信息产业的高速发展促进了功率电子器件朝着小型化、高频化的方向发展,以网络服务的数据中心为例,为实现通讯设备小型化、高效化必先将电源中的功率半导体开关、变压器、电感器等实现小型化、高频化[1],因此对功率电子器件的核心材料—软磁铁氧体性能提出了更高的要求。软磁铁氧体烧结时产生的残余应力以及在应用场景中磁致伸缩现象带来的应力,都会对铁氧体的起始磁导率ui、功率损耗Pc和饱和磁感应强度Bs等参数产生影响。随着工作频率的提高,应力敏感导致的磁性能恶化会变的更加严重。
由于铁氧体材料的磁致伸缩效应,软磁铁氧体在工作时会随励磁和退磁产生周期性的形变,这种形变会与封装部件之间产生相互挤压,从而产生应力。降低磁致伸缩系数λ是从根源上降低应力敏感性的有效方法。从材料的角度,可以从优化主配方、添加剂以及烧结工艺等几个方面减小磁芯的磁致伸缩系数,来改善软磁铁氧体的应力敏感性。1.优化主配方:席国喜等[2]研究了非正分的CoZn铁氧体烧结的制备及磁性能和磁致伸缩性能。在主相中由于非磁性的Zn2+对磁性离子CO2+的取代,导致了主相中具有强磁晶各向异性常数K1的CO2+离子数目减少,因此体系K1降低。随着Zn2+含量的增加,饱和磁致伸缩系数λs减小。2.调节掺杂含量:除了通过调节主配方来降低磁致伸缩系数λ,部分添加剂也会影响软磁铁氧体的应力敏感性。通过调整主配方中的Zn0含量以及Co304, Si02, Nb205等各种添加剂的含量可以降低软磁铁氧体的饱和磁致伸缩系数λs,从而降低其应力敏感性。3.改善制备工艺:软磁铁氧体的微观结构,例如晶粒尺寸、晶界的形貌和化学性质、空隙等,对铁氧体应力敏感性也有很大的影响,因此可以通过优化铁氧体烧结条件等制备工艺调控铁氧体材料的微观结构,以改善其应力敏感性[3]。
本实验通过加入钴掺杂,研究外加压力下,不同钴掺杂含量对应力敏感性的影响。