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软磁铁氧体材料和磁心概述软磁铁氧体材料和磁心概述软磁铁氧体材料分类铁氧体又称氧化物磁性材料，它是由铁和其它金属元素组成的复合氧化物。
铁氧体采用陶瓷工艺，经高温烧结而制成各种形状的零件。
实际上，所有在金属磁性材料中出现的磁现象，在铁氧体中也能观察到，但是有两个基本不同点：一是铁氧体的饱和磁化强度远远低于金属磁性材料，通常为金属材料的一半到五分之一；二是铁氧体的电阻率比金属磁高一百万倍以上。
由于这种区别，对于低频（1000 赫兹以下）高功率的磁心一般采用金属磁性材料，用于较高频率（1000 赫兹以上）磁心采用铁氧体材料。
按照铁氧体的特性和用途，可把铁氧体分为永磁、软磁、矩磁、旋磁和压磁等五类；如果按照铁氧体的晶格类型来分，最重要的有尖晶石型、石榴石型和磁铅石型等三大类。
高频变压器和电器中主要使用软磁铁氧体材料，因此下面主要叙述软磁铁氧体材料的分类及特性。
大多数软磁铁氧体属尖晶石结构，一般化学表示式为MeFe 2O 4，这里 Me 表示二价金属元素，如：Mn、Ni、Mg、Cu、Zn等。
软磁铁氧体材料是各种铁氧体材料中产量最多，用途最广泛的一种。
这类材料的主要特点是起始磁导率高和矫顽力低，即容易磁化也极易退磁，其磁滞回线呈细而长形状。
软磁铁氧体材料可按化学成分、磁性能、应用来进行分类。
若按化学成分来分类，则主要可分为 MnZn 系、NiZn系和 MgZn 系三大类。
MnZn 系铁氧体具有高的起始磁导率，较高的饱和磁感应强度，在无线电中频或低频范围有低的损耗，它是，1兆赫兹以下频段范围磁性能最优良的铁氧体材料。
常用的MnZn 系铁氧体，其起始磁导率μi=400～20000，饱和磁感应强度 BS=400～530mT。
MnZn 系铁氧体广泛制作开关电源变压器、回扫变压器、宽带变压器、脉冲变压器、抗电磁波干扰滤波电感器及扼流圈等，是软磁铁氧体中产量最大的一种材料（按重量计约占 60%）。
NiZn 系铁氧体使用频率 100kHz～100MHz，最高可使用到300MHz。
i 铁氧体材料特性及不同规格有效参数10.3.1 国产铁氧体材料特性铁氧体的电阻率大约在106～1012μΩ·cm ，适用于几千到几百兆Hz 的频率之间。
对铁氧体软磁材料的主要要求是：初始磁导率μ 高，比损耗（单位体积或重量）小,磁导率随温度的变化要小等。
锰锌和镍锌铁氧体是常用的材料。
可用来制作滤波电感，高频功率变压器，谐振电感等。
铁氧体材料最高工作频率主要受损耗限制。
在一定的允许损耗下，频率提高，工作磁通密度相应减少，与提高频率来减少磁芯体积相矛盾。
一般建议的磁通密度是在工作频率下权衡损耗、体积、结构和效率的结果，不是绝对的。
例如PHILIPS 建议变压器磁芯：<100kHz 可用3C81、3C90、3C91、3C94 和3C96 等；<400kHz 可用3C90、3C94 和3C96 等；200kHz ～1MHz 可用3F3、3F4 和3F35；1~3MHz 可用3F4 和4F1；>3MHz 可用4F1 等。
电感磁芯：<500kHz 可用2P…、3C30 和3C90;<1MHz 可用3C90、3F3 和3F35 等等。
国产常用的牌号及主要磁性能见表10-7所示。
10.3.2 铁氧体尺寸规格铁氧体磁芯在通讯和开关电源中应用十分广泛，磁芯外形结构多种多样。
开关电源中主要应用的有E 型，ETD 型，EC 型，RM 型，PQ 型，EFD 型，EI 型，EFD 型，环形，LP 型.在模块电源中，主要应用扁平磁芯和集成磁元件。
例如FERROXCUBE-PHILIPS 的平面E 型磁芯，适于表面贴装的EP 、EQ 和ER 磁芯，以及集成电感元件（IIC －Integrated inductance component ）等。
IIC 已将元件和磁芯合成一体，通过外部PCB 可自由组成电感和变压器。
各种磁芯结构往往是针对特定的应用设计的，有各自的优点和缺点，要根据应用场合，选择相应的磁芯结构。
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磁性材料及软磁铁氧体科普磁性及软磁铁氧体材料磁性及其普遍性随着科学技术的发展，已揭⽰出⼀切物质都具有磁性，任何空间均存在磁场。
磁性在⽣产和技术、科研和国防、以及家庭⽣活中有⼴泛的应⽤。
