环境温度-湿度对NiCuZn软磁铁氧体型高频电流传感器性能的影响研究

高频电流法是检测电力电缆局部放电的重要手段,依据高频电流传感器磁芯的传输阻抗值可以判断局部放电是否发生以及局部放电的位置。电力电缆的服役环境较为复杂,环境温度和湿度变化较大,对磁芯的传输阻抗有很大的影响。目前,关于温度-湿度对磁芯性能的影响研究还未见报道。有鉴于此,基于固相反应法制备NiCuZn软磁铁氧体型高频电流传感器磁芯,测试起始磁导率、饱和磁感应强度和电阻率,重点研究不同温度和湿度下,NiCuZn软磁铁氧体传输阻抗的变化规律,测试温度循环变化下磁芯的传输阻抗值变化,并利用能谱仪(EDS)对实验后的磁芯主要化学成分进行表征,分析相关机理。实验结果表明:环境温度和湿度对铁氧体材料的性能影响非常显著,尤其当频率在60~100 MHz之间时,传输阻抗值最多降低约92%。

原料粉体粒径对NiCuZn软磁铁氧体微观结构和磁性能的影响

通过改变二次球磨时间(1~6 h)调控原料粉体粒径,采用固相烧结法制备NiCuZn软磁铁氧体,研究了原料粉体粒径对软磁铁氧体微观结构和磁性能的影响。结果表明:粉体粒径随着二次球磨时间的延长而减小,尺寸分布逐渐集中;制备的软磁铁氧体晶粒尺寸的均匀性先变好后变差,晶界先变清晰后变模糊;随着粉体粒径的减小,NiCuZn软磁铁氧体的起始磁导率、饱和磁感应强度、相对密度及电阻率均先增大后减小,功率损耗先减小后增大;当二次球磨时间为3 h时,粉体粒径主要集中在2.5~3.5μm,平均粒径为3.237μm,烧结制备的软磁铁氧体的晶界较为清晰,晶粒尺寸均匀,起始磁导率、饱和磁感应强度最大,分别为1385 H·m^(-1)和360 mT,功率损耗最小,为284 kW·m^(-3)。

NiCuZn铁氧体的组成对PZT/NiCuZn材料性能的影响

首先用sol-gel法制得了Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3纳米粉料(简称PZT),然后采用固相反应法制备了ζ(PZT:NiCuZn)为1:9和3:7的两种复合材料。研究Ni0.26-xCu0.19+xZn0.55Fe2O4铁氧体的组成对低温烧结复合材料的显微结构、电磁性能的影响。结果表明:当x=0.02的化学组成为主配方时,复合材料可实现900℃低温烧结,且ζ(PZT:NiCuZn)为1:9的复合材料的μi高达92,Q值为39,ε′为19;而ζ(PZT:NiCuZn)为3:7的复合材料的μi为26,Q值为19,ε′为32。

添加Ta_2O_5对NiCuZn铁氧体显微结构及磁性能的影响

采用固相反应法制备添加Ta2O5的NiCuZn铁氧体,研究了不同Ta2O5含量对NiCuZn铁氧体显微结构,静磁性能和高频损耗的影响。结果表明:Ta2O5具有细化NiCuZn铁氧体晶粒的作用,可降低材料的烧结密度。随着Ta2O5含量的增加,样品的饱和磁感应强度和起始磁导率单调减小,矫顽力则逐渐增大,截止频率逐渐升高,而高频损耗呈先降低后增加的趋势,其主导因素由剩余损耗逐渐过渡到磁滞损耗。当Ta2O5含量为0.12wt%时,样品在3 MHz、10 mT、100℃下总损耗最小,为139 mW/cm3,其中磁滞损耗和剩余损耗分别为93 mW/cm3和46 mW/cm3。

BBSZ玻璃掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响

采用传统的陶瓷工艺,低温烧结制备了Bi2O3-H3BO3-SiO2-ZnO(BBSZ)玻璃掺杂的NiCuZn铁氧体材料,研究了BBSZ掺杂量对铁氧体材料烧结密度、微观形貌和电磁性能的影响。研究表明,适量的BBSZ掺杂可以显著改善铁氧体的烧结性能和微观结构,进而对其电磁性能产生明显的影响。当BBSZ掺杂量为质量分数0.75%时,获得的铁氧体样品均匀致密且具有最佳的综合电磁性能,其烧结密度ρ、起始磁导率μi、品质因数Q以及饱和磁感应强度Bs分别为5.19g/cm3,164,122和403mT,均达到最大值,而其矫顽力Hc则达到最小值217A/m。

