高锰锌铁氧体制造工艺比较及高导环形磁芯产品标准与应用前景

高锰锌铁氧体制造工艺比较及高导环形磁芯产品标准与应用前景

高磁导率MnZn铁氧体磁芯制造技术及应用

摘要：本文简要比较了

介绍了锰锌铁氧体两种制造工艺即共沉淀法和氧化物法的不同特点，介绍了美国、日本、欧洲等主要公司高导电环形铁心的产品标准和应用前景。

关键词：软磁材料 MnZn 高

铁氧体共沉淀工艺环形磁芯的标准应用

1 简介

2000年全球软磁铁氧体产量约30万吨，其中镁锰锌（Mg-Zn）铁氧体材料约占25%，镍锌（NiZn）铁氧体约占20%，锰锌（MnZn）铁氧体占总产量的50%以上。目前工业化生产的MnZn铁氧体主要有：高磁导率铁氧体和高频低功耗铁氧体。前者又称高

铁氧体，后者也叫功率铁氧体。

在我国，20世纪60、70年代，磁导率初始

5000 被认为很高

铁氧体，虽然德国西门子已经开发出

铁氧体材料，但因居里温度仅为40℃，尚未实用化。

10000 及以上称为高

铁氧体。1996年，在法国举行的第七届国际铁氧体会议（ICF7）上，TDK宣布开发出一种实用的

高磁导率锰锌铁氧体材料为23000，堪称目前最高水平的高

铁氧体，但实际上最高生产水平仍然是

是15000-18000的高磁导率锰锌铁氧体材料，应用最广泛的是10000-15000的宽频带、宽温、高温铁氧体。

锰锌铁氧体。

这篇文章是关于高

对铁氧体的两种制造工艺即共沉淀法和氧化物法进行了简要的比较，并介绍了美国、日本、欧洲等主要公司的高磁导率环形铁心的产品标准和应用前景。

2. 两种工艺路线的比较

目前国内外批量生产水平较高

铁氧体磁芯的制造工艺有两种不同的方法，即共沉淀法和氧化物法，其中共沉淀法的生产规模在世界上是罕见的，可以说是具有中国特色的。

共沉淀工艺为：将一定比例的铁、锰、锌与硫酸反应生成硫酸盐，再加入碳酸氢铵和氨水在一定条件下进行化学反应生成碳酸盐沉淀，经漂洗净化、预分解生成氧化物，作为生产高导磁率锰锌铁氧体的原料。工艺流程为：选择原料→添加附加成分→溶解成分→过滤→碳酸盐共沉淀→脱水洗涤→配浆→喷雾干燥→预煅烧→砂磨机细磨→配浆→喷雾造粒→压制成型→烧结→研磨→清洗→检测。

共沉淀工艺的关键是：（1）溶解与净化：在搪瓷反应釜中加入一定量的硫酸溶液，再依次加入铁、锰、锌，溶解后过滤净化，得到高纯度的硫酸溶液；（2）共沉淀洗涤：将一定量的碳酸氢铵与氨水混合加热到一定温度，然后缓慢加入硫酸溶液，产生沉淀，再经干燥、洗涤，形成共沉淀物；（3）预烧与制粉：将共沉淀物干燥，入窑预烧，初步形成铁氧体，再经砂磨、制浆、喷雾干燥、造粒，形成颗粒物。锰锌铁氧体共沉淀粉体粒径细，杂质少，活性好，有利于提高初始磁导率，但由于粒径细，有的能达到纳米级，给成型带来困难； 另外产品一致性控制难度大，建线时环保要求比较高，投资较大。

氧化物工艺也通常称为陶瓷工艺，其工艺流程为：选择原料→称量配方→干混→制球→预烧→砂磨机细磨→制浆→喷雾造粒→压制→烧结→研磨→清洗→检测。目前，部分厂家也采用两次喷雾造粒，即在预烧前增加一次喷雾造粒工序。此工艺特点是工序少，易于微机控制，流水线文明生产，产品一致性较易控制，但有害杂质去除困难，不易提高初始磁导率。一般认为，共沉淀工艺可以生产

18000及以上的产品，氧化工艺必须达到

15000也不容易。

3. 高

环形磁芯尺寸标准

由于环形磁芯产量较大，特别是小磁芯，

铁氧体磁芯在总尺寸中占有很大比例，而且随着磁芯尺寸越来越小，尺寸精度要求越来越高，因此制造模具的成本也越来越高。因此，国际电工委员会，即IEC，曾希望对《磁性氧化物或铁粉制成的环形磁芯尺寸》（1976）标准进行扩充，制定出一个能为世界大多数国家普遍接受的磁芯尺寸新标准。为此，欧洲电工标准化委员会（CENET）、美国磁性材料制造商协会（MMPA）和IEC日本国家委员会分别向本国家或地区提交了无涂层磁性氧化物制成的环形磁芯尺寸基本资料。由于众所周知的原因，美国、日本、欧洲等国家至今尚未就此达成共识，因此IEC一直未能出台相关的新标准。