磁性是物质的基本属性1）发电机和电动机等电⽓化设备，是以磁场的作⽤和磁性材料为基础进⾏能量转换的。
2）在信息化中，如计算机需要使⽤多种的磁记录器和磁存储器。
3）在⾼能加速器和粒⼦检测器中以及⾼温等离⼦体装置中，都需要使⽤强磁场。
4）磁场是多种研究原⼦核和基本粒⼦的加速器和检测器所必需的重要设备。
5）在⽣物学和医⽅⾯，利⽤弱的⽣物磁性和极微弱的⽣物磁场的变化进⾏⽣理和病理⽅⾯的研究以及疾病的诊断。
地磁地球具有磁性，⼜称“地球磁场”或“地磁场”，指地球周围空间分布的磁场。
地球磁场近似于⼀个位于地球中⼼的磁偶极⼦的巨⼤的地磁场。
它的磁南极（S）⼤致指向地理北极附近，磁北极（N）⼤致指向地理南极附近。
⾚道附近磁场最⼩（约为0.3-0.4Oe），两极最强（约为0.7Oe）。
地球表⾯的磁场受到各种因素的影响⽽随时间发⽣变化。
司南—铁磁材料应⽤的起源中国是磁的故乡。
早在3000多年前我国就已发现磁⽯相互吸引和磁⽯吸铁的现象, 并在世界上最先发明⽤磁⽯作为指⽰⽅向和校正时间的应⽤。
公元前4世纪，中国发明了司南。
后来，出现了指南车。
司南指南车公元前3世纪，战国时期，<<韩⾮⼦>>中这样记载：“先王⽴司南以端朝⼣”。
<<⿁⾕⼦>>中记载：“郑⼈取⽟，必载司南，为其不惑也”。
公元1世纪，东汉，王充在<<论衡>>中写道：“司南之杓，投之于地，其柢指南”。
公元1044年，北宋曾公亮、丁度等修撰的《武经总要》中有应⽤磁⽯的⽔浮型指南针制法的叙述。
公元11世纪，北宋，沈括在<<梦溪笔谈>>中提到了指南针的制造⽅法：“⽅家以磁⽯磨针锋，则能指南......⽔浮多荡摇，指抓及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬之最善。
1.初始磁导率iμ 初始磁导率是磁性材料的磁导率（B/H ）在磁化曲线始端的极限值，即 i μ=01μ0H lim →H B式中0μ为真空磁导率（4л×710-H/m ）H 为磁场强度（A/m ）B 为磁通密度（T ）2.有效磁导率eμ 在闭合磁路中，如果漏磁可忽略，可以用有效磁导率来表征磁芯的性能。
e μ=20N L ⋅μ﹒e e A L式中 L 为装有磁芯的线圈的电感量（H ）N 为线圈匝数Le 为有效磁路长度（m ）e A 为有效截面积（2m ） 0μ为真空磁导率（4л×710-H/m ）3. 饱和磁通密度Bs(T)磁化到饱和状态的磁通密度。
见图1.4.剩余磁通密度Br(T)从饱和状态去除磁场后，剩余的磁通密度。
见图1.5.矫顽力Hc(A/m)从饱和状态去除磁场后，磁芯继续被反向磁场磁化，直至磁通密度减为零，此时的磁场强度称为矫顽力。
见图1.6.损耗因数 tanδ损耗因数是磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三者之和tanδ =tan h δ+tan e δ+tan r δ式中tan h δ为磁滞损耗因数tan e δ为涡流损耗因数tan r δ为剩余损耗因数7.相对损耗因数 tanδ/μ相对损耗因数是损耗因数与磁导率之比tanδ/i μ（适用于材料）t anδ/e μ（适用于磁路中含有气隙的磁芯）8.品质因数Q品质因数为损耗因数的倒数：Q=1/tanδ9.温度系数μα（1/K ） 温度系数为温度在T1和T2范围内变化时，每变化1K 相应的磁导率的相对变化量： μα=12112T T 1-⋅-μμμ （T2＞T1）式中1μ 为温度为1T 时的磁导率2μ 为温度为2T 时的磁导率10.相对温度系数rμα(1/k) 温度系数和磁导率之比：r μα=122212T T 1-⋅-μμμ （T2>T1）11.居里温度Tc(℃)在该温度下材料由铁磁性（或亚铁磁性）转变成顺磁性。
见图2.12.减落因数FD 在恒温条件下，完全退磁的磁芯的磁导率随时间的衰减变化，即 F D =2112211T T log μμμ⋅-（T2>T1）式中 1μ 为退磁后1t 分钟的磁导率2μ 为退磁后2t 分钟的磁导率13.电阻率ρ（Ω/m ）具有单位截面积和单位长度的磁性材料的电阻。
软磁铁氧体磁芯的有效参数(二对于E 形磁芯,罐形磁芯与其他类似的磁芯,其几何情况比环形磁芯复杂得多,精确计算这些磁芯的磁场分布必将要化费很大的工作量,因为不仅要象环形磁芯那样考虑到通过截面的不均匀磁场分布,而且也要考虑到不同截面图1-20 矩形截面的环形磁芯处与拐角处磁力线的园弧拐弯。
