磁环扫盲级资料Word文档格式.doc
《磁环扫盲级资料Word文档格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁环扫盲级资料Word文档格式.doc（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
1200℃，无CuO）、中温烧结材料（1000-1200℃，一般加CuO）、低温烧结材料（850-950℃，除氧化铜，还有Bi2O3，V2O5，Co2O3等，用于多层片式化组件，与银（Ag）内电极共烧，发展主流）
3.其它：
绿色材料（Pb、Cd、Hg等含量很少），低损耗材料，高Bm材料（承受偏压电流能力强）
组件分类：
1.成型生产方式：
迭层式成型:
TDK的交迭印刷法，村田公司的流延印刷法
干压式成型:
当今主要形式
热压铸成型:
以前的形式，用到石蜡
2.电感成品：
层压式电感（迭层电感）：
铁氧体膜片和内导 体（Ag）交迭，能将电容和电感甚至电阻做成一体式的产品，感容（LC）滤波器、阻容（RC）片式器件和电感阻容（LRC）
层压电感简图
铁氧体电感结构示意
内电极的流延成型示意
氧化铝高频电感结构示意
绕线式电感：
又分为普通电感和绕线片式电感。
①.普通电感：
有引针，需加塑胶套、外加磁套、塑封等，如：
色码电感。
②.绕线片式电感（保磁产品）：
表面贴装类，无引针，直接焊接在电路板上。
3.其它电感：
可调电感：
螺纹磁心，磁心在绕制的线圈中能上下移动
耐电流电感：
能承受大的偏置电流
主流发展方向
n小型、薄型化
早期的3216型到90年代的1608型、1005型、0805型发展，目前主流多层片式电感为0603型、0402型（0201型,01005型）
n多功能化
大容量、大功率、高耐热、高可靠，高密度组装方面发展
n复合化
将电容和电感甚至电阻做成一体式的产品，如感容（LC）滤波器、阻容（RC）片式器件
电感（L（M）=Φ/I）
产品用途：
自感，互感（变压器、振荡器、虑波器、DC-DC转换器）
储能：
电能磁能电能
扼流:
扼除非本流成分的谐波通直流（通直流,阻交流或通低频,阻高频）
谐振：
舆电阻电容共享（LC、LCR）（LC和LCR谐振电路，产生交流信号）
虑波：
过滤掉（吸收）某一频段的电磁波（如EMI应用的虑波器）
磁性相关量
nH：
真空中磁场强度，H∞I
nB：
介质中磁场强度（磁通密度，B=φ/s，φ为磁通量，s为面积，Bm,Bs,Br）
nμi：
起始磁导率（μi=B/H）
nL：
电感（自感，L=φ/I）
nQ：
品质因子（Q=ωL/R,R:
包括铜损和铁损,ω：
角频率2πƒ）
nƒ:
频率（截止频率ƒr,μi变为1/2μi时的ƒ，斯洛克公式：
μi*ƒr=斯洛克常数）
nDCR:
直流电阻（即铜损：
中柱所绕铜线电阻）
另外还有：
n损耗因子tanζ（相对损耗因子tanζ/μ）
tanζ=1/Q包括磁滞，涡流，剩余三种损耗
n温度因子αur（相对温度因子αur/μ）
n居里温度Tc（℃）
材料由铁磁（或亚铁磁）转化为顺磁的温度，磁畴被破坏
n减落因子DF磁导率随时间的变化
n电阻率（ρ）
n功率损耗Pc（w/kg）产品单位重量的损耗
n电感因子AL（nH/N2）单位匝数产生的电感
第二部分
实际篇
铁氧体原料
1.种类
（1）
用作铁氧体基本成分的原料：
如Ni-Zn中的Fe2O3,ZnO.NiO等
（2）助熔剂：
本身具有较低熔点，能促进烧结，如CuO,Bi2O3,V2O5,PbO等
（3）矿化剂：
也叫催化剂，促进固相反应，如WO3等
（4）添加剂：
改善各种性能（磁，电，力性能），SiO2,CaO,Al2O3,CoO等
原材料选择处理注意事项
n
（1）
纯度
n
（2）
活性
n（3）
含水量
n（4）组成变动
铁氧体粉料
n1.
