(yōu)點(diǎn)是顆粒均勻，活性好，不需要預(yù)燒。目前處在推廣使用階段。迭層片式電感器用鐵氧體粉料隨著電子設(shè)備小型化， 迭層片式電感器用量日益增多， 全球

10、需求量 200億只， 我國 15億只。這項(xiàng)技術(shù)首先是 TDK太陽誘電、村田等公司開發(fā)。隨后美國AEM公司創(chuàng)造了疊層技術(shù)。1992 年國內(nèi) 898 廠等單位引進(jìn)生產(chǎn)繞線式片式電感器設(shè)備，具有 4億只年生產(chǎn)能力， 1994 年深 片式 LC 組合件等，年生產(chǎn)能力為 8 億只。在迭層片式電感器生產(chǎn)中，鐵氧體粉料是關(guān)鍵，它要求粉料燒結(jié)溫度低于900 C。一般在870 C燒結(jié)后，鐵氧體應(yīng)具有良好磁化、高電阻率、高品質(zhì)因數(shù)、低溫度系數(shù)、對(duì)應(yīng)力不敏感、有一定的機(jī)械強(qiáng)度等。并與Ag漿共燒時(shí)不與 Ag漿起化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)這些要求，在Ni系和 Li 系鐵氧體中， 在配方和工藝上采取有效的措施有可能達(dá)到要的功率鐵氧體

11、材料也已 商品化，在80100Cp）的影響。從表2中可以看出添加物對(duì)降低鐵氧體渦流損耗和提高 電阻率有一定的好處，因此，在配料時(shí)常常摻入適量添加物來提高鐵氧體性能。今后功率鐵氧體研究開發(fā)產(chǎn)品重點(diǎn)仍然向小型化、高頻化、低損耗化方向發(fā)展。一方面是工作頻率100300kHz鐵氧體，在100kHz, 200mT, 100 C時(shí)鐵氧體損耗 Pc降到150Kw/m3左右，另一方面是工作頻率13MHz超高頻開關(guān)電源，要求低損耗的MnZn鐵氧體或NiZn鐵氧體。為使軟磁鐵氧體生產(chǎn)專業(yè)化，像永磁鐵氧體一樣有專門生產(chǎn)預(yù)燒料企業(yè)提供。過去幾年上 海寶鋼和天通電子公司聯(lián)合生產(chǎn)功率鐵氧體預(yù)燒粉料，他們充分利用寶鋼酸洗鋼

12、液提純， 然后將各成分氯化物溶液經(jīng)Ruthner噴霧焙燒爐而獲得 MnZn鐵氧體粉料，這種方法制備粉料的優(yōu)點(diǎn)是顆粒均勻，活性好，不需要預(yù)燒。目前處在推廣使用階段。迭層片式電感器用鐵氧體粉料隨著電子設(shè)備小型化， 迭層片式電感器用量日益增多， 全球需求量 200億只， 我國 15億只。這項(xiàng)技術(shù)首先是 TDK太陽誘電、村田等公司開發(fā)。隨后美國AEM公司創(chuàng)造了疊層技術(shù)。1992 年國內(nèi) 898 廠等單位引進(jìn)生產(chǎn)繞線式片式電感器設(shè)備，具有 4億只年生產(chǎn)能力， 1994 年深 圳南虹電子陶瓷公司從美國 AEM公司引進(jìn)生產(chǎn)線。生產(chǎn)全系列迭層片式電感器、片式磁珠、片式 LC 組合件等，年生產(chǎn)能力為 8 億只。

13、在迭層片式電感器生產(chǎn)中，鐵氧體粉料是關(guān)鍵，它要求粉料燒結(jié)溫度低于900 C。一般在870 C燒結(jié)后，鐵氧體應(yīng)具有良好磁化、高電阻率、高品質(zhì)因數(shù)、低溫度系數(shù)、對(duì)應(yīng)力不敏感、有一定的機(jī)械強(qiáng)度等。并與Ag漿共燒時(shí)不與 Ag漿起化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)這些要求，在Ni系和 Li 系鐵氧體中，在配方和工藝上采取有效的措施有可能達(dá)到要求。在Ni系鐵氧體中，為了降低燒結(jié)溫度，人們常用低熔點(diǎn)CuCO諏代部分NiO,再摻入適量Li2O, V2O5等助熔劑，使形成 NiCuZn鐵氧體，有人做過的組分和性能列于表 3。為了降低NiCuZn鐵氧體共燒溫度，許正源等人摻入了 Bi2O3,提高了密度和電感 L,但Q值下降，這 由于

14、摻入Bi2O3共燒時(shí)出現(xiàn)液相，增加了Ag的遷移所至。筆者認(rèn)為摻入Bi2O3(2%wt)量可能多些，如果減小到 w,有可能Ag遷移率減小，并對(duì)鐵氧體性能有好處。在NiCuZn鐵氧體制備過程中，在工藝上也很重要，有人做過試驗(yàn)，在不摻入任何助熔劑的配方中，配 料時(shí)扣除%wt的Fe2O3用直徑1/4英寸鋼球，料：水為1 : 1球磨72h,獲得粉料平均粒徑 為卩m,在900CC保溫2h,在1MHz頻率下測(cè)得卩i=220 , Tc=220C,ay =3X 10-4K1 (2080C) , D=cm3 p =x 108Qp =x 106Q .m, D=cm3,當(dāng)摻入 %wt的 Bi2O3,在 860C 保溫