因此,自1950 年起,采用了近似法。
此法是将磁芯设想或由许多相等截面AK 的单元组成,并假设在其中局部磁场强度HK 是常数,这种单元的磁路长度用lk 表示,单元具有的磁感应用Bk 表示,以及所属的相对磁导率用μk 表示,则由环路定律得:(1-37而线圈电感的定义为:(1-38将(1-37式代入(1-38式,可得:(1-39对于一个无气隙的环形磁芯,磁芯有效长度为le,有效截面积为Ae,则电感值为:(1-40比较(1-39式及(1-40式可知:同样也可计算得到:假定:则磁芯有效参数le 及Ae 可由下式计算:(1-41关于各种形状磁芯的有效磁芯参数C1 及C2 的计算方法,国际电工委员会已有推荐的标准方法,下面简单介绍U 形及E 形磁芯的分段及计算磁芯参数方法。
1 园方形截面的U 形磁芯对图1-21 示出方园形截面的U 形磁对,把磁路分成八段,但其中l1=l3'=l2'=l2',与面积A2 有关的磁路长度为l2=l2'+=l2',拐角处平均磁路长度:l4=l4''+l4''= (s+h(mml5=l5'+l5''= (p+h(mm与l4 和l5 有关的平均面积为:(mm2(mm2(mm-3图1-21 U形磁芯对2 矩形截面的E 形磁芯对E 形磁芯为一对并联磁路,现取四分之一部分进行计算。
如图1-22 所示,在四分之一部分磁路划分为五段,每段的磁路长分别为l1 到l5,半个中心柱的面积为A3,拐角处平均磁路长度按下式计算:(p+h(mm(s+h(mm与l4 和l5 有关的平均面积为:(mm2(mm2(mm-1(mm-3图1-22 矩形截面E形磁芯对。
一. 磁性材料的基本特性1. 磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。
磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。
即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2. 软磁材料的常用磁性能参数饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。
剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。
矩形比：Br∕Bs矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。
磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。
初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。
居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。
它确定了磁性器件工作的上限温度。
损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ降低，磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。
在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为：总功率耗散（mW）/表面积（cm2）3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。
器件的电压～电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。
设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。
第一节铁氧体磁性材料概述铁氧体磁性材料可用化学分子式MFe 2O 4表示。
式中M 代表锰、镍、锌、铜等二价金属离子。
铁氧体磁性是通过烧结这些金属化合物的混合物而制造出来的。
铁氧体磁性的主要特点是电阻率远大于金属磁性材料，这抑制了涡流的产生，使铁氧体磁性能应用于高频领域。
首先，按照预定的配方比重，把高纯、粉状的氧化物（如Fe 2O 4、Mn 3O 4、ZnO 、NiO 等）混合均匀，再经过煅烧、粉碎、造粒和模压成型，在高温（1000～1400℃）下进行烧结。
