“双碳”战略背景下铁氧体磁性材料及器件发展机遇

新型电力电子(PE)系统的构建是减少二氧化碳排放的重要手段,磁性材料及器件是构建该系统最重要的电子元件之一。介绍了最新PE系统中使用的磁性材料及器件,证实了磁性材料及器件在新型PE系统中的重要作用。分析了我国铁氧体软磁材料发展状况及与世界最先进水平之间存在的差距,提出要与系统设计者加强交流合作,共同推进新型PE系统的发展,让磁性材料与器件为实现“双碳”目标做出更大的贡献。

基于软磁复合磁心的一体成型电感设计及性能分析

利用绝缘包覆处理后的Fe-Cr-Si-B非晶合金和羰基铁粉制备了复合磁心。软磁性能测试结果显示,其在1 MHz处有效磁导率为12.8;开展目标感值为2.0μH、6 mm×6 mm×3 mm典型规格一体成型电感设计研究,利用电磁仿真软件ANSYS Maxwell建立电感模型并进行了电磁特性仿真分析,获得优化的线圈结构参数,在线圈直径D=3 mm、匝数N=8.5时可实现感值2.09μH、饱和电流约20 A;根据设计参数制作了一体成型电感样品,实测性能指标与仿真结果较为接近。

Fe-Cr-Si-B-C合金粉末非晶形成能力及其软磁性能

针对雾化Fe-Cr-Si-B-C合金粉末的非晶形成能力及软磁性能进行了分析。结果表明,从热力学角度而言,该成分合金具有较大的液固转变吉布斯自由能,且混合焓、混合熵、原子半径差异等参数值较好地满足高非晶形成能力的成分设计要求;从动力学角度而言,该合金的高非晶形成能力和高热稳定性主要源于其相对较高的结晶成核和晶体生长表观激活能;同时,Fe-Cr-Si-B-C非晶软磁合金粉末具有良好的软磁特性,饱和磁化强度和矫顽力分别为157.41 emu/g和0.65 Oe,复合粉心在1 MHz处有效磁导率为16.8,品质因数为96.8,且在100 Oe直流偏置场作用下磁导率维持在87.8%的水平。

Co^(2+)或Sn^(4+)对MnZn功率铁氧体磁特性的影响研究

用普通陶瓷工艺制备了掺Co2+及Sn4+的MnZn功率铁氧体材料,研究了Co2+及Sn4+杂质掺入对MnZn功率铁氧体磁性能的影响。研究结果表明,由于Co2+具有大的正的磁晶各向异性常数K1,所以可与MnZn功率铁氧体负的K1进行补偿。当CoO掺入量为2×10-3时,可得到在20～120℃温度范围内具有非常平坦功率损耗 温度特性的MnZn功率铁氧体。Co2+的掺入还可以大大改善MnZn功率铁氧体的起始磁导率的温度特性。由于Sn4+掺入MnZn功率铁氧体时,Sn4+进入晶格中,减少了Fe3+ Fe2+之间的电子跳跃,提高了材料电阻率。当SnO2掺入量为4×10-4时,可得到具有很低功率损耗的MnZn功率铁氧体材料。

纳米磁性多层膜的微波电磁特性研究

采用射频磁控溅射法制备了FeCoB/SiO2纳米磁性多层膜,并对其微波特性进行研究。用微波谐振腔法测量了该薄膜的复磁导率,2GHz频率处复磁导率实部及虚部分别可达251和22.7。重点研究了多层膜结构中介质层厚度及薄膜总厚度对磁导率的影响,同时结合直流电阻率ρ、静态磁参数Bs、Hc的测量结果分析,探讨了纳米磁性多层膜的微波高磁导率机理,并提出了微波频率下获得高磁导率及低磁损耗的途径。实验结果也表明这种纳米磁性多层膜材料有望在高频平面变压器、平面电感器、薄膜电磁干扰抑制器等领域获得应用。

掺杂对高磁导率MnZn铁氧体磁特性的影响

研究了CaCO3 和Bi2 O3 掺杂及烧结气氛对高磁导率MnZn铁氧体磁特性及微观结构的影响 .研究结果表明 ,由于CaCO3 存在于晶界 ,合适的CaCO3 掺入量会使晶界明显 ,晶粒均匀 ,起始磁导率增加 .同时由于Ca2 + 与Si4+ 共同形成高电阻的晶界层 ,能够改善材料的起始磁导率的频率特性 .由于Bi2 O3 在烧结过程中分布在晶界 ,掺入Bi2 O3 促进了晶粒生长 .为了减小烧结样品内部和外部氧含量的差别 ,必须通过控制烧结气氛 ,保证Zn2 + 尽可能少挥发 ,同时防止Fe和Mn离子变价 。

宽频带橡胶复合铁氧体电磁波吸波材料研究

采用M型六角晶系铁氧体材料与橡胶复合构成宽频带、薄型电磁波吸波材料。介绍了材料配方、制备工艺与特性。用弓形法,在2～18GHz频率范围研究了这种复合吸波材料的反射率特性,通过合理组合成复合吸波材料,当总厚度为20mm时,可在2～18GHz频率范围实现反射率≤-10dB。

应用于下一代数据中心高压直流配电系统中的高频软磁铁氧体器件

作为数据中心大国,我国数据中心建设飞速发展。与数据中心节能、安全密切相关的高压直流(HVDC)配电系统研究成为热门课题。基于氮化镓(Ga N)、碳化硅(SiC)的第三代半导体器件,是HVDC配电系统LLC谐振变换器的首选电路拓扑,降低高频铁氧体变压器的功率损耗对该电路的效率提升起着极为重要的作用。介绍了国外应用于该电路的高频铁氧体磁性材料的研发状态,及降低变压器绕组导线损耗的研究成果。

