有关铁氧体磁芯的介绍

发布时间:2022-09-28 05:57:31 来源:欧宝娱乐平台网页版登录 作者:欧宝娱乐官网最新入口

  铁氧体磁铁是一种具有铁磁性的金属氧化物。就电特性来说,铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多,而且还有较高的介电性能。铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率。因而,铁氧体已成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料。由于铁氧体单位体积中储存的磁能较低,饱合磁化强度也较低(通常只有纯铁的1/3~1/5),因而限制了它在要求较高磁能密度的低频强电和大功率领域的应用。

  铁氧体(ferrites) 铁氧体是一种非金属磁性材料,又叫铁淦氧。它是由三氧化二铁和一种或几种其他金属氧化物(例如:氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶等)配制烧结而成。它的相对磁导率可高达几千,电阻率是金属的1011倍,涡流损耗小,适合于制作高频电磁器件。铁氧体有硬磁、软磁、矩磁、旋磁和压磁五类。 旧称铁淦氧磁物或铁淦氧,其生产过程和外观类似陶瓷,因而也称为磁性瓷。铁氧体是铁和其他一种或多种适当的金属元素的复合氧化物。性质属于半导体,通常作为磁性介质应用,铁氧体磁性材料与金属或合金磁性材料之间最重要的区别在于导电性。通常前者的电阻率为102~108Ω·cm,而后者只有10-6~10-4Ω·cm。

  中国最早接触到的铁氧体是公元前 4世纪发现的天然铁氧体,即磁铁矿(Fe3O4),中国所发明的指南针就是利用这种天然磁铁矿制成的。到20世纪30年代无线电技术的发展,迫切地要求高频损耗小的铁磁性材料。而四氧化三铁的电阻率很低,不能满足这一要求。1933年日本东京工业大学首先创制出含钴铁氧体的永磁材料,当时被称为OP磁石。30~40年代,法国、 日本、 德国、荷兰等国相继开展了铁氧体的研究工作,其中荷兰菲利浦实验室物理学家J.L.斯诺克于1935年研究出各种具有优良性能尖晶石结构的含锌软磁铁氧体,于1946年实现工业化生产。1952年,该室J.J.文特等人曾经研制成了以 BaFe12O19为主要成分的永磁性铁氧体。这种铁氧体与1956年该室的G.H.永克尔等人所研究的四种甚高频磁性铁氧体具有类似的六角结构。1956年E.F.贝尔托和F.福拉又报道了亚铁磁性的Y3Fe5O12的研究结果。其中代换离子Y有Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、 Tm、Yb和Lu等稀土离子。由于这类磁性化合物的晶体结构与天然矿物石榴石相同,故将其称之为石榴石结构铁氧体。迄今为止,除了1981年日本杉本光男采用超急冷法制得的非晶结构的铁氧体材料以外,从结晶化学的观点看,均未超出上述三种类型的晶体构造。所做的工作多数是为了适合新的用途而进行改性和深入的研究。

  按照磁学性质和应用情况的不同,铁氧体可分为:软磁、永磁、旋磁、矩磁、压磁等五种类型。

  这类材料在较弱的磁场下,易磁化也易退磁,如锌铬铁氧体和镍锌铁氧体等。软磁铁氧体是目前用途广,品种多,数量大,产值高的一种铁氧体材料。它主要用作各种电感元件,如滤波器磁芯、变压器磁芯、无线电磁芯,以及磁带录音和录像磁头等,也是磁记录元件的关键材料。

  二、永磁铁氧体 一种具有单轴各向异性的六角结构的化合物。主要是钡、锶、铅三种铁氧体及其复合的固溶体。有同性磁和异性磁之分。由于这类铁氧体材料在外界磁化场消失以后,仍能长久地保留着较强的恒定剩磁性质,可以用于对外部空间产生恒稳的磁场。其应用很广泛,例如:在各类电表中、发电机、电话机、扬声器、电视机和微波器件中作为恒磁体使用。

  铁氧体硬磁材料磁化后不易退磁,因此,也称为永磁材料或恒磁材料。如钡铁氧体、钢铁氧体等。它主要用于电信器件中的录音器,拾音器、扬声器,各种仪表的磁芯等。四、旋磁材料

  磁性材料的旋磁性是指在两个互相垂直的稳恒磁场和电磁波磁场的作用下,平面偏振的电磁波在材料内部虽然按一定的方向传播,但其偏振面会不断地绕传播方向旋转的现象。金属、合金材料虽然也具有一定的旋磁性,但由于电阻率低、涡流损耗太大,电磁波不能深入其内部,所以无法利用。因此,铁氧体旋磁材料旋磁性的应用,就成为铁氧体独有的领域。旋磁材料大都与输送微波的波导管或传输线等组成各种微波器件。主要用于雷达、通信、导航、遥测等电子设备中。