烧结出的铁氧体制品通过机械加工获得成品尺寸。
上述各道工序均受到严格的控制，以使产品的所有特性符合规定的指标。
不同的用途要选择不同的铁氧体材料。
有适用于低损耗、高频特性好的系列，有磁导率的线性材料。
按照不同的适用频率范围分为：中低频段（20～150kHz ）、中高频段（100～500kHz ）、超高频段（500~1MHz ）。
第二节铁氧体磁性材料的各项物理特性定义与计算公式 01) 初始磁导率μi初始磁导率是磁性材料的磁导率（B/H ）在磁性曲线始端的极限值，即HB H i 00lim 1→μ＝μ 式中μ0：真空磁导率（4π×10-7H/m ）；H ： 交流磁场强度（A/m ）； B ： 交流磁通密度（T ）。
02) 有效磁导率μe在闭合磁路中（漏磁可以忽略），磁芯的有效磁导率可表示为：μe 72104××=e e A l N L π 式中L ：装有磁芯的线圈的自感量；N ：线圈匝数； ee A l ＝C 1＝磁芯常数（mm -1） 03) 饱和磁通密度B s磁化到饱和状态的磁通密度。
04) 剩余磁通密度B r从磁饱和状态去处磁场后，剩余的磁通密度。
05) 矫顽力H c 从饱和状态去处磁场后，磁芯继续被反向的磁场磁化，直至磁通密度减小到零，此时的磁场强度称为矫顽力，06) 损耗因素tan δ损耗因数是磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三者之和：tan δ＝r e δδδtan tan tan h ++ =111r f e i VL h ++ 损耗因数也可用电阻和电抗之比来表示：LR R L R w eff m ωωδ−==tan 式中：tan δe ：涡流损耗因数；tan δr ：剩余损耗因数；h1：磁滞损耗因数；L ：装有磁芯的线圈的自感量（H ）；V ：磁芯体积（m 3）；i ：电流（A ）；e 1：涡流损耗系数；f ：频率（Hz ）；r 1：剩余损耗系数；R m ：磁芯损耗的等效电阻（Ω）；０ＨＨω：角速度（2πf ，rad/s ）；R eff ：包括磁芯损耗的总电阻（Ω）；R w ：线圈的电阻（Ω）；其中h 1可用下式表示：312121101×−−××=i i R R L V L h ω 式中： R 1：电流为i 1的损耗电阻；R 2：电流为i 2的损耗电阻；07) 相对损耗因素tan δ/μi相对损耗因素是损耗因数和初始磁导率之比：tan δ/μi （适用于材料）；tan δ/μe （适用于磁路中含有空气隙的磁芯）08) 品质因数Q品质因数为损耗因数的倒数：mR L Q ωδ==tan 1 注：装有磁芯的线圈的品质因数可表示为effe R L Q ω= 09) 温度系数αμ温度系数为温度在T 1至T 2范围内变化时，每1℃相应的磁导率的相对变化量：121121T T −×−=µµµαµ (T 2＞T 1) 式中μ1：温度为T 1时的初始磁导率； μ2：温度为T 2时的初始磁导率。
锰锌软磁铁氧体磁性材料特点以及在电源中的应用锰锌（MnZn）系软磁铁氧体概述锰锌系软磁铁氧体主要是具有尖晶石结构的mMnFe2O4·nZnFe2O4 与少量 Fe3O4 组成的单相固溶体，用锰锌系铁氧体磁性材料做成的电感磁芯及其它磁性元器件，应用频率从数百赫兹到几千兆赫兹，是最重要的软磁铁氧体材料，其产量占了软磁铁氧体磁性材料总产量的60%以上，因此，锰锌铁氧体的发展更为引人注意。
锰锌铁氧体材料主要分为高频低功耗铁氧体（又称功率铁氧体，初始磁导率通常小于5000，多数在2000左右）和高磁导率即高μi（初始磁导率）铁氧体两类。
初始磁导率ui是磁性材料的磁导率(B/H)在磁化曲线初始区的极限值，即μ0为真空磁导率 permeability in vacuum (4π×10-7H/m)，单位亨/米H为磁场强度 magnetic field strength (A/m)B为磁通密度 magnetic flux density (T)（1）锰锌功率铁氧体概述功率铁氧体的主要特征是在高频（几百千赫）高磁感应（几千高斯，1T=10000Gs）的条件下，仍旧保持很低的功耗，而且其在一定的温度范围内功耗随磁芯的温升而下降，在80℃左右达到最低点，从而可以形成良性循环。
功率铁氧体的主要用途是以各种开关电源变压器和彩电回扫变压器为代表的功率型电感器件，用途十分广泛，是目前产量最大的软磁铁氧体。