15、2h,卩i為450。FDK公司在Li鐵氧體中摻入低熔點(diǎn)鋰玻璃也獲得較好的性能。在LiCuZn、 LiZnTi 、 LiZnMgTi 鐵氧體基礎(chǔ)上進(jìn)一步做工作，有可能滿足迭層片式電感器粉料 要求。3 工藝設(shè)備新工藝、 新技術(shù)、 新材料的發(fā)展依賴于專用工藝設(shè)備和儀器的進(jìn)步。 80年代我國 20多家企業(yè)引進(jìn)了軟磁鐵氧體生產(chǎn)設(shè)備，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為專用設(shè)備國產(chǎn)化提供了樣板。目前國產(chǎn) N2氣氛保護(hù)隧道窯、鐘罩爐、高純度的N2生產(chǎn)設(shè)備等均具有生產(chǎn)能力，為我國發(fā)展高性能軟磁鐵氧體打下很好的基礎(chǔ)。眾所周知，高卩i的MnZn鐵氧體燒結(jié)工藝要求有特定的 N2氣氛和溫度曲線，嚴(yán)格控制燒結(jié)和冷卻過程中

16、氧分壓，使Fe和Mn得到合適的氧化棗還原狀態(tài)，使產(chǎn)品的晶粒大而均勻、氣孔少、內(nèi)應(yīng)力小，有利于形成疇壁和疇壁位移。國外一般卩i低于10000的MnZn鐵氧體產(chǎn)品在N2隧道窯中燒結(jié)，卩i大于10000 的產(chǎn)品在N2氣氛保護(hù)鐘罩爐中燒結(jié)。筆者在FDK公司考察時(shí)，看到該公司就用鐘罩爐燒結(jié)， 這種形式燒結(jié)爐電子 43 所已設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來。電子48所也已設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來 28m長全自動(dòng)N2氣氛保護(hù)推板窯，N2耗量v 30m3/h,溫差w 5C,年產(chǎn)量 248噸左右。燒結(jié)中、高檔 MnZn鐵氧體產(chǎn)品都需要高純度 N2保護(hù)。同行們對(duì)制 N2設(shè)備非常關(guān)心，去年10月我們利用開會(huì)機(jī)會(huì)參觀了溫州瑞氣企業(yè)空分設(shè)備有限公司，

17、該公司 1 979年創(chuàng)建， 生產(chǎn)規(guī)模較大，曾獲9項(xiàng)國家專利，設(shè)備可靠性好。經(jīng)鈍化處理的N2的技術(shù)指標(biāo)：純度%雜質(zhì)含量：O2w 1ppm, CO2C5ppm露點(diǎn)：-60C。他們根據(jù)用戶要求， 露點(diǎn)和純度不變， 也可以把雜質(zhì)含量調(diào)整為O2 5ppm H2 1 ppmo許多同行認(rèn)為 N2純度達(dá)到可以滿足要求。目前一些大企業(yè)，從經(jīng)濟(jì)效益考慮，逐步用制N2設(shè)備取代瓶裝 N2。這樣更顯示出制 N2設(shè)備的重要性。國內(nèi)只有不斷地開發(fā)擁有自己產(chǎn)權(quán)的專用工藝設(shè)備和檢測(cè)儀器，來支持和促進(jìn)軟磁鐵氧體 技術(shù)發(fā)展，才能使我國成為軟磁鐵氧體生產(chǎn)強(qiáng)國。4 市場(chǎng)要求從國際市場(chǎng)來看，預(yù)計(jì)需要軟磁鐵氧體用量將保持6%左右增長率。今年全世界彩電總需求量為 122276 萬臺(tái)，錄像機(jī) 5260 萬臺(tái)，攝像機(jī) 1327 萬臺(tái)，家庭音響 6707 萬臺(tái)，汽車音響 7151萬臺(tái)，VCD及DVD機(jī) 2000萬臺(tái)，數(shù)字式錄音機(jī)約 3000萬臺(tái)，微機(jī)約4000萬臺(tái)，這樣 多的電子設(shè)備需要大量的軟磁鐵氧體材料，估計(jì)軟磁鐵氧體用量將按同樣的比率增長。國內(nèi)電子工業(yè)產(chǎn)品需求量將會(huì)以15%左右年增長率向前發(fā)展， 高檔產(chǎn)品和出口產(chǎn)品的比率將會(huì)很快提高，國內(nèi)需要高檔產(chǎn)品量也不斷增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，珠江三角洲地區(qū)磁環(huán)年需量30 億只左右，磁芯約2億只，美國的PULSE臺(tái)商YCL等在大陸辦廠的企業(yè)用量也比較大，僅美 國PULSE公