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鎂鋅鐵氧體磁環(huán)和鎳鋅鐵氧體磁環(huán)的工藝研究

        摘要:針對(duì)鎂鋅鐵氧體磁環(huán)與鎳鋅鐵氧體磁環(huán)在高頻性能和機(jī)械強(qiáng)度方面存在的差異，對(duì)材料配方，燒結(jié)工藝，制料工藝等方面進(jìn)行了調(diào)整。結(jié)果表明：起始磁導(dǎo)率 μi為 50~2 000 時(shí)，鎂鋅鐵氧體磁環(huán)完全可替代鎳鋅鐵氧體磁環(huán)芯，從而大幅降低原材料成本。

     近幾年隨著軍需物資氧化鎳價(jià)格的不斷大幅上漲，許多生產(chǎn)鎳鋅鐵氧體磁環(huán)的廠家，為了降低材料成本，紛紛由鎳鋅鐵氧體材料轉(zhuǎn)向了鎂鋅鐵氧體材料的生產(chǎn)，但普通工藝生產(chǎn)的鎂鋅鐵氧體磁環(huán)的高頻特性及磁芯的機(jī)械強(qiáng)度都遠(yuǎn)不如鎳鋅鐵氧體磁環(huán)，所以普通工藝生產(chǎn)的鎂鋅鐵氧體磁環(huán)僅用于一些要求較低的民用產(chǎn)品，這使得鎂鋅鐵氧體磁環(huán)的市場(chǎng)占有率受到了很大的影響。筆者通過(guò)合理地調(diào)整材料配方與工藝，有效改善了鎂鋅鐵氧體磁芯的高頻性能，提高了鎂鋅鐵氧體磁環(huán)的機(jī)械強(qiáng)度。

1    實(shí)驗(yàn)

 1.1  調(diào)整材料配方（1）以 R—50 為例，在配方：30 % MgO + 12 %ZnO + 2 % MnCO3 + 56 % Fe2O3中，不添加 CoO，PbO所測(cè)得的材料高頻性能與在配方中 添加  w(PbO) 為1.5 %和不同量的  CoO  后，將材料制成外徑為 14.2 mm、內(nèi)徑為 6.7 mm、高度為 8 mm 的環(huán)，用? 0.7 mm、長(zhǎng)度為 100 mm 漆包線，在環(huán)內(nèi)通過(guò)一次，由測(cè)試儀配方：30 % MgO + 12 % ZnO + 2 % MnCO3 + 56 %Fe2O3為例，在保持其它雜質(zhì)添加不改變的前提下，配方中添加適量的 CaCO3或滑石粉后，將材料制成外徑為 14.2 mm、內(nèi)徑為 6.7 mm、高度為 8 mm 的環(huán)，用? 0.7 mm 漆包線，1 圈，由測(cè)試儀 QBG—3 高頻 Q表，對(duì)其進(jìn)行高頻測(cè)試。（3）將本公司  NiZn  鐵氧體材料 R50 牌號(hào)的兩種材料，制成外徑為 14.2 mm、內(nèi)徑為 6.7 mm、高度為 8 mm 的環(huán)，用? 0.7 mm 漆包線，1 圈，由測(cè)試儀 QBG—3 高頻 Q 表，對(duì)其進(jìn)行高頻測(cè)試。（4）對(duì)以上三種實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

1.2  調(diào)整燒結(jié)工藝以 MgZn—300 為例，在材料混合時(shí)，往材料中添加一定比例的水，添加比例為 20 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），在材料預(yù)燒時(shí)，再對(duì)材料施以壓力，與未添加水和未對(duì)材料施以壓力的情況進(jìn)行對(duì)比，觀察預(yù)燒溫度和顆粒料密度的變化。

1.3  調(diào)整制料工藝（1）以 MgZn—300 料為例，在不同球磨時(shí)間，正常燒結(jié)工藝要求的情況下，觀察產(chǎn)品燒結(jié)溫度和材料顆粒料的密度變化情況。（2）以 MgZn—300 為例，在制料時(shí)不調(diào)整燒結(jié)工藝，通過(guò)添加不同量的同種材料的加工切削回收生料，觀察鎂鋅鐵氧體材料顆粒料的密度變化，以及不同添加量對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)度的影響。

顯然，在材料配方中，添加適量的 PbO 或 BaO，改善了鎂鋅鐵氧體磁芯的高頻性能。這一方面是因?yàn)閾饺腚x子半徑較大的 BaO 或 PbO 后，BaO 或 PbO 與Fe2O3生成六方晶系鐵氧體，其  μi雖略有降低，但高頻特性卻得到了顯著改善。另一方面 BaO 或 PbO 的熔點(diǎn)較低，可有效降低磁材的燒結(jié)溫度約 200  ℃，有效抑制了 Fe2+的出現(xiàn)，從而提高了材料的電阻率，降低材料的損耗，改善磁材的高頻特性。但 2003 年《關(guān)于在電氣電子設(shè)備中限制使用 某些有害物質(zhì)指 令》（RoHS）的出臺(tái)，對(duì)于生產(chǎn)鐵氧體磁性材料的廠家來(lái)說(shuō)，無(wú)疑又是一次考驗(yàn)。RoHS 是歐盟立法自 2006 年7 月起禁止使用的物質(zhì)有鎘、六價(jià)鉻、鉛、汞、PBB (多溴聯(lián)苯)和 PBDE (多溴二苯醚)六種物質(zhì)。這樣必須重新尋找一種既環(huán)保又能達(dá)到與 BaO 或 PbO 同樣效果的材料，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加適量的  Bi2O3完全可取代 PbO，材料既環(huán)保又能在較低溫度下發(fā)生固相反應(yīng)。Bi2O3的加入量可根據(jù)不同高頻性能的要求，在配方中進(jìn)行調(diào)整，一般 R50 的 Bi2O3添加量為 0.8 % ~1.0 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），材料的高頻性能要求越高，在材料配方中  Bi2O3的加入量應(yīng)適當(dāng)增加，這樣可實(shí)現(xiàn)較低溫度下燒結(jié)，保證了材料有較好的高頻特性。鐵氧體在摻雜少量 CoO 的情況下，隨著摻雜量的增加，鐵氧體的晶粒均勻生長(zhǎng)，截止頻率增高，損耗降低，介電常數(shù)在較寬頻率范圍內(nèi)穩(wěn)定，這樣能有效改善 NiZn 鐵氧體材料的高頻性能。在鎂鋅鐵氧體材料配方中添加適量的 CoO，也收到了相同效果。對(duì)已預(yù)燒好的材料，二次球磨時(shí)，添加一定量的 V2O5，其添加量以 0.2 %~0.5 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為宜。它可細(xì)化晶粒，降低燒結(jié)溫度，也可提高材料強(qiáng)度，改善材料高頻性能[3]。在配方中添加 CaCO3，Ca2+半徑較大，一般不進(jìn)晶格內(nèi)部，只在晶格的邊界形成高阻層 。加微量CaCO3能提高材料的電阻率，降低渦流損耗，比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)摻雜，μi為 50 的鎂鋅鐵氧體材料的高頻性能，完全能達(dá)到鎳鋅鐵氧體材料的高頻性能。