如下是天通'TDG'的TP4系列的温度和磁芯损耗关系。
我国新发布的'软磁铁氧体材料分类'行业标准，把功率铁氧体材料分为PW1~PW5 五类，其适用工作频率也逐步提高。
如适用频率为15~100kHz 的 PW1 材料；适用频率为 25~200kHz 的 PW2 材料；适用频率为100~300kHz 的PW3 材料；适用频率为300~1MkHz 的 PW4 材料；适用频率为 1~3MHz 的 PW5 材料。
铁氧体参数一、引言铁氧体是一种重要的磁性材料，具有广泛的应用领域。
在使用铁氧体时，需要了解其参数，以便更好地掌握其性能和应用。
本文将详细介绍铁氧体的参数。
二、铁氧体的基本概念1. 铁氧体的定义铁氧体是由Fe2O3和其他金属氧化物组成的复合材料，具有高磁导率、低磁阻和高抗磨损性等特点。
2. 铁氧体的分类根据其晶格结构和磁性质，铁氧体可以分为软磁铁氧体和硬磁铁氧体两类。
其中，软磁铁氧体主要用于变压器、电感器等电子元器件中；硬磁铁氧体则主要用于电机、传感器等领域。
3. 铁氧体的制备方法目前常见的制备方法有化学共沉淀法、溶胶凝胶法、水热法等。
其中，化学共沉淀法是最常用且工艺成熟度较高的方法。
三、铁氧体参数介绍1. 矫顽力矫顽力是指在外加磁场下，铁氧体从无磁化状态开始，逐渐增加磁场强度，直到达到饱和磁化强度时所需的磁场强度。
通常用单位体积的能量表示，单位为A/m。
2. 饱和磁化强度饱和磁化强度是指在外加磁场下，铁氧体达到最大的磁化强度。
通常用单位体积的能量表示，单位为T。
3. 矫顽力系数矫顽力系数是指铁氧体的饱和磁化强度与其所需的矫顽力之比。
它反映了铁氧体对外加磁场的响应能力。
通常用kA/m表示。
4. 磁导率磁导率是指铁氧体在外加恒定电场下产生的电流密度与该电场强度之比。
它反映了铁氧体对外加电场的响应能力。
通常用H/m表示。
5. 相对介电常数相对介电常数是指铁氧体在外加交变电压下产生的极化电荷密度与该电压密度之比。
它反映了铁氧体对外加电场的响应能力。
通常用εr表示。
6. 热稳定性热稳定性是指铁氧体在高温下的稳定性能。
它与铁氧体的晶格结构、化学成分等有关。
通常用温度系数表示。
7. 饱和磁滞回线饱和磁滞回线是指在外加交变磁场下，铁氧体的磁化强度随时间变化的曲线。
它反映了铁氧体对外加交变磁场的响应能力。
四、结论本文介绍了铁氧体的基本概念和参数，包括矫顽力、饱和磁化强度、矫顽力系数、磁导率、相对介电常数、热稳定性和饱和磁滞回线等。
i 铁氧体材料特性及不同规格有效参数10.3.1 国产铁氧体材料特性铁氧体的电阻率大约在106～1012μΩ·cm ，适用于几千到几百兆Hz 的频率之间。
对铁氧体软磁材料的主要要求是：初始磁导率μ 高，比损耗（单位体积或重量）小,磁导率随温度的变化要小等。
锰锌和镍锌铁氧体是常用的材料。
可用来制作滤波电感，高频功率变压器，谐振电感等。
铁氧体材料最高工作频率主要受损耗限制。
在一定的允许损耗下，频率提高，工作磁通密度相应减少，与提高频率来减少磁芯体积相矛盾。
一般建议的磁通密度是在工作频率下权衡损耗、体积、结构和效率的结果，不是绝对的。
例如PHILIPS 建议变压器磁芯：<100kHz 可用3C81、3C90、3C91、3C94 和3C96 等；<400kHz 可用3C90、3C94 和3C96 等；200kHz ～1MHz 可用3F3、3F4 和3F35；1~3MHz 可用3F4 和4F1；>3MHz 可用4F1 等。
电感磁芯：<500kHz 可用2P…、3C30 和3C90;<1MHz 可用3C90、3F3 和3F35 等等。
国产常用的牌号及主要磁性能见表10-7所示。
10.3.2 铁氧体尺寸规格铁氧体磁芯在通讯和开关电源中应用十分广泛，磁芯外形结构多种多样。
开关电源中主要应用的有E 型，ETD 型，EC 型，RM 型，PQ 型，EFD 型，EI 型，EFD 型，环形，LP 型.在模块电源中，主要应用扁平磁芯和集成磁元件。
例如FERROXCUBE-PHILIPS 的平面E 型磁芯，适于表面贴装的EP 、EQ 和ER 磁芯，以及集成电感元件（IIC －Integrated inductance component ）等。
IIC 已将元件和磁芯合成一体，通过外部PCB 可自由组成电感和变压器。
各种磁芯结构往往是针对特定的应用设计的，有各自的优点和缺点，要根据应用场合，选择相应的磁芯结构。