纳米磁性颗粒膜的制备及微波电磁特性研究

用磁控溅射法制备了FeCoSiB纳米磁性颗粒膜 ,使用微波矢量网络分析仪 ,用波导法在C波段测量了溅射膜的微波复数磁导率、复介电常数的频散特性 ,分析了纳米磁性颗粒膜微波频率下高导磁率的机理。实验结果表明 ,纳米磁性颗粒膜除在民用的超薄、超轻信息设备中作为新一代微磁器件的重要材料外 ,还将有可能成为一种全新、大跨度的抗电磁干扰及雷达波吸波材料。

机械合金化制备的Fe-Si-Al合金的微结构及电磁特性研究

采用机械合金化方法制备了Fe-Si-Al磁性合金。用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及微波矢量网络分析仪分别观测了机械合金化过程中材料的形貌、相结构以及微波频率下材料的复介电常数e和复磁导率m。分析了机械合金化实验过程中材料特性变化的规律。实验证明,Fe-Si-Al的机械合金化有一最佳工艺条件,用机械合金化制备的Fe-Si-Al合金可作为新型的抗电磁干扰材料应用于电磁兼容系统。

准微波频段应用的Co_2Z型平面六角铁氧体材料

以2GHz频率下材料磁导率的实部、虚部均大于10为研究目标,对Co2Z型平面六角铁氧体材料,以磁导率理论计算表示式为基础,分析了饱和磁化强度Ms、面内各向异性场Hφ、面外各向异性场Hθ以及阻尼系数α对材料磁谱的影响。根据理论分析的结果,对Co2Z型平面六角铁氧体材料,从配方、掺杂及工艺参数优化等方面进行实验研究,得到了一组满足2GHz频率下μ′、μ″>10的配方、掺杂及工艺条件。理论分析和实验结果表明,我们可以在一定范围内调整材料磁导率、共振频率及共振峰值的宽度,从而使研制的材料适用于更宽的频率范围。

低损耗Mn-Zn功率铁氧体研究进展

介绍了低损耗功率铁氧体最新研究动向,其中包括阴离子对Mn-Zn铁氧体晶界特性的影响及其机理以及功耗与工艺参数及微结构的关系。

甚高频段应用的Co_2-Z型铁氧体材料研究

采用普通陶瓷工艺,制备了适用于甚高频段(UHF)的Co_2-Z型六角晶系铁氧体材料。通过测量这种材料的复数磁导率μ的频散特性,发现其共振频率可达3GHz以上。测试不同烧结温度下的样品的磁谱表明,随着烧结温度的上升,复数磁导率μ的实部μ′上升,但共振频率f_r和截止频率f_c均下降。SEM照片显示,这是由于晶粒随烧结温度升高而长大所致。

纳米磁性颗粒膜研究进展

磁性纳米颗粒薄膜是一种能广泛用于平面变压器、高频小型化平面电感器、薄膜电磁干扰抑制器及GHz频段薄膜磁场传感器的新型软磁薄膜材料。纳米磁性薄膜具有金属磁性材料的高饱和磁化强度特性,同时又具有接近铁氧体磁性材料的高电阻率特性。这种材料从低频到微波频段具有很高的复磁导率实部。本文综述了几种典型纳米颗粒薄膜的磁特性。

扁平金属磁性微粉的工艺与抗电磁干扰特性

评述了使用扁平化金属微粉磁性材料作为抗 EMI材料的设计思路、制备工艺及其对磁特性的影响 ,最后给出了使用这种扁平化金属微粉磁性材料与聚合物混合制成的柔软可挠性抗 EMI材料的抗

热敏铁氧体开关元件

叙述了热敏铁氧体开关元件的工作原理。通过对尖晶石铁氧体材料温度特性的分析,制备了三种不同居里温度的热敏铁氧体材料。用该材料研制成功了常闭、常开型热敏铁氧体开关元件。该元件动作温度误差≤2℃,迟滞温度<3℃。

应用于高功率密度DC/DC变换器的铁氧体材料

高功率密度DC/DC变换器广泛应用于各种电子系统,对应用于其中的铁氧体材料提出了新的要求。分析了国内外DC/DC变换器的新近研究,总结了应用于这些高功率密度DC/DC变换器系统中的铁氧体磁性材料的主要特性,为结合实际需求进行高频低损耗铁氧体材料研发提供参考。

静磁波基本特性及其频散特性控制

静磁波技术在无线电引信中有着广阔的应用前景，经过多年研究已经达到了实用化水平。文中论述静磁波的基本特性，包括不同模式、频散关系、频带特性等等。结合引信系统中的应用。

尖晶石型铁氧体薄膜的化学镀技术及其应用

介绍了最新的铁氧体磁性薄膜的化学镀技术、沉积机理及其应用。

扁平状Fe-Si-Al合金微粉的抗EMI特性研究

评述了用扁平状Fe Si Al合金微粉磁性材料制备的抗EMI材料的工艺、特性。用机械合金化方法制备了Fe Si Al磁性合金 ,研究了不同机械合金化时间材料的相结构、电磁特性。实验证明 ,用机械合金化制备的Fe Si Al合金能应用于抗电磁干扰系统。