化学共沉淀法制备NiCuZn铁氧体微粉及其磁性能

采用预烧氧化法(化学共沉淀法制备的前驱体在高温下预烧)制备了NiCuZn铁氧体微粉。结果表明,预烧氧化法制备的NiCuZn铁氧体微粉平均晶粒尺寸约为44.1nm。随着预烧温度升高,样品D50增大。当预烧温度为850℃时,平均颗粒尺寸为2μm左右,比饱和磁化强度为62A.m2/kg,起始磁导率约为90,损耗也较小,截止频率为59MHz。

Co^(2+)取代与Li^+掺杂对NiCuZn铁氧体磁性能和直流叠加特性的影响

采用固相反应法制备了低温烧结NiCuZn铁氧体,研究了Co2+取代与Li+掺杂对NiCuZn铁氧体材料的饱和磁感应强度、剩磁、矫顽力、起始磁导率以及在直流偏置场下增量磁导率的影响。研究表明,适量的Co2+取代与Li1+掺杂会通过影响铁氧体材料的磁晶各向异性常数在一定程度上影响材料的磁导率。随着直流偏置场的增大,材料的磁导率会下降,下降的缓慢程度与材料的饱和磁感应强度、剩磁以及矫顽力有关。在较大的直流偏置场作用下,材料增量磁导率的下降程度主要由矫顽力决定。

助烧剂对NiCuZn铁氧体直流叠加特性的影响

采用固相反应法制备了NiCuZn铁氧体,研究了晶粒尺寸和添加玻璃对材料直流叠加性能的影响。结果表明,单独添加Bi2O3时,在一定范围内,晶粒尺寸越大,材料的直流叠加特性越差。单独添加玻璃时,助烧效果较差,烧结温度较高,晶粒之间浸润性也较差。复合添加玻璃和Bi2O3能较好的抑制晶粒的生长并且获得了较好的直流叠加性能,材料的磁导率也能保持在一定范围内。

Bi_2O_3-MoO_3复合掺杂对NiCuZn铁氧体烧结特性和磁性能的影响

研究了采用Bi2O3-MoO3复合掺杂的方式来降低NiCuZn铁氧体的烧结温度及提高电磁性能。结果表明:适量的Bi2O3-MoO3复合掺杂,可在900℃烧结,起始磁导率μi>800,适用于高感量、小尺寸片式感性器件的制备。

Bi_2O_3-Nb_2O_5复合掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响

运用Bi2O3-Nb2O5复合掺杂的陶瓷工艺,制备了NiCuZn铁氧体。从其微观结构出发,采用SEM分析手段,研究了Bi2O3-Nb2O5复合掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响。结果表明:适量的Bi2O3-Nb2O5复合掺杂,既有利于细化晶粒、促进晶粒均匀致密,又提高了品质因数Q,其磁性能明显优于单独掺杂。在掺杂总量的质量分数为0.5%、烧结温度为900℃、ζ(Bi2O3:Nb2O5)为7:3时,铁氧体的密度ρ为5.15g/cm3、起始磁导率μi为820.9、Q值可达110.5。

MoO_3掺杂对高磁导率NiCuZn铁氧体性能的影响

为获得具有高磁导率、高居里温度的NiCuZn铁氧体材料 ,研究了MoO3掺杂对NiCuZn铁氧体微观结构及电磁性能的影响。少量MoO3掺杂可使铁氧体晶粒尺寸增大 ,均匀性改善 ,起始磁导率提高 ,而居里温度仅有较小幅值的下降。但掺杂过量时 ,晶粒中气孔率增加 ,起始磁导率下降 ,损耗也大为增加。在配方 (Ni0 2 8Cu0 1 Zn0 6 2 )Fe2 0 4 O4 中 ,当MoO3掺杂为 0 12wt%时 ,可获得起始磁导率为 2 6 5 0 ,而居里温度高达到 10 5℃的铁氧体材料。

显微组织对NiCuZn铁氧体磁导率温度特性的影响

采用传统氧化物法制备了具有(Ni0.27Zn0.64Cux)Fe1.98O4(x=0.1,0.2)成分分子式的NiCuZn铁氧体,通过调整成分和改变烧结温度获得具有不同显微组织的铁氧体样品,并研究了其显微组织对磁导率温度稳定性的影响.结果表明:晶界气孔会产生较大退磁场,由于该退磁场对温度变化不敏感,可增强总有效各向异性场的温度稳定性,从而改善铁氧体磁导率的温度稳定性;然而,晶粒内部的气孔对铁氧体磁导率的温度稳定性会产生显著的恶化影响,其原因在于:在磁化过程中,晶粒内部气孔对畴壁移动具有很强的钉扎效果,会减少壁移磁化对铁氧体磁导率的贡献.与壁移磁化磁导率相比,畴转磁化磁导率对温度变化更为敏感.铁氧体晶粒内部气孔数量越多,铁氧体磁导率的温度稳定性就越差.

