在電子設(shè)備向高頻化、小型化發(fā)展的進(jìn)程中，如何進(jìn)一步提升電磁干擾抑制成為工程師們的關(guān)注重點(diǎn)。本文基于上海華源磁業(yè)股份有限公司總工程師薛志萍分享的《錳鋅鐵氧體高頻高阻抗（貧鐵）材料特性與應(yīng)用》，從錳鋅鐵氧體材料設(shè)計(jì)原理、制備工藝到應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行專(zhuān)業(yè)解析，為電磁干擾抑制領(lǐng)域提供技術(shù)參考。

上海華源磁業(yè)股份有限公司總工程師薛志萍

01性能立身：配方創(chuàng)新：構(gòu)建抗干擾技術(shù)的基石

華源磁業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)將錳鋅鐵氧體材料主配方中Fe?O?摩爾百分含量嚴(yán)格控制在 50% 以下，構(gòu)建 “貧鐵” 化學(xué)環(huán)境，有效抑制Fe2?（二價(jià)鐵）離子生成，切斷二價(jià)鐵到三價(jià)鐵間的電子遷移路徑。這一設(shè)計(jì)使錳鋅鐵氧體材料電阻率提升至100kΩ?m 以上，較傳統(tǒng)錳鋅鐵氧體材料（約30kΩ?m）實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)突破，為高頻高阻抗特性奠定物理基礎(chǔ)。

在調(diào)控原理方面，首先要合理調(diào)節(jié)主成分，使其在寬頻范圍發(fā)揮基礎(chǔ)作用，為實(shí)現(xiàn)高阻抗特性奠定基礎(chǔ)。其次，通過(guò)輔助成分與主成分的協(xié)同作用，進(jìn)一步優(yōu)化錳鋅鐵氧體材料性能，使其能有效抑制不同頻率的電磁干擾。

通過(guò)主配方與輔助成分的協(xié)同優(yōu)化，貧鐵錳鋅鐵氧體在寬頻范圍具有高阻抗特性，能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率電磁干擾的有效抑制。

高頻下的磁導(dǎo)率穩(wěn)定性，特指在高頻場(chǎng)景中，貧鐵錳鋅鐵氧體依然能保持較高的磁導(dǎo)率，滿(mǎn)足設(shè)備高頻化的需求。同時(shí)，高磁導(dǎo)率還能更好地引導(dǎo)和約束磁場(chǎng)，提高電磁屏蔽效果，保障設(shè)備正常運(yùn)行。此外，高頻下穩(wěn)定的磁導(dǎo)率，也使貧鐵錳鋅鐵氧體材料能適配電子設(shè)備小型化的發(fā)展趨勢(shì)。

從性能角度來(lái)說(shuō)，普通錳鋅鐵氧體的使用頻率通常在100kHz 到200kHz之間，而貧鐵錳鋅鐵氧體材料的使用頻率能達(dá)到1MHz到6MHz。

雖然鎳鋅鐵氧體的頻率段一般較高，但在其低頻段，新一代的貧鐵錳鋅鐵氧體材料具有更高的磁導(dǎo)率和阻抗，性能表現(xiàn)優(yōu)于鎳鋅鐵氧體。

02.貧鐵錳鋅鐵氧體制備的三重壁壘：含鐵控制+純度99%+1000℃預(yù)燒實(shí)證

為了提材料電阻率，貧鐵錳鋅鐵氧體配方嚴(yán)格將三氧化二鐵的摩爾占比控制在50% 以下。要知道，傳統(tǒng)錳鋅鐵氧體配方中的鐵含量通常在51% 左右，之所以要降低鐵含量，是為了抑制二價(jià)鐵與三價(jià)鐵之間的電子遷移，從而有效提升錳鋅鐵氧體材料的表面電阻率。

原料的純度與粒度對(duì)材料性能影響顯著。生產(chǎn)貧鐵錳鋅鐵氧體材料時(shí)，必須選用高純度原料，其中氧化錳、氧化鋅、氧化鐵的純度需達(dá)到99% 以上。

目前氧化鋅和氧化錳的純度很容易達(dá)到99%，但市面上的鐵紅卻難以滿(mǎn)足氧化鐵 99% 以上的純度要求。鐵紅含有0.8%-1% 的氧化錳（屬主成分而非雜質(zhì)），但仍需通過(guò)光譜分析嚴(yán)格量化。

在原料粒度方面，當(dāng)原料粒度細(xì)且均勻時(shí)，能夠增大反應(yīng)比表面積，使反應(yīng)更充分，進(jìn)而獲得細(xì)晶結(jié)構(gòu)，提升材料的一致性和穩(wěn)定性，所以應(yīng)選用粒度在1-5 微米的原料。通過(guò)激光粒度分析儀確保中位粒徑偏差，以獲得足夠的反應(yīng)比表面積與均勻的顆粒堆積狀態(tài)。

混合研磨與預(yù)燒工藝的控制同樣關(guān)鍵。首先，混合必須均勻，這樣才能保證各成分在反應(yīng)中充分接觸，使材料性能均勻穩(wěn)定，若混合不均，會(huì)導(dǎo)致局部成分偏差，影響錳鋅鐵氧體磁性能和阻抗特性；

其次，依據(jù)原料特性和混合效果確定球磨時(shí)間，一般控制在0.5-3 小時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)研磨時(shí)間可細(xì)化顆粒，但過(guò)長(zhǎng)會(huì)使顆粒過(guò)度細(xì)化，導(dǎo)致燒結(jié)時(shí)易團(tuán)聚，影響材料微觀結(jié)構(gòu)和性能；