制备
混合：
就是将原材料仔细地混合成为均匀的混合粉料。
设备：
混合球磨机（干磨，湿磨）。
注意点：
a:
原材料起始粒径
b:
球磨方法（滚动，振动等）
c:
混合球磨时间
n
（2）预烧
目的：
使原料间发生固相反应（异性永磁要求全部变成铁氧体，而软磁由于烧结时晶粒长大原因，只要求部分就行）
b:
改善粉料压制性
c:
减少收缩和变形
d:
有利产品性能提高
e:
能把生成锌铁氧体时的异常膨胀发生影响消除（700-900℃,Zn挥发导致膨胀）
预烧温度：
应适当，过低，过高都不好
过低：
粉料间固相反应速度慢
过高：
导致失氧，某些金属挥发，颗粒尺寸大（后续球磨时间延长）
n（3）粉碎
将预烧过后的料加以粉碎。
球磨机，粉碎机
作用：
a：
促进固相反应b：
有利于产品的致密化和晶粒生长
注意点：
球磨机转速（频率）b：
钢球大小
c：
料球水比例d：
球磨时间
铁氧体粉料性质
铁氧体粉料性质将影响到后道工序，如造粒，成型，烧结等。
n物理性质：
松装密度，流动性，压缩性，粒径分布形式，比表面积
n化学性质：
化学组成，氧化状态，相结构
（1）粉料中的空隙和松装密度
预烧粉料空隙（粒子间空隙和粒子内空隙）
预烧温度高，则粒子内空隙小，松装密度大
如预烧温度过高则结果相反。
（由于粒子变粗，颗粒间空隙大于颗粒内间隙）
b:
粉碎时间长，则松装密度先大后小（<
1000℃预烧）
松装密度先小后大（>
1100℃预烧）
（2）粉料颗粒度和表面积
a:
预烧温度高，则粒径小，表面积小
b:
粉碎时间长，则粒径小，表面积大
（3）粉料造粒性
预烧温度高（粉碎时间不变），则粘结剂量少。
（高温时粉料粒径大，比表面积小，少加粘结剂）
b:
粉碎时间短（预烧温度相同），则粘结剂量少
c:
传统手工造粒和喷雾造粒
传统造粒：
在一容器（雷柜机）中加入粉料、粘结剂（PVA），同时进行搅拌使粘结剂与粉料混合均 匀，然后进行烘干、整粒、过筛等过程，最后得到所需粉料颗粒。
粘结剂加入量
喷雾造粒：
将粉体和粘结剂以及各类添加剂一起加入去离子水中配制成一定粘度、固含量的稳定料浆，通过压泵将料浆从喷枪嘴中成雾状喷出，在喷雾塔中被高温热风加热，水份蒸发，粉料成圆形颗粒状。
料浆粘度，固含量，塔温，塔压，泵压（转速）
（4）粉料压制性
松装密度大，压缩系数小
（5）粉料反应性
松装密度小，需烧结温度低
松装密度大，需烧结温度高
铁氧体坯体成型
n方式：
干压成型，磁场成型，注塑成型，等静压成型，挤压成型等。
保磁精陶部现为干压成型
影响因素：
颗粒形状，级配，含水率，胶水粘性，装料均匀度，上下模用力大小，模具好坏。
成型压力（P）,P大,密度大（压力不可过大，否则坯体分层，脱模时由于上层空气少，下层空气多，空气膨胀造成坯体层裂;
太小，则坯体松散）
加压时间（t），（太短，空气来不及排除，又受过大冲击，坯体或烧结时开裂；
太长，生产效率不高）
c:
加压方式，（单向加压，双向加压（类似浮动模效果））
铁氧体烧结
n烧结：
在低于材料熔融温度的状态下，经过烧缩（致密化）和晶粒成长，最后生成铁氧体的全过程。
n固相烧结：
不出现或很少出现液相
n液相烧结：
出现一定量液相，促进烧结
n烧结动力：
粉料粒子表面能
粒径小,则表面能大,烧结动力大,反应速度快,烧结温度低
烧结过程：
化学过程和物理过程
化学过程：
氧化还原、固溶体生成和分解
物理过程：
收缩、多晶成长、相变化
烧结制度：
升温速度b:
烧结温度
c:
烧结气氛d:
保温时间
e:
降温速度
烧结阶段：
初期，中期，末期
初期：
颗粒相互接触，孔隙分散贯通，随着温度升高，孔隙 率下降，收 缩加大，密度上升。
中期：
随着温度上升，各个颗粒界面逐渐合并，孔隙逐渐封 闭，孔隙率 迅速降低，收缩显着增高。
后期：
温度进一步升高，封闭的孔隙有所减小，密度显着增高。