缺铁量对氧化物法低温烧结NiCuZn铁氧体电磁性能的影响

用固相反应法(氧化物法)制备了成分为Ni1-a-xZnxCuaFe2-δO4(0.15<a<0.25,0.1<x<0.65)的铁氧体超细粉。实验表明平均粒度随球磨时间的延长而减小,钢球和ZrO2球的球磨效果很相近。球磨粉料的平均粒度<0.2μm。给出了烧结样品的起始磁导率μi和Q值与缺铁量的关系。研究了缺铁量对材料磁导率频率特性和居里温度的影响。获得了良好低温烧结NiCuZn电磁性能:在860～880℃的烧结温度下,μi>835(1±10%),Q值>145,比温度系数α<1×10-6/℃,居里温度TC:125℃,电阻率ρ>1012Ω·cm,比损耗因子tgδ/μ<8.4×10-6,Bi2O3添加量仅为0.25mol%。

Co^(2+)替代对NiCuZn铁氧体电磁性能的影响

采用固相反应法制备了低温烧结NiCuZn铁氧体,研究了Co2+替代量对铁氧体材料显微结构、饱和磁感应强度、矫顽力以及在偏置磁场下磁导率和品质因数的影响。研究表明,对于低磁导率的NiCuZn铁氧体,适量Co2+替代可对铁氧体负的磁晶各向异性常数进行补偿,能在一定程度上提升材料的磁导率。在大直流偏置场的作用下,铁氧体的磁导率都出现明显的下降,而矫顽力是决定其增量磁导率的主要因素。

低温烧结NiCuZn铁氧体材料的研究现状及进展

阐述了叠层片式电感线圈的现状及其低温共烧技术,详细介绍了铁氧体粉料制备的工艺方法,并从配方要求,添加剂的作用等方面综合介绍了国内外的研究情况及最新进展,指出了今后软磁铁氧体研究的主要方向及所要达到的性能要求,展望了低温烧结铁氧体的发展趋势.

NiCuZn铁氧体的偏置特性及温度稳定性研究

采用传统陶瓷制备工艺制备了NiCuZn铁氧体材料。研究了V2O5、MoO3掺杂对NiCuZn铁氧体材料的微观形貌、直流叠加性能、温度稳定性的影响。研究表明,适量添加V2O5、MoO3可增加铁氧体材料晶界非磁性相的厚度,提高退磁场Hd;从而降低铁氧体材料的磁导率在直流叠加磁场作用下的下降速度。适量添加V2O5、MoO3可调整材料的晶粒尺寸及气孔、晶界等非磁性相的含量;进而改变饱和磁化强度、磁各向异性场、退磁场对材料磁导率的影响权重,最终达到调整材料温度系数的目的。

添加MoO_3对NiCuZn铁氧体磁性能的影响

研究了添加MoO3对NiCuZn铁氧体起始磁导率及其它某些材料性能的影响。结果表明,添加MoO3在促进晶粒生长的同时,也导致了材料中气孔率的增加,而这反过来又阻碍晶粒的生长。因此材料起始磁导率和晶粒尺寸随MoO3添加量的增加呈先上升后下降的趋势。通过延长保温时间,可有效降低材料中的气孔率,从而获得具有更高起始磁导率的NiCuZn材料,最高起始磁导率可达2930。

低温烧结NiCuZn铁氧体的软磁特性

用溶胶-凝胶法制备了NiCuZn铁氧体.给出了Ni0.75-xZnxCu0.25Fe2O4的磁导率频谱曲线及μi、fr、Ms、Hc、TC随Zn含量x的变化.获得了在860~875℃的烧结温度下(100kHz下)起始磁导率μi = 610~300、比损耗因子tanδ/μi=(1.1~4.6)×10-6,和在880℃下烧结μi > 1000的良好性能.