錳鋅鐵氧體預(yù)燒溫度的控制也很重要，溫度過(guò)低會(huì)使原料反應(yīng)不充分，影響后續(xù)燒結(jié)，溫度過(guò)高則可能使晶粒過(guò)度長(zhǎng)大，降低材料比表面積，影響最終性能。以華源磁業(yè)使用回轉(zhuǎn)窯燒制為例，預(yù)燒溫度需精準(zhǔn)控制在800-1000℃。

成型與燒結(jié)參數(shù)的優(yōu)化不容忽視。在成型壓力控制上，壓力過(guò)小會(huì)使坯體密度低，燒結(jié)后孔隙率高，導(dǎo)致材料力學(xué)性能和磁性能下降，壓力過(guò)大則會(huì)使坯體易產(chǎn)生裂紋，影響錳鋅鐵氧體材料完整性和性能，因此模壓成型壓力應(yīng)控制在100-300MPa，等靜壓成型壓力控制在 200-500MPa，避免因生坯密度過(guò)高導(dǎo)致成型開(kāi)裂或者燒結(jié)開(kāi)裂。

錳鋅鐵氧體的燒結(jié)溫度通常在1320℃左右，一般需將其控制在 1260-1380℃范圍內(nèi)。此外，與傳統(tǒng)鐵氧體燒結(jié)不同，貧鐵錳鋅鐵氧體材料的燒結(jié)氣氛應(yīng)控制為弱氧化氣氛。關(guān)于降溫速率的控制，各企業(yè)需根據(jù)自身實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)試，我們通常將降溫速率控制在 1-3℃/ 分鐘。

當(dāng)貧鐵材料做好之后，還要注意在切割和研磨時(shí)，選擇合適的刀具和工藝參數(shù)，避免在材料表面產(chǎn)生微裂紋或損傷。并嚴(yán)格控制涂層材料的配方和涂覆工藝，如涂覆厚度、干燥溫度和時(shí)間等，確保涂層質(zhì)量，提高材料的絕緣性和耐腐蝕性。

華源磁業(yè)HY51E、HY51W、HY51Q三個(gè)材料牌號(hào)有一些特殊之處。一是密度比常見(jiàn)材料低，像96 材、97 材的密度在 4.8-4.9kg/m3，而這幾款材料的密度為4.7kg/m3。這是因?yàn)檫@幾款材料主要用于抗干擾，處理的信號(hào)較小，不像傳統(tǒng)錳鋅鐵氧體用于大功率或大電流場(chǎng)景，因此密度更低。

二是飽和磁通密度Bs 值較低，在 100℃時(shí)，Bs 值在 420-430 之間。三是磁芯體積功率損耗的測(cè)試頻率不同，傳統(tǒng)鐵氧體通常在 100kHz、200mT 條件下測(cè)試，而我們?cè)?500kHz、50mT 與 1MHz、50mT 條件下測(cè)試，這是因?yàn)椴牧蠎?yīng)用場(chǎng)景不同 —— 傳統(tǒng)鐵氧體大多用于 200kHz 的功率場(chǎng)景，而我們的材料應(yīng)用于1MHz到3MHz的場(chǎng)景。

03.多領(lǐng)域賦能：貧鐵錳鋅鐵氧體抗干擾實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用

在電子電路的抗干擾應(yīng)用中，該貧鐵材料可用于扼流圈設(shè)計(jì)、共模電感設(shè)計(jì)以及高頻變壓器的效率優(yōu)化。

在5G 通信設(shè)備的適配方案中，可用于濾波器與雙工器制造，還可用于信號(hào)隔離器，防止通信線(xiàn)路中的信號(hào)反射和干擾，提高信號(hào)傳輸質(zhì)量。

在汽車(chē)電子系統(tǒng)的電磁屏蔽方面，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的干擾抑制與防抱死剎車(chē)系統(tǒng)的電子控制模塊屏蔽，保障剎車(chē)系統(tǒng)的可靠性；還能在汽車(chē)音響系統(tǒng)中抑制電源和音頻線(xiàn)路的電磁干擾，減少雜音，提升音質(zhì)。

在工業(yè)自動(dòng)化與消費(fèi)電子場(chǎng)景中，該材料可用于變頻器與伺服驅(qū)動(dòng)器的干擾抑制；同時(shí)，在手機(jī)、電腦、平板等消費(fèi)電子設(shè)備的電源模塊和信號(hào)傳輸線(xiàn)路中使用，可提升設(shè)備的抗干擾能力，確保信號(hào)準(zhǔn)確傳輸。

04.總結(jié)與展望

綜合來(lái)看，貧鐵錳鋅鐵氧體通過(guò)“化學(xué)配比調(diào)控 - 微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化 - 性能協(xié)同設(shè)計(jì)” 的技術(shù)路徑，實(shí)現(xiàn)了高電阻率、寬頻高阻抗與高頻磁導(dǎo)率穩(wěn)定性的有機(jī)統(tǒng)一。

展望未來(lái)，通過(guò)優(yōu)化制備工藝參數(shù)，有望進(jìn)一步提升錳鋅鐵氧體高頻高阻抗（貧鐵）材料在更高頻率下的磁導(dǎo)率和阻抗性能。隨著新能源汽車(chē)、AI算力、物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域的發(fā)展，貧鐵錳鋅鐵氧體材料在電磁干擾抑制領(lǐng)域的市場(chǎng)潛力將持續(xù)釋放。其技術(shù)進(jìn)步不僅推動(dòng)著材料自身性能的提升，更將成為驅(qū)動(dòng)電子信息產(chǎn)業(yè)向高頻化、智能化發(fā)展的重要力量。

本文為嗶哥嗶特資訊原創(chuàng)文章，未經(jīng)允許和授權(quán)，不得轉(zhuǎn)載，