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通讯变压器用高磁导率低损耗MnZn铁氧体TH10材料的开发

发布时间:2019-07-13 17:15:32来源:

  随着多媒体通信、数字通信网络的发展,通讯领域对铁氧体磁芯的需求量越来越大,给广大铁氧体厂商带来了更多的商机。同时,通讯器件对铁氧体材料的性能也提出了更篼的要求。常见的通讯变压器如ADSL变压器,通常使用篼磁导率MnZn铁氧体磁芯(如EP系列),工作在较宽的频率范围,且要求输出信号谐波失真小、传输速率高,这就要求软磁铁氧体材料和磁芯必须具有良好的妁/特性、低磁滞常数或总谐波失真度THD.因此,低损耗篼磁导率材料是近几年来国内外铁氧体厂家研究的热门课题。这类材料通常都提出了磁滞常数的要求,如Epcos的T38,Nicera的10TB和台湾越峰的A101,其分别为:0.3Xl(T6/mT、0.12X106/mT、1.4Xl6/mT,近期TDK又推出了xDSL变压器专用铁氧体材料DN40和DN70.为适库市场需求,天通公司开发了低谐波失真通讯变压器专用TH系列材料。TH10材料是TH系列材料之一,其从=10000,77B<0.3X106/mT,由它制成的通讯变压器具有低的总谐波失真度和高的信号传输速率。

  2实验方法采用宝刚铁红、金瑞科技四氧化三锰、上海京华氧化锌作原料。基本配方为:Fe23:52.0~52.8mol%,ZnO:21~22mol%,余下为MnO.'按配方称量后混合均匀,在空气中95(TC预烧2h,然后将预烧料与微量添加剂CaC03、Bi203、C23、Ti02、V205等,按照料:水:球=1:0.6:5的比例进行砂磨;砂磨后烘干,将粉料过40目筛网并加人约10%的PVA溶液(溶度为10%)作粘合剂并造粒;然后压制成018X08X 5mm的标准样环和EP13产品,在钟罩炉中采用平衡氧压烧结,终烧温度为136(TC.采用HP4284A和电热干燥箱测试品质因子2和电感Ls,采用ATS-1音频测试仪测试EP13磁芯的总谐波失真度THD相关公式如下:损耗系数,AB=3.0mT-1.5mT;Ls为电感(单位:nH),C丨为尺寸常数(单位cnT1),八为总谐波输出功率,Vh为谐波输出电压,Pf为基波输出功率,Vf为基波输出电压。

  THD的测试方法如个别超过145(TC,晶粒生长过大,产品性能难以提篼。天通公司从2000年就引进国内外先进的钟罩炉烧结技术,利用钟罩炉我们已经大批量生产相当于PC44、PC50和从=20000的产品。TH10材料及其产品充分利用钟罩炉烧结技术,大大降低终烧温度,缩短烧结时间,同时掺人微量改性添加剂,抑制晶粒生长过大,从而提篼产品性能。给出了TH10材料的特征曲线,表1列出了TH10材料同国内外从=10000材料的性能参数的比较信号源0-及产50滤波电路++显示电路THD测试电路3实验结果与讨论3,1材料磁性能我们知道,MnZn铁氧体通常用氮窑气氛烧结,高磁导率材料的终烧温度一般在i4trc以上,表1TH10材料与国内外同类4才料性f拒对比磁性能测试条件天通公司10TB越峰公司3.2材料的显微结构从表1可以看出TH10材料有较小的磁滞常数%.研究表明材料的磁滞常数与晶粒结构有着密切的关系,一般来讲,粒径小而均可以获得较小的磁滞常数和低的总谐波失真度THD.与普通氮窑产品相比,TH10材料的产品终烧温度低,具有中等大小均的晶粒,气孔小且分布于晶界交汇处,晶界清晰。S 2是从=10000的三种不同材料的显微结构。表2列出了这三种材质的EP13产品的性能参数。

  磁性材料及器件2004年8月有a好的显微结构,班芯性能也明M优于粒生长过大的产品量投S对材料性能的彩响对国内大多数铁氧体生产厂家来说,生产叫=的篼磁导率产品已不是难事了。少数几个厂家甚至可以生产>15000的产品,例如。