  这是指具有矩形磁滞回线的铁氧体材料。它的特点是,当有较小的外磁场作用时,就能使之磁化,并达到饱和,去掉外磁场后,磁性仍然保持与饱和时一样。如镁锰铁氧体,锂锰铁氧体等就是这样。这种铁氧体材料主要用于各种电子计算机的存储器磁芯等方面。六、压磁材料

  这类材料是指磁化时在磁场方向作机械伸长或缩短的铁氧体材料,如镍锌铁氧体,镍铜铁氧体和镍铬铁氧体等。压磁材料主要用作电磁能与机械能相互转化的换能器,作磁致伸缩元件用于超声。

  称量和混合 铁氧体的原料包括主要原料,添加剂和助熔剂。 铁2O3,BaCO3,SrCO3 和CaCO3 是铁氧体的主要原料。 称量过程必须严格遵循公式,否则无法获得理想的磁性能。 称重后,原材料将在专用设备中混合。 组分的均匀性基于混合过程。 有几种因素影响混合物的组分均匀性。

  P造粒 为了确保固相反应过程,需要在预烧结之前将混合物造粒。 在造粒过程中,溶液将喷雾成混合物。 粒料的大小将影响预烧结时间。

  预烧结的目的是充分保证原料的固相反应,并且大多数原料在预烧结后会变成铁素体相。 预烧结过程还将改善变形,收缩和密度。 该预烧结粉末可用作烧结磁体,粘结磁体和吸收材料的原料。 大多数铁氧体制造商现在直接购买预烧结粉末。

  在该步骤中,预烧结的材料将粉碎成细粉。 粉碎过程将通过球磨机设备完成。 研磨介质是钢球和水。

  根据传统的分类方法,铁氧体磁铁可分为各向同性和各向异性。 铁氧体还通过其成型方式分为湿法和干法。 成型工艺的技术密集度很高。

  像其他类型的烧结磁体一样,烧结步骤对于铁氧体磁体也非常重要。 首先,烧结过程将影响显微组织,并进一步影响铁氧体的磁性能。 不合理的烧结参数将导致磁铁破裂,气泡和变形。

  铁氧体磁体的加工方法包括磨削,抛光,切割和冲压。 值得一提的是,铁氧体是绝缘材料,因此制造商将在切割步骤中使用砂轮。

  在国际上,日本、美国以及部分欧洲国家,在磁性材料生产方面起步较早,知名的铁氧体磁性材料生产企业主要有如日本的TDK、日立金属株式会社等,欧洲PHILIPS、 EPCOS等。

  国内产值上亿前10名的企业是:天通控股、横店东磁、联丰磁业、乳源东阳光实业有限公司、风华高科、南京新康达、绵阳开元磁材、成都恒力磁性材料有限责任公司、南京金宁三环富士电气有限公司、无锡斯贝尔磁性材料有限公司等。

  从近几年发展的趋势来看,尽管我国的铁氧体磁性材料产量増长较快,并且已经在多个应用领域占据了世界领先位置,但是从产值上看,我国产品的附加值明显偏低,这样的局面严重削弱了我国永磁产业的整体竟争力。

  国内磁性材料行业目前产能集中度还比较低,绝大部分磁材企业还都处在规模小、产品质量差、产能小、同质化、技术水平低下的状态中。

  国内大部分永磁铁氧体生产企业主要生产相当于日本TDK公司的FB4系列技术水平的中低档产品。部分领先企业生产的产品性能可达到FB5、FB6系列水平。

  尽管发展存在问题,但近年来我国磁性材料的生产份额已经呈现出明显的规模、地域集中趋势,一些具有技术、管理和设备等优势的大型企业日益显示出强劲的竟争力。

  4C(计算机/通信/广电/内容服务)融合和4G、5G方向的发展,推动市场对高频率、小型化、高性能、低损耗和抗EMI磁性材料需求。

  智慧城市、智能制造需要大量的智能控制系统和数字终端,智能化要求磁性元件进一步向高性能、高频化、片式化、低损耗和抗电磁干扰方向发展,将推动数字终端及智能控制系统用磁性材料市场快速发展。

  智能手机、移动智能终端在健康、移动支付等方面的应用必将进一步普及。各种微型片式电感元件、微型射频元器件、微型传感器等稳定增长。

  汽车电子系统、混合动力汽车、无人驾驶车电子系统、EMC装置、汽车娱乐设备、控制系统、照明系统、EV充电装置、HEV动力系统功率转换变压器和扼流圈、DC-DC变换器、传感器用软磁材料将快速增长。