如进一步再升高温度，由于封闭孔隙中压力急剧增大，已很难再有收缩，甚至会变大，使产品各项性能恶化。
第三部分
理论篇
1.磁性的微观起源
n一切磁现象的根源是电流，即:
运动电荷磁场运动电荷
S
L
物质的磁性取决于以原子为单位的分子电流所产生的磁矩，即原子磁矩：
e-
n
e+
轨道磁矩（L）：
是来自电子的轨道运动所产生的环状电流
自旋磁矩（S）：
是经由电子自转而产生的
核磁矩（n）：
是经由原子核而产生的
磁性分类
n顺磁性：
µ
>
1，只有感应磁矩，数值非常小
n抗磁性：
µ
<
1，存在固定磁矩和感应磁矩，前者大大于后者
n铁磁性：
>
1，固定磁矩定向排列，形成磁畴结构，磁性非常大
n反铁磁性：
≈1，不同结构中原子磁矩互相抵消
n亚铁磁性（铁氧体类）：
0，不同结构中原子磁矩抵消不完全
尖晶石晶体结构（软磁铁氧体主要结构）
分子式：
MeO·
Fe2O3
AO·
B2O3
n○氧离子是面心立方密排堆积
nB处于氧离子的八面体间隙（如Ni离子）
nA处于氧离子的四面体间隙（如Zn离子）
氧离子密堆积中的A、B位置
氧离子
A位金属离子
A位四面体
B位金属离子
B位八面体
n一个小立方体中有:
8个A位，4个B位，4个氧离子
磁性原子3d轨道的电子排布
4s轨道的电子数：
Fe、Co、Ni等为2个，Cu、Cr为1个
超交换相互作用
氧离子
O2-
磁性正离子
（2）
M2
磁性正离子
（1）
M1
2p轨道
（虚线）
n超交换相互作用使M1和M2的原子磁矩反向平行排列，在M1与M2的原子磁矩大小不等时，就表现出“亚铁磁性”，我们生产的铁氧体即属于这种情况。
n所谓超交换相互作用就是相对于交换作用（纯铁原子）说的
尖晶石型铁氧体的超交换相互作用
79°
38′
A-A
90°
125°
2′
B-B
9′
154°
34′
A-B
可能夹角φ
离子组态
A:
四面体
B:
八面体
nA-B的两种超交换作用最大，A-A的超交换作用最小（从电子云重迭方面看）
n总磁矩=B总磁矩-A总磁矩
铁氧体的磁矩（或B值）就是八面体中磁矩减去四面体中磁矩的差值
正、反、混合尖晶石结构
n实际金属离子在A位及B位配置情况的不同，原子磁矩的有无及大小，尖晶石结构又可分为正、反、混合尖晶石结构。
n正尖晶石：
如ZnO·
Fe2O3，Zn2+占据A位，Fe3+占据B位，Zn2+无磁矩，在A-B之间不存在超交换作用，仅存在B-B的超交换作用，磁矩相互抵消。
n反尖晶石：
如NiO·
Fe2O3，Ni2+占据B位，Fe3+的一半占据B位，一半占据A位，B位的磁矩相互抵消，剩下Ni2+产生的自发磁化，显亚铁磁性。
n混合尖晶石：
既存在正尖晶石结构，又存在反尖晶石结构，NiZn就是混合尖晶石结构
金属离子分布的一般规律
占A位趋向性
n金属离子占位的倾向性：
Zn2+,Cd3+,Gd3+,In3+，Mn2+,Fe3+,Mn3+,Fe2+
Mg2+,Li+,Al3+,Cu3+,Co2+,Ti4+,Ni2+,Cr3+
占B位趋向性
n影响金属离子分布的因素：
（1）内能：
离子键、离子尺寸、
晶场影响、共价键的空间配位性
（2）外能：
温度、应力
2.铁氧体的微观结构
概念
n铁氧体的微观结构：
包括结晶状态（晶粒大小、完整性、均匀性）、晶界状态、气孔（大小与分布）
n铁氧体：
无数的小晶粒组成的多晶体，小晶粒内部均是混合尖晶石结构，晶粒内部可形成磁畴和磁畴壁结构
n晶界：
小晶粒与小晶粒间的分界
n气孔：
存在于铁氧体内部，晶粒内部或晶界
NiZn断面SEM照片
晶内
气孔
特点：
晶粒尺寸不均，气孔多而且多存在于晶内
NiZn表面SEM照片
晶粒尺寸不均，颗粒间反应差
磁畴及磁畴壁
n磁畴：
铁氧体中自发磁化的小区域。
