李栓強

（陜西金山電器有限公司 陜西 咸陽 712021）

軟磁鐵氧體材料由于具有高磁導率、高電阻率、低損耗及陶瓷的耐磨性，因而在電視機的電子束偏轉線圈、回掃變壓器、收音機扼流圈、中周變壓器、電感器、開關電源、通訊設備、濾波器、計算機、電子鎮(zhèn)流器、抗EMI、新能源、節(jié)能環(huán)保、通信網絡、光伏產業(yè)等得到了廣泛的應用。

1 軟磁鐵氧體發(fā)展過程

一般地，從應用角度來分，軟磁鐵氧體材料主要分為功率材料和高磁導率材料2大類。為適應世界電子技術發(fā)展的需要，這2類鐵氧體材料都已經得到了很大的發(fā)展，并且它們各自的分類也越來越細?，F代功率鐵氧體材料主要分為2大類：一類主要用于高頻開關電源，即所謂高頻低功耗材料；另一類主要用于高清晰度彩色電視機和顯示器，即所謂偏轉磁芯。

1932 ～1933年，日本的加藤和武井2人研制出銅鋅復合鐵氧體軟磁材料和鈷鐵氧體永磁材料后，荷蘭菲利普公司以Snoek為首進行了各種尖晶石鐵氧體的系統(tǒng)研究，1946年出現了軟磁鐵氧體的商品生產，1950年初立方晶系軟磁鐵氧體材料進入商品化。1952年日本岡村敏彥發(fā)明了錳鋅鐵氧體，從而為以后的軟磁鐵氧體材料工業(yè)化打下基礎。20世紀60年代是軟磁鐵氧體材料發(fā)展歷程中很重要的時間。1960年開始對MnZn鐵氧體的生成氣氛進行研究，對控制Fe2＋濃度、Mn離子的變價起著重要的作用，從而為制備高質量MnZn鐵氧體鋪平道路。日本TDK公司在國際上最早批量生產各種軟磁鐵氧體磁芯，它既是軟磁鐵氧體磁芯材料的生產者，同時又是各種軟磁鐵氧體磁芯器件的開發(fā)和使用者。因此不論是從材料的開發(fā)上，還是從材料的應用上，TDK公司對世界軟磁鐵氧體的發(fā)展都起著重要作用。有關鐵氧體方面的新材料、新工藝、新技術，以至新的應用領域大都是由TDK公司首先推出的，世界各大鐵氧體生產企業(yè)也都緊跟TDK的發(fā)展步伐。開關電源變壓器中很早就開始使用軟磁功率鐵氧體材料，隨著開關電源工作頻率的不斷提高，這種功率鐵氧體材料經歷了幾代發(fā)展。最初，為適應開關電源市場的需要，TDK于20世紀70年代初開發(fā)出第一代功率鐵氧體材料如HC35。由于第一代材料的功耗較大，只能用在中心工作頻率為20kHz左右的開關電源中。后來TDK于20世紀80年代初開發(fā)出了第二代功率鐵氧體材料如H7C1（PC30），不僅將中心工作頻率提高到了100kHz左右，大大提高了開關電源的使用頻率，減小了開關電源的體積，同時這種材料功耗隨著器件溫度的升高，功耗呈現下降趨勢，在器件溫度達100℃左右時損耗達最低，也即目前眾所周知的功耗溫度系數在一定溫度范圍內呈負相關特性。80年代中后期，為了滿足電子產品小型化、輕量化、薄型化、高效化的發(fā)展要求，第三代功率材料（PC40／6H20／N67／3F3等）將開關電源頻率提高到100kHz，同時還大大降低了材料的功耗，提高開關電源的效率。20世紀90年代末至21世紀初，TDK、FDK等公司又相繼開發(fā)成功具有超低損耗的功率鐵氧體材料，并成功地進行批量生產。20世紀90年代器件小型化、輕量化、薄型化、高效化的發(fā)展趨勢有增無減，開關電源的工作頻率直指500kHz，為更小體積的發(fā)展提供技術保證。TDK、FDK、飛利浦、西門子等開發(fā)的第4代功率鐵氧體材料，滿足了開關電源進一步對輕、小、薄的需要，這一發(fā)展方向進入新世紀以來繼續(xù)快速發(fā)展。開關電源用功率MnZn鐵氧體材料主要有2大發(fā)展趨勢：一是繼續(xù)向超低功耗方向發(fā)展；二是繼續(xù)向高頻化方向發(fā)展。今后功率鐵氧體材料研究開發(fā)的重點仍然是向小型化、高頻化、低損耗化方向發(fā)展，同時要求材料應具有更高的室溫及高溫Bs、更好的直流疊加特性及溫度特性等。