这里，笔者想简单介绍一下美国、日本、欧洲关于环形铁心尺寸的区域标准：欧洲电工标准化委员会制定了EN标准；MMPA制定了MMPA FTC 410标准；日本制定了JIS C 2569标准。详细信息可参考相应的IEC文件及相关标准。表1、表2、表3分别列出了上述三个标准中的尺寸系列。

表 1、2 和 3

，

、h分别为环形铁心的外径、内径和芯高。欧洲标准用R表示环形铁心，并规定了15种尺寸，用于小信号变压器和EMI元件；日本用FOR作为环形铁心的标志，并规定了16种尺寸，主要用于各类电源模块，在亚洲积极推广；美国用T表示环形铁心，并规定了16种尺寸，其中有6种外径小于10mm的小铁心，十分醒目。

4. 高

铁氧体的应用前景

初始磁导率

10000以上的高磁导率MnZn铁氧体主要应用于小型宽带变压器、脉冲变压器、微型电感器和低频变压器等。它们也可以用作EMI元件，例如正常模式和共模扼流圈以及小型滤波器等。以下仅举几个例子来说明它们的典型应用。

（1）程控交换机等通讯设备中用的各种音频变压器，通常都采用EP型高磁导率磁芯。

10000--12000。飞利浦目前有：EP7、EP10、EP13、EP17、EP20磁芯。目前应用最广泛的是EP13。

值越大，音频变压器的体积越小，因此随着通讯设备不断小型化，EP10将取代EP13，成为通讯设备音频变压器的主流。

价值在12000左右。

（2）计算机网卡中的变压器/滤波元件。用于连接局域网的计算机网卡，需绕制高磁导率的MnZn铁氧体磁芯，组成隔离变压器。为提高抗干扰性能，还需要EMI共模滤波器。两者通常集成为一个元件。此外，笔记本电脑等液晶显示器用的场致发光电源变压器也需要高磁导率的磁芯。

（3）宽带数字网络技术的发展带动了宽带变压器的市场需求。为了防止数字或模拟信号在宽带数字网络中传输时发生明显失真，宽带变压器（包括宽带信号变压器和脉冲变压器）必不可少。工作带宽与变压器的功率密度密切相关。

MnZn铁氧体磁芯的尺寸与MnZn铁氧体磁芯的尺寸成正比，因此用高磁导率MnZn铁氧体磁芯制作的宽带变压器的市场前景良好。目前脉冲变压器已成为PCB中最大的元器件之一，由此可见开发生产高磁导率MnZn铁氧体的重要性和紧迫性。

（4）电磁兼容技术呼唤高性能抗EMI元器件的发展。计算机、通信、网络等电子设备和系统的电磁兼容性，不仅关系到设备和系统的可靠性和安全性，而且与人类的电磁环境也息息相关。为此，抗电磁干扰元器件即EMI元器件应运而生。在低频段，用高磁导率MnZn铁氧体磁芯制成的常模电感器、共模电感器和小型滤波器等EMI元器件已得到广泛应用。

此外，高磁导率MnZn铁氧体还可用于电流变压器、脉冲延迟线和晶体管驱动变压器等。

目前，国内外著名公司如、TDK等生产的高磁导率MnZn铁氧体磁芯

价值在10,000左右的通常制成RM，P，EP，E，ER和环形磁芯，但

一般外径15000及以上的小磁芯都是环形的，从表1-3可以看出，美国标准中外径小于10mm的小磁芯有6种，可见其应用十分广泛。随着电子信息产业的飞速发展，计算机、通信等电子设备日趋薄型化、小型化，外径小于5mm的小磁芯品种越来越多，市场需求量也越来越大。除高导磁率MnZn铁氧体小磁芯外，NiZn小磁芯的需求量也越来越大，特别是在变压器/滤波器/EMI抑制器等元器件及多功能模块中，应用前景值得密切关注。

需要指出的是，高磁导率MnZn铁氧体磁芯的生产和应用还必须解决小环形磁芯质量检测技术、磁芯表面涂层技术、耐压测试技术等关键技术，否则难以实现大规模批量生产。■