超交换作用能，各向磁晶异性能，磁化能以及退磁能等各种能量共同作用平衡的结果，以保证体系能量最低。
在小区域内磁矩方向完全一致。
※一个铁氧体晶粒内存在无数这样的反平行、垂直或杂乱的磁畴。
n磁畴壁：
磁畴与磁畴之间的边界
磁畴间磁矩的方向是逐渐变化的，这个磁矩转向的区域就叫做磁畴壁，它具有一定厚度。
磁畴示意图1
磁畴示意图2
3.铁氧体的磁化（线圈应用基础）
磁化的定义
n无外加磁场时，材料中磁畴混乱堆积，整体对外没有磁性。
称之为磁中性状态。
n在外加磁场中，磁畴的磁矩就和磁场发生相互作用，其磁矩方向朝外加磁场方向的转动，导致磁中性状态失去平衡,对外显示出磁性。
该过程就叫磁化
μ
转向磁化（畴转）
Bm
Ｈ
μmax
μi
B
μm
1.初始磁化曲线
H
2.静态磁滞回线
nBm：
最大磁通密度
nBr：
剩余磁通密度
nHc：
矫顽力
面积abda代表H之正半周期所贮存在磁场中的能量
面积bdcb代表正半周期H于减磁过程中由磁场所释放的能量
面积abca代表半周期之磁滞损失
静态磁滞回线的能量论
在未达到饱和磁化时即改变外加磁场的方向，将得到各种各样非完整的磁滞曲线，如右图所示。
※曲线的形状由外加磁场方向改变时的磁化状态，以及外加磁场的变化范围决定。
3.非完整磁滞曲线
4.动态磁滞回线
当磁性材料处于变化的磁场中被磁化时，即叫做动态磁化。
在动态磁化时，材料的磁导率将变成一个复数，亦称磁谱。
导磁率分成两部分：
一是和磁场方向（或者说相位）相同的部分，称为复数导磁率的实部，又称为弹性导磁率，它代表材料磁化时所能够储存的能量；
二是和磁场相位成90度的部分，称为复数磁导率的虚部（损耗磁导率），它代表材料在动态磁化时所消耗的能量。
5.闭合与非闭合磁路的磁滞回线
nT-CORE和RI-CORE均是闭合磁路
n而DR-CORE即是非闭合磁路，即开路
6.交直流迭加下的磁滞曲线
n外加磁场H正比于外加电流，加直流就是使磁芯预磁化
n直流越大，H越大，预磁化状态越接近于饱和，同时在与交流重迭时，可得到的电感L越小，即μ小
n在Bm一样时，Br越小，磁芯的直流重迭特性越好
μi相关
n式中，MS为饱和磁化强度；
K为晶体磁各向异性常数；
λ为磁致伸缩常数；
σ为内应力；
a、b为常数
n高密度MnZn、NiZn的Ms都较高，所以可获得较高的磁导率，但由于Ms变化范围不是很大，所以通过提高Ms来提高μi并不是最有效的方法
n通常，高μi的铁氧体都是从配方和工艺上力求K→0,λ→0
※对于可逆壁移μi正比于Ms2/λσ对于可逆畴转μi正比于Ms2/K
微观结构对μi的影响
1.气孔的大小与分布状态对μi的影响
n气孔与晶粒边界会引起退磁场，且气孔引起的退磁场正比于外加磁场，而由晶粒边界引起的退磁场正比于磁通密度。
气孔的大量存在将降低μi
n实验发现，添加剂与气孔常常大多集中于晶界而不大量形成夹杂于晶粒内部的另相。
但若工艺不当，气孔也会大量涌入晶粒内部，壁移困难，故此时的μi将急剧下降
2.平均晶粒尺寸对μi的影响
n一般来说晶粒越大，μi增加。
n若晶粒虽大，但内部出现气孔，则μi反而下降，说明此时的气孔对壁移的阻滞极为严重。
Bm相关
nBm主要由材料的饱和磁化强度Ms所决定，而Ms决定于A、B位的磁矩差，这受配方的影响
n气孔会引起退磁场，且正比于外加磁场，而Bm所对应的正是最大外加磁场Hmax，所以气孔对Bm的影响是较大的，气孔越多、越大，影响也越大
※为增大Bm，需要减少气孔，就等同于增大烧结密度
n晶界也会引起退磁场，且正比于磁通密度，而Bm本身就是最大磁通密度，所以晶界对Bm的影响也是较大的，但晶界是难于观察和控制的
※添加剂与杂质等常大多集中于晶界，所以通过配方来控制添加剂与杂质，可以改善晶界的性质，以达到增大Bm的目的
n晶粒的大小、完整性及均匀性对Bm也有一定的影响
-25-
升级会员 