高磁導率鐵氧體材料也經歷了類似的發(fā)展歷程，20世紀60年代德國Siemens公司的研究人員就在實驗室制得初始磁導率μi＝40 000的材料，盡管其TC只有40℃，實用價值不大，但是至今仍保持著最高的μi記錄。日本TDK公司早在1986年就在生產的 H5C2（μi＞104）的基礎上成功地開發(fā)出了商品化的系列高磁導率MnZn鐵氧體材料如 H5D（μi＞15 000）和 H5E（μi＞18000）等，但這2種材料的適用頻率范圍分別低于50kHz和10kHz，高頻特性很差，因而大大限制了其應用范圍。隨著電子技術的發(fā)展，在抗電磁干擾噪聲濾波器、電子電路寬帶變壓器、綜合業(yè)務數據網（ISDN）、局域網（LAN）、寬域網（WAN）、背景照明等領域中需要大量頻率特性優(yōu)良的高磁導率MnZn鐵氧體材料。

2 軟磁鐵氧體材料發(fā)展趨勢

由于電子元器件向高穩(wěn)定、高可靠、輕薄短小、寬適應性等方向發(fā)展，對各種磁性材料提出了更高的要求，即高性能、高穩(wěn)定和高可靠、寬適應性。軟磁鐵氧體發(fā)展有以下幾方面：

1）為滿足開關電源小型化、輕量化、高性能化要求，功率鐵氧體將向高頻化、低功耗方向發(fā)展。

2）為適應多媒體通信、數字通信和移動通信及光纖通信小型化和寬頻帶，高磁導率材料將向更高磁導率和更高的工作頻率發(fā)展。

3）為滿足寬屏幕、高清晰度電視及高分辨計算機顯示器的要求，應開發(fā)高飽和磁感應強度、低的損耗和嚴格的形狀尺寸公差的軟磁鐵氧體磁芯。

4）為適應高檔小型電感器及減少、抑制、消除電磁污染和干擾的需要，高頻軟磁鐵氧體材料及器件將向高性能、高可靠、片式化、貼裝化、薄膜化方向發(fā)展。

由于開關電源、射頻通訊、抗電磁干擾、高清晰度電視、新型節(jié)能照明燈具及環(huán)保等新興產業(yè)的發(fā)展，加上家電產業(yè)和計算機、傳真機、程控交換機等工業(yè)發(fā)展長盛不衰，軟磁鐵氧體應用范圍及市場需求將保持高速增長。

3 軟磁鐵氧體材料的應用

軟磁鐵氧體材料經過幾十年發(fā)展，得到廣泛應用，特別是在IT、綠色照明、通信、新能源、節(jié)能環(huán)保等領域同樣得到廣泛應用。

3.1 綠色照明和節(jié)能設備

節(jié)能環(huán)保是目前全人類面臨的共同課題，前景無限美好。綠色照明節(jié)能設備正在成為全球數億個家庭的必用品，這形成了目前和未來軟磁材料最龐大的市場之一。隨著技術的進一步發(fā)展，未來LED的應用市場結構也將產生較大的變化，LED背光源市場規(guī)模將成為最大應用領域，功能性及普通照明的市場規(guī)模也將快速增長。

3.2 光伏發(fā)電產業(yè)

光伏發(fā)電是21世紀最有發(fā)展前途的一種可再生能源發(fā)電方式。由于它利用潔凈太陽光能，有利于環(huán)境保護，無可動部件，在光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器中，軟磁鐵氧體磁心制備的器件得到應用。

3.3 通信網絡

磁性電子元器件，特別是軟磁器件在通訊中有著極其重要的作用。在通信網絡應用中，磁性材料必須滿足高頻率、小型化、高磁性能、低損耗和抗電磁干擾的要求。通信網絡技術發(fā)展將給軟磁鐵氧體器件發(fā)展提供巨大空間。

3.4 新能源汽車和汽車電子

我國汽車工業(yè)發(fā)展世界矚目，汽車電子的迅猛發(fā)展給軟磁鐵氧體提供了一個廣闊的應用領域。新能源汽車自身發(fā)展優(yōu)勢，將會帶動軟磁鐵氧體發(fā)展。

3.5 IT產業(yè)

隨著筆記本電腦里電子元件的時鐘頻率的提高和小型化，應用的元件也必須相應的高頻化，片式化，使軟磁鐵氧體發(fā)展具有廣闊的發(fā)展前景。

3.6 彩色電視機

彩電在中國消費類電子產品中一直占主導地位，同樣是軟磁鐵氧體材料使用量比較大的一個行業(yè)。自從20世紀80年代電視機逐步發(fā)展以來，軟磁鐵氧體得到迅速發(fā)展，隨著平板電視的發(fā)展壯大，將為軟磁鐵氧體材料發(fā)展帶來新的機遇。

軟磁鐵氧體材料是應用最廣、用量最大的一種磁性材料。隨著信息產業(yè)的迅速發(fā)展和全球范圍內的經濟復蘇及快速增長，國際國內對軟磁鐵氧體的大生產工藝技術、相關設備、應用技術及其發(fā)展方向的研究不斷深入，各種新興產業(yè)的快速發(fā)展以及傳統(tǒng)產業(yè)的升級改造，將給軟磁鐵氧體材料帶來廣闊的應用空間。