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介绍高频开关电源变压器用功率铁氧体的制备技术
[发布时间]:2015年6月10日 [来源]:开关电源 [点击率]:4426
【导读】: 根据高频开关电源变压器用PC44、PC50等功率铁氧体材料的高起始磁导率(μi)、饱和磁通密度(Bs)、低功率损耗(Rc)等特性要求,分别讨论了配方、添加物和烧结工艺等关键技术对该类材料制备的影响...

  可见,在高频下降低材料功率损耗主要有两条途径:提高电阻率;控制铁氧体的晶粒在最佳状态范围内(晶粒过小,Pe会变小,但Ph会增大)。

  控制晶粒大小和电阻率的最有效办法是合理地掺人添加物和改善烧结工艺。众所周知,掺入一些有益的添加物如Sn02、TiO2、Co2O3等,可进一步控制材料的K1值,使其在较宽的温度范围内变得很小;复合添加CaO和SiO2,可增大材料的电阻率、降低材料的功率损耗。实际上,对Mn—zn铁氧体性能提高有实用价值的添加物较多,它们的主要作用可分为3类:第一类添加物在晶界处偏析,影响晶界电阻率;第二类影响铁氧体烧结时的微观结构变化,通过烧结温度和氧含量的控制可改善微观结构,降低功率损耗、提高材料磁导率的温度和时间稳定性、扩展频率等;第三类则固溶于尖晶石结构之中,影响材料磁性能。Ca、Si等元素的添加物属第一类和第二类;Bi、Mo、V、P等元素属第二类;_Ti、Cr、C0、Al、Mg、Ni、Cu、Sn等元素的主要作用属第三类。

  图2所示为MoO,、CuO等6种添加物对 Mn—zn铁氧体磁导率的影响,其中μ1和分别表示未掺添加物和掺入了少量添加物的铁氧体的磁导率;图3示出了掺入SiO2对Mn—Zn铁氧体磁导率的影响;图4所示为TiO2添加量对Mn—Zn铁氧体μi一t曲线的影响;图5(a)与图5(b)分别示出的是复合添加SiO2、CaO一对Mn—zn铁氧体在100 kHz时的电阻率和比损耗系数(tanδ6/μi)的影响。

图2

图3

图4

图5

  日本东北金属公司科研人员在开发SB—lM(相当于PC50)材料时,发现通用的复合添加物SiO2CaO有一部分会在晶粒内溶解,从而增大磁滞损耗,在500 kHz~1MHz条件下,其降低功率损耗的效果并不好..为此,他们开展了卓有成效的研究工作,期望找出不使磁滞损耗增大的更有效提高电阻率的添加物。表l列出了他们的研究成果,在这8种添加物中,Al2O3、SnO2、TiO2都溶解于晶粒内,几乎看不到有提高电阻率的效果,其它添加物主要在晶界内游离。这些添加物中,HfO2对提高电阻率最为显著[2],其降低涡流损耗效果最佳。
  在开发高性能功率铁氧体材料时,要充分利用前人的成果,不要花过多精力浪费在配方和添加物的摸索上。总的配方和掺杂原则是尽可能地使磁晶各向异性常数K1和磁致伸缩常数λs趋近于零。选择添加物要注意以下原则:

  1)掺入添加物总量(wt%)应控制在O.2%以下;

  2)CaO(或CaCO3)和SiO2通常是不可或缺的添加物;

表1

  3)V2O5、Nb205、_Ti02、Ta2O5、HfO2、CO2O3等高价离子组合添加,组分不宜过多,最好不超过4种,每种添加物的重量一般应控制在1000ppm,以下;

  4)在上述各添加物中,除了Co3+子外,其它离子的K1值都是负值,如飞利浦公司开发的3F3材料(介于PC40和PC50之间的一种材料),基本技术要点就是同时添加了Ti4+和C03+以控制材料的温度特性,减少磁滞损耗,如图6所示。

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