燒結(jié)溫度對(duì)Ni0.8Zn0.2Fe2O4鐵氧體低頻低磁通損耗的影響

胡晶晶，李俊，馮雙久

（1.淮南聯(lián)合大學(xué)，安徽 淮南 232038；2.安徽大學(xué) 物理與材料科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230039）

燒結(jié)溫度對(duì)Ni0.8Zn0.2Fe2O4鐵氧體
低頻低磁通損耗的影響

胡晶晶1，李俊1，馮雙久2

（1.淮南聯(lián)合大學(xué)，安徽 淮南 232038；2.安徽大學(xué) 物理與材料科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230039）

NixZn1-xFe2O4鐵氧體具有高頻中低損耗的特點(diǎn)，通過(guò)提高Ni含量至0.8降低起始磁導(dǎo)率，增加截止頻率，應(yīng)用于更高頻率。通過(guò)固相反應(yīng)法合成了Ni0.8Zn0.2Fe2O4，并測(cè)定了鐵氧體樣品在低頻低磁通密度下的損耗特性，討論了燒結(jié)溫度對(duì)損耗的影響。

NiZn鐵氧體；磁滯損耗；渦流損耗

1 引言

NiZn鐵氧體具有在高頻中低損耗的特點(diǎn)，是高頻領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一種磁性材料。通常應(yīng)用的NiZn鐵氧體材料其起始磁導(dǎo)率較高，使用頻率范圍一般在100MHz以下，在100MHz以上損耗較大，隨著高頻器件頻率的提高，有必要開(kāi)發(fā)出截止頻率fv更高的NiZn鐵氧體。

NiZn鐵氧體的主要研究?jī)?nèi)容是配方、添加劑及生產(chǎn)工藝、新設(shè)備對(duì)提高材料性能的影響。已有的研究表明不同的配方的NiZn鐵氧體，其燒結(jié)溫度的大小會(huì)直接影響其磁性能[1-3]。由于材料截止頻率fv與材料的起始磁導(dǎo)率ui有密切關(guān)系，近似為uifv=C，因此要提高軟磁材料的截止頻率，只有降低材料的起始磁導(dǎo)率ui[4]。而對(duì)NixZn1-xFe2O4（x=0.3-0.7）鐵氧體的研究表明，材料的起始磁導(dǎo)率與Ni含量x呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)[7]，本文進(jìn)一步增加Ni含量至0.8的NiZn鐵氧體 （分子式Ni0.8Zn0.2Fe2O4），以期獲得較低的起始磁導(dǎo)率，提高材料的截止頻率，從而能在較高的頻率下應(yīng)用，并研究了燒結(jié)溫度對(duì)此種鐵氧體的損耗因子的影響。

2 實(shí)驗(yàn)

采用分析純的Fe2O3、NiO、ZnO為原料，按分子式為Ni0.8Zn0.2Fe2O4的摩爾比進(jìn)行準(zhǔn)確稱(chēng)量，在研缽中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間研磨使原料混合均勻，然后在1000℃預(yù)燒3小時(shí)。預(yù)燒料中添加2wt%的Co2O3，進(jìn)行充分研磨后，加入少量的聚乙烯醇（PVA）溶液作為粘結(jié)劑，壓成環(huán)狀樣坯，然后在高溫爐中分別在1150℃和1180℃下燒結(jié)3小時(shí)得到NiZn鐵氧體磁環(huán)，分別記為1#與2#樣品。利用HITACHI S-4800型高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡表征兩個(gè)樣品的形貌。打磨兩磁環(huán)表面，使之表面平整光滑，用兩根不同長(zhǎng)度的細(xì)漆包線(xiàn)在環(huán)形樣品上均勻并行繞線(xiàn)測(cè)試。采用巖崎SY-8258BH分析儀測(cè)量了樣品低頻弱磁場(chǎng)下的損耗特性。

3 結(jié)果分析

由XRD分析可知，二樣品均為標(biāo)準(zhǔn)的尖晶石結(jié)構(gòu)，可以確定材料為NiZn鐵氧體，無(wú)其他雜相存在。

圖1 兩樣品u～Hm的關(guān)系

圖1給出了二個(gè)樣品的磁導(dǎo)率隨外加磁化場(chǎng)的變化關(guān)系。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，材料的有效磁導(dǎo)率相對(duì)于純 NiZn鐵氧體（ui～80）明顯偏低[5]，這是由于添加Co2O3導(dǎo)致的結(jié)果，因?yàn)橐话鉔iZn鐵氧體在室溫的磁晶格各向異性常數(shù)是負(fù)值，而Co2O3在室溫的磁晶格各向異性常數(shù)也是負(fù)值，添加Co2O3引起材料的各向異性常數(shù)增大，導(dǎo)致材料的磁導(dǎo)率減小。同時(shí)從圖1中還可以發(fā)現(xiàn)，2#樣品的有效磁導(dǎo)率比1#樣品大，這是因?yàn)殡S著燒結(jié)溫度的提高，材料的晶粒增大，磁導(dǎo)率也會(huì)隨之增大。

在弱場(chǎng)低頻的交變磁場(chǎng)中，磁性材料的損耗可用列格（Legg）經(jīng)驗(yàn)公式給出：

圖2 兩樣品的比損耗因子

圖3 兩樣品的SEM照片

圖41 #樣品不同頻率下的～B線(xiàn)性擬合m

圖5 兩樣品的～f線(xiàn)性擬合

4 結(jié)論

本文研究了添加Co2O3的Ni0.8Zn0.2Fe2O4鐵氧體，其起始磁導(dǎo)率較低，截止頻率高，在1000KHz下?lián)p耗仍較小，適合于超高頻器件的應(yīng)用。對(duì)比了1150℃和1180℃下燒結(jié)的樣品的損耗，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)溫度對(duì)磁性能影響較大。溫度較高的燒結(jié)樣品磁滯損耗較低溫?zé)Y(jié)的材料小，其原因是因?yàn)檩^高的燒結(jié)溫度形成的材料的粒徑分布較均勻，磁疇在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中受到的阻尼作用較小。同時(shí)燒結(jié)溫度偏高時(shí)，反應(yīng)更加充分，獲得的材料總損耗也更小。因此對(duì)不同配方的NiZn鐵氧體其損耗特性對(duì)燒結(jié)溫度較敏感。

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Sintering temperature influencing on Ni0.8Zn0.2Fe2O4ferrite’smagnetic loss in low frequency and low magnetic flux

HUJing-jing，LIJun，F(xiàn)ENGShuang-jiu

NixZn1-xFe2O4ferrite has the characteristics of low magnetic loss in high frequency,this article increasing Ni up to 0.8 to decrease the initial permeability,and increase cutoff frequency,in order to use at higher frequencies.Ni0.8Zn0.2Fe2O4samples were prepared by solid state reaction method,the magnetic loss in low frequency and low magnetic flux was measured,and the effects of sintering temperature on the magnetic loss were discussed.

NiZn ferrite； hysteresis loss； eddy current loss

O69 < class="emphasis_bold">[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

A

1009-9530（2012）03-0024-03

2012-01-04

淮南聯(lián)合大學(xué)重點(diǎn)科研項(xiàng)目（LZD1102）;安徽大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（02303402）

胡晶晶(1981-)，女，淮南聯(lián)合大學(xué)講師，碩士。