陈新彬  凤晶生

（横店集团东磁股份有限公司  浙江省东阳市横店镇 322118）

    摘要：本文重点对材料配方中的铁含量、烧结气氛和器件在工作时的相对湿度对镍锌软磁铁氧体磁芯表面电阻的影响进行了研究。

    关键词：镍锌软磁铁氧体材料；铁含量；烧结气氛；相对湿度

    1、前言

    Ni－Zn系软磁铁氧体材料是一类产量大、应用广泛的高频软磁材料。当应用频率在1MHz以下时其应用不如Mn－Zn系铁氧体，而在1MHz以上时，由于它具有很高的电阻率，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、电阻率高、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EMI电磁屏蔽领域。镍锌铁氧体磁芯由于具有高的电阻率，在高压下应用时采用镍锌铁氧体磁芯可防止高压击穿造成的短路。同时绕线时可采用漆包线直接紧贴在磁芯上进行绕制，故器件的结构紧凑、体积小。随着镍锌铁氧体材料应用领域的不断拓展，故非常有必要对镍锌铁氧体磁芯的表面电阻进行研究与探讨。

    本文就以下几个方面对提高磁芯的表面电阻进行探讨：

    ⑴、 配方设计及生产过程中铁含量对磁芯的表面电阻的影响；

    ⑵、 烧结气氛对磁芯的表面电阻的影响；

    ⑶、 工作环境对磁芯的表面电阻的影响；

    2、实验过程及测试：

    2.1 样品的制备：

    本实验的制备方法为常用的软磁铁氧体干法制备工艺，其工序分别为：配料、干式振磨、预烧、砂磨、造粒、成型、烧结等。通过上述工艺制备成H25*15*7的标准环。

    2.2 测试仪表

    MS 8220绝缘电阻测试仪,测试条件：DC 500V,测试时探针沿着样环的直径方向取点。

    3、结果与讨论：

    3.1  Fe2+含量对表面电阻的影响

    镍锌铁氧体磁芯一般在空气窑中进行烧结，故在烧结后仅有少量的Fe2+存在。当在烧结时若缺氧或采用富铁的配方，则会有过量的Fe2+产生。众所周知，电子易在Fe2+←→Fe3+跃迁，即出现所谓的“电子蛙跃”现象，过量的Fe2+将引起磁性材料的电阻率急剧下降。故在生产过程中若要保证镍锌铁氧体具有高的表面电阻，应尽可能防止Fe2+的产生。一般情况下，富铁配方、砂磨时间过长、加入过量的高价的金属氧化物、过高的烧结温度及在缺氧气氛下烧结都极易使Fe3+→Fe2+进行转变。因此在生产中Fe含量应控制在50mol%以下，即应采用缺铁配方。下图1为Fe含量对表面电阻特性的影响：

图1  Fe2O3含量对表面电阻的影响

    3.2 烧结气氛对表面电阻的影响

    镍锌铁氧体在高温烧结时，在富氧的气氛中会发生氧化反应：Fe2+→Fe3+，这种情况下铁氧体磁芯的表面电阻就比较高；而在缺氧的气氛下则发生还原反应，即：Fe3+→Fe2+，这种情况下就将大大降低铁氧体磁芯的表面电阻。按下面装烧示意图2、3分别将标准环放入到空气窑中进行烧结，并对标准环的各个部位进行表面电阻测试，数据如下表1：

    从上表中的测试数据表明，样环不与空气接触的面，因为烧结时缺氧，故其表面电阻将降低1~2个数量级。在生产时为了获得高的表面电阻，在装时每个坯件之间应留出足够的空隙，同时在设计大电流或高压器件时，磁芯的底部（与推板的接触面）应尽量不与器件上的导线直接接触并且远离高压端口。

    3.3工作环境对表面电阻的影响

    在相对湿度较大的工作场合中磁芯表面易吸附水，因为水具有良好的导电性，从而使得表面电阻大大降低(左图4为相对湿度对样环表面电阻的影响)。另外，在测试时应避免手直接接触磁芯，因手指在磁芯表面上会留下汗迹，从而使得其表面电阻比其它部位的低1～2个数量级。为了提高测试数据的准确性，一般情况下采用高精度的测试仪及在恒温、恒湿度的实验室中进行测试。

图4

    从图4中可知，相对湿度对镍锌铁氧体器件的表面电阻有着显著的影响，尤其是工作在潮湿环境下的高压器件，需对其进行防潮处理，如磁芯表面喷涂绝缘材料等，以提高磁芯的绝缘性能。

    4、结论

    ①、镍锌铁氧体采用缺铁配方并且在生产工艺中采取各种措施防止过多的Fe2+离子的出现；

    ②、烧结气氛对表面电阻的影响显著，一般来说采用富氧气氛烧结；

    ③、相对湿度对镍锌铁氧体磁芯的表面电阻有着显著的影响，在高压、高相对湿度的场合工作下时需对磁芯的表面进行绝缘处理。