Bi_2O_3掺杂对NiCuZn铁氧体材料磁性能的影响

采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备Ni0.2Cu0.2Zn0.6Fe2O4铁氧体材料。基于低温共烧铁氧体(LTCF)技术的要求,研究了掺杂Bi2O3对NiCuZn铁氧体材料的微结构和电磁性能的影响。结果表明,采用溶胶-凝胶法制备的NiCuZn材料,通过掺杂Bi2O3助烧剂,880℃低温烧结4h,已经生成所要的尖晶石相铁氧体;SEM显示随着Bi2O3的加入,NiCuZn铁氧体晶粒逐渐变大,生长均匀。在磁性能方面,添加3wt%Bi2O3时饱和磁化强度达到了77.03 A·m2/kg。Bi2O3在促进NiCuZn铁氧体烧结的同时,增大了材料的磁导率。

低温烧结NiCuZn铁氧体材料及叠层片式电感应用研究

从模拟向数字、定频向变频、接插件向平面片式化的方向发展是当前电子信息技术变革的主要方向,而叠层片式电感器件及其相关的低温共烧铁氧体材料,则是实现无源接插件向平面片式化发展的技术瓶颈。通过理论分析、材料研制以及器件应用验证三位一体的研究模式,实现了从材料微观、宏观性能的分析到材料研制途径和工艺优化以及片式器件设计及制备的综合调控,为开发高性能的低温烧结NiCuZn铁氧体材料及叠层片式电感器件奠定理论和实践基础。在理论研究方面,首先分析了决定低温烧结NiCuZn铁氧体材料主要磁性能:包括起始磁导率、品质因数、饱和磁感应强度、居里温度和矫顽力等的关键影响因素,为材料研制过程中如何控制和改善这些磁性能提供了重要的理论指导。然后又从物质迁移的角度探讨了促进NiCuZn铁氧体低温烧结和致密化的有效途径。此外,为了实现低温烧结NiCuZn铁氧体能够根据磁导率目标要求进行材料配方的"量身定制",还结合理论推导和数值拟合得到NiCuZn铁氧体磁导率的半经验计算公式,并基于遗传算法建立配方优化设计程序,大大提高了材料研发的效率和速度。在材料实验研究方面,分别采用了三种方法,即氧化物法、sol-gel法以及复合法对低温烧结NiCuZn铁氧体展开研究。在氧化法材料研制过程中,首先明确了NiCuZn铁氧体配方设计的基本原则,并在此基础上详细研究了主配方中CuO含量对材料烧结特性、微观形貌及电磁性能的影响,确定当主配方中x(CuO)为10.2%时,能较好兼顾材料低温烧结和高电磁性能的要求。此后通过对比实验,详细研究了预烧温度、球磨时间以及升温速率等制备工艺参数对材料烧结特性和电磁性能的影响。确定了低温烧结NiCuZn铁氧体最佳的预烧温度为800℃;最佳的二次球磨时间为24 h;最佳的升温速率应≤2.5℃/min。最后研究了不同的掺杂组合模式对材料性能的影响,明确了获得高磁导率的掺杂模式为:加入物的最佳质量分数是1.5%Bi2O3+0.3%WO3;兼顾高磁导率和高品质因数的掺杂模式为:1.5%Bi2O3+0.3%WO3+0.2%Co2O3。在sol-gel法低温烧结NiCuZn铁氧体材料研制过程中,首先对工艺过程中形成的干凝胶、自蔓延燃烧粉末以及最终烧结样品的晶相结构进行了分析。明确了经过自蔓延燃烧后的粉末已经铁氧体化,且粉末颗粒尺寸仅为几十纳米,具有很好的表面自由能。然后将sol-gel法与氧化物法制备样品的烧结特性和电磁性能进行了综合对比,详细分析了两种低温烧结铁氧体制备方法各自的技术优劣。此后,又采用了综合氧化物法和sol-gel法的复合法进行低温烧结NiCuZn铁氧体材料的研制。研究发现,纳米铁氧体微粉掺杂对促进NiCuZn铁氧体的低温烧结效果明显。这是由于具有高活性的纳米微粉均匀混合到氧化物法制备的微米级粉料中,增大了颗粒之间的接触面积及互扩散的缘故。同时,复合法能够避免氧化物法和sol-gel法各自技术上的一些缺陷,因而有望获得更好的材料电磁性能。在片式电感应用研究方面,首先基于有限元计算和电磁场仿真的思想,借助HFSS软件,进行片式电感结构的优化设计及性能的仿真预测。明确了对于0603型片式电感,当采取绕线长边长a=1 200μm,短边长b=500μm,绕线线宽w=100μm,绕线距上下边距μ=150μm时,能获得较好的片式电感性能。同时,通过拟合得到片式电感的感量与叠层匝数之间的指数关系。此后,对片式电感制备工艺流程进行了详细分析,明确了一些工艺控制的关键技术。最后,采用研制的低温烧结NiCuZn铁氧体材料,按照优化的片式电感结构,在电子科大LTCC工艺线上进行了片式电感的实际研制。经验证,实际制备的片式电感的感量比仿真预测值偏低,这主要是由于片式电感磁芯的磁导率与标样环有一定的差异所致,但电感量与叠层绕匝数之间的指数关系与预测值较为吻合。