  2002年东集团和天通公司先后鉴定了从=18000和20000的高磁导率MnZm铁裒体树料t但是从市场占有的情况看,一些低功率通讯变压器和高货应用钌域的审场仍然披国外大公司占钌。究其原因。一方面是由于国内厂家的生产加工设备落后,如镜面磨加工技术,国外先进水平p了以使配对磁芯之间的有效气撖仅为0.8um.而国内平一裉都在l.5um左右;另方面陨是我们的材料水平还有待进一步提充。在过去的研究中。为:T获得较高的进导率。我们通常只在二次砂磨时掺人极少金添加刑(如Bi,03,CaCOi或其中的一种)以促进晶粒快速生长这种材料容易获得较商的磁导率。缺点是其他性能难以同时提高。普通的埤=〗的材料其班导率在100)时e经严重下降,先进料的磁符常数和改善ftV特性。以获得宽铎低损耗材料。就必须在材料中加人适量的改性杂质。

  如ViOiAi等。是'与T人的关系。

  工艺上通过钟罩炉烧结将终烧温度降低到1360°C及掺人适量的改性杂质(如Bi203、Ca03、V205、Ti02),获得了满意的效果。

  2月至今,服务于浙江天通电子股份有限公司,主要从事MnZn、NiZn软磁铁氧体材料及磁芯的开发和生产工作,主持开发过MnZn铁氧体TP5材料(相当于TDK的PC50材料)、TH10材料(可改善通讯变压器THD指标)、NiZn铁氧体抗热冲击、高氏、高G和低度系数类材料,参与开发过相当于PC44、HS10、H5C3、DN45、DNW45材料。现任天通公司NiZn技术部材料开发主管。

  表1钟罩炉的性能指标(上接29页)参数?堆实验炉四堆炉八堆炉工作堆尺寸工作堆数装载量净产量比较篼温度工作酿升温速率mst均匀度士酿加热功串氧含量控割范围ft低氧含量良的磁芯,如低功耗型锰锌软磁铁氧体的功耗密度/>.<351117113,高导型锰锌软磁铁氧体的初始导磁率衿>15000,更可喜的是,在产品档次提篼的同时,成品率、合格率、一致性等都较隧道式氮气推板窑有大幅度的提篼,创造了良好的经济效益,使设备投资获得了应有的回报。

  毕业于天津大学。长期从事半导体工艺设备和磁性材料工艺热工设备的研制工作。

  (上接31页)3.4微波烧结Ni-Zn铁氧体的工艺特点相比传统烧结耗时耗能的生产工艺,微波烧结表现出的优越性能主要体现在:⑴烧结温度降低和烧结时间大大缩短。整个烧结(包括冷却)过程仅仅只需要180min左右,其中包括90min冷却时间,得到的样品完全达到行业标准保温材料大大减少,环境热损失减少。

  比较传统烧结技术需要首先给予周围环境足够的热能而达到辐射传导热能的目的,微波烧结直接加热样品的机理决定了其比传统烧结在节能方面的优越性。传统烧结往往需要大量的保温材料,而其中相当大的能量被这部分材料吸收,而微波烧结中所需要的保温材料仅仅只是传统的1/5~1/10.烧结工艺大大降低。实验表明,耗电量仅相当于传统烧结能耗的15%左右。

  材料的品质提高。烧结温度降低,保温时间缩短,使得Ni-Zn铁氧体中易挥发成分(如ZnO)的挥发大大减少,基本解决了传统烧结篼温区时间停留过长造成的Ni-Zn铁氧体表面因为易'挥发性成分的大量挥发而导致的材料表面缺陷和成分偏析,样品内外部成分均匀性提篼。产品合格率可基本稳定在95%以上。更为有意义的是,微波烧结产品的比较篼烧成温度比传统烧结降低50~100°C,可能会为多层片式电感器件的低温烧结带来新的途径。

  4结论采用微波烧结Nx-1000铁氧体,控制烧结温度在965°C,保温时间30min为佳,样品各项性能达到产品要求。采用微波烧结Ni-Zn铁氧体,可降低能耗、缩短生产周期、提篼成品率,大幅度提篼生产效率。

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