  高清晰3D、健康环保LCD、LED大屏幕彩色电视、数字化视音频设备、数码相机、娱乐电子、医疗电子、绿色照明(如LED、高频无级灯)对高性能磁性材料需求旺盛。搭载通信功能、传感技术的智能化家电的渗透率必然增长,射频元件、传感器等电子元件在家电行业将迎来扩张机遇。

  微型计算机是几乎囊括所有电子元件类产品的传统应用领域,在商业应用上仍保持着优势,随着大数据、云计算等技术的发展,服务器市场在“十三五”期间将持续增长。

  高铁、大飞机、航空发动机及燃气轮机、民用航天、海洋工程装备及船舶、核电装备等高端装备制造的发展对电子元器件的需求持续增长。

  工业领域“机器换人”,以及3D打印技术的进步,相关设备市场快速发展推动配套的传感器等关键电子元件市场增长。

  电子元件将在节能环保产业各种环境监测仪器、半导体照明、净水设备、降噪设备、除尘设备、汽车尾气净化设备、垃圾处理设备等市场中获得比以往更快的增长空间。

  未来健康及医疗设备市场的爆发式增长、各种新型诊疗技术如远程医疗、手术机器人等都将获得推广,推高配套的电子元器件产品的需求。

  随着互联网的全球和全民普及,基于大数据的物联网的快速发展,以及智能可穿戴市场的增长,终端、基站、移动支付、射频技术、传感器技术等等将爆发出许多新的市场需求。

  风力发电、太阳能中转换器、变换器、逆变器对高性能磁材需求大幅度增长,3C认证和抗EMI铁氧体器件(除电力新能源领域还包括音视频、信息技术、照明、电信终端等多种电子设备)市场容量巨大。

  ①充电桩用磁心规格及磁性器件。未来5年,我国新增充电桩应达到480万个,新增充电站应达到1.2万座。充电桩的电源用到较多电子变压器、电感器,电感器多一些。用量视充电桩功率大小而定,一个充电桩起码要用到20多个磁性元件,要求体积小、性能优、高频化,防水、防腐、高效率、高可靠。

  ②汽车无线充电桩作为有线充电桩的一种补充方式,由于应用环境复杂,需要使用具有宽温、高 Bs低损耗特性的软磁铁氧体材料。

  除了充电桩、车载充电机和车载DC/DC变换器3大主要部件外,在新能源汽车上其他部件也使用了较多的软磁材料,包括照明系统、ECU(电子控制系统)、BMS(电池管理系统)、PDU(电源分配单元)、倒车雷达系统、胎压监测系统、无钥匙进入系统、无人驾驶感应系统、车身 EMI、传感系统等等。

  在光伏逆变器中,使用软磁材料有:输入回路的直流EMI滤波器;高频DC-DC变换电路的储能电感器(非隔离系统);高频DC-DC变换电路的隔离变压器(隔离系统);工频逆变电路的电抗器;工频逆变电路的交流EMI滤波器;工频逆变电路的隔离变压器;取样电路的电流互感器等。

  软磁材料在充电器中应用主要包括:NiZn铁氧体薄磁片、MnZn铁氧体薄磁片、柔性铁氧体磁片;用软磁铁氧体材料制作的各种隔磁片,起增高感应磁场和屏蔽线圈干扰的作用。无线充电器对软磁铁氧体材料性能和产品尺寸、可靠性等要求较高,接收端对其要求更高。

  材料、器件市场牵引的源头是现代及未来军民应用市场的发展,2个市场牵引磁性器件发展推动磁性材料的进步。当前,国际经济待续低迷,出口外需不足;国内经济下行压力大,国内需求不旺,中低端产品市场供应远大于需求,市场竞争异常激烈。另一方面,汇率波动对出口型企业的经营和收益造成影响,能源和人工成本持续增长不断增加企业成本。企业同行为求生存打价格战已经成为常态。由于中国软磁材料生产技术不断进步,进入高端产品市场的企业越来越多,市场竞争和价格战已经开始向中高端产品传递。

  以企业为核心的自主创新体系已初步建立,并在逐渐完善,行业的自主创新水平进一步提高。但是,相对于国外电子元件发达国家和地区,我国磁性材料及器件行业的整体技术水平依然不高,尤其缺乏国际领先的技术,国际磁性材料及器件大企业在许多技术领域布下专利壁垒,对中国磁性材料及器件企业的技术创新产生不利影响。

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