소프트 자기 페라이트 : In- 깊이 탐사

1. 연질 자성 재료 소개

소프트 자기 재료는 쉽게 자화되고 디자 마운트 화 된 물질의 종류입니다. 이들은 낮은 강압 (자화 된 재료를 구분하는 데 필요한 자기장 강도), 높은 자기 투과성 (재료가 얼마나 쉽게 자화 될 수 있는지 측정) 및 낮은 자기 히스테리시스 손실을 특징으로한다. 이러한 특성은 광범위한 전기 및 전자 응용 분야에서 매우 유용합니다.

연질 자기 재료의 중요성은 전기 에너지를 자기 에너지로 효율적으로 변환하는 능력에 있으며 그 반대도 마찬가지입니다. 전력 시스템에서는 다른 전압 수준 사이에서 전기 에너지를 전달하는 변압기의 작동에 중요합니다. 전자 장치에서는 변압기에서 인덕터 및 자기 코어와 같은 구성 요소에서 주요 역할을 수행하여 필터링, 에너지 저장 및 신호 처리와 같은 기능을 가능하게합니다.

2. 기본 부드러운 자기 페라이트

2.1 구성 및 구조

부드러운 자기 페라이트는 부드러운 자성 재료의 하위 유형입니다. 그들의 주요 성분은 산화 제 2 철이다 (Fe ₂ o ₃ )는 망간 (MN), 아연 (지N) 또는 니켈 (NI)과 같은 다른 금속 산화물과 결합합니다. 예를 들어, 망간 - 아연 (mNzN) 페라이트 _N ,지 _N ) fe ₂ o ₄ 및 니켈 - 아연 (N _나 지 _N ) 페라이트는 (N _나 ,지 _N ) fe ₂ o ₄ .

연질 자기 페라이트의 결정 구조는 스피넬 구조입니다. 이 구조에서, 산소 이온은 얼굴 - 중심 입방 격자를 형성하고, 금속 이온은 사면체 및 팔면체 간질 부위 사이에 분포된다. 금속 이온의 분포는 페라이트의 자기 특성에 영향을 미칩니다. 예를 들어, mNzN 페라이트에서, MN의 존재 ² , 지N ² 및 Fe ³ 특정 격자 부위의 이온은 자기 투과성 및 포화 자화를 결정합니다.

2.2 자기 특성

자기 투과성 : 소프트 자기 페라이트는 높은 자기 투과성을 나타내며, 이는 수백에서 수천까지 다양합니다. 높은 자기 투과성은 작은 외부 자기장이 재료 내에서 큰 자기 플럭스를 유도 할 수 있음을 의미합니다. 예를 들어, MN지N 페라이트로 만들어진 변압기 코어에서, 높은 자기 투과성은 1 차 권선에서 2 차 권선으로의 자기 에너지를 효율적으로 전달할 수있게한다.

포화 자화 (b _S. ) : 포화 자화는 완전히 자화 할 때 재료가 달성 할 수있는 최대 자기 플럭스 밀도입니다. 소프트 자기 페라이트는 비교적 높은 포화 자화 값을 가지지 만, 일부 금속 연질 자성 재료의 것보다 일반적으로 낮습니다. 전력 변환기의 인덕터와 같은 응용 분야에서 페라이트 코어의 포화 자화는 코어 포화를 유발하지 않고 인덕터를 통과 할 수있는 최대 전류를 제한하여 인덕턴스 손실을 초래할 수 있습니다.

강압 (h _기음 ) : 앞에서 언급했듯이, 부드러운 자기 페라이트는 강압이 낮습니다. 이 속성을 사용하면 외부 자기장을 제거 할 때 쉽게 탈마그로 만들 수 있습니다. 자기 기록 헤드 (일부 설계에서 소프트 자기 재료를 사용하는)와 같은 응용 분야에서 낮은 강압은 헤드가 읽거나 쓰는 자기 신호의 변화에 ​​빠르게 반응 할 수 있도록합니다.

자기 손실 : 소프트 자기 페라이트는 히스테리시스 손실 및 에디 - 전류 손실을 포함하여 낮은 자기 손실을 갖도록 설계되었습니다. 히스테리시스 손실은 재료가 교류 자기장에서 자화되고 탈마성 될 때 소산 된 에너지로 인해 발생합니다. 에디 - 전류 손실은 변화하는 자기장에 노출 될 때 재료 내에서 유도 된 원형 전류 (에디 전류)에 의해 야기된다. 페라이트의 높은 저항성은 일부 금속성 자기 재료에 비해 에디 - 전류 손실을 줄이는 데 도움이됩니다.

3. 부드러운 자기 페라이트의 유형

3.1 망간 - 아연 (mNzN) 페라이트

특성 : MN지N 페라이트는 저 - 중간 주파수 (최대 몇 MHz)에서 높은 자기 투과성으로 알려져 있습니다. 또한 비교적 높은 포화 자화를 갖기 때문에 큰 자기 플럭스가 필요한 응용 분야에 적합합니다. 예를 들어, 전원 변압기에서 약 50-60Hz 또는 전원 공급 장치 회로의 일부 저주파 인덕터에서 작동하는 전력 변압기에서 MN지N 페라이트는 자기 에너지를 효율적으로 전달하고 저장할 수 있습니다.

애플리케이션 : 전력 전자 제품에 널리 사용됩니다. 스위치 - 모드 전원 공급 장치 (SMP)에서 MN지N 페라이트 코어는 변압기에 사용하여 전압을 아래로 내려갑니다. 또한 전원 공급 장치의 필터링 목적으로 인덕터에 사용되며, 높은 주파수 리플 전류를 차단하여 DC 출력 전압을 부드럽게하는 데 도움이됩니다. 오디오 변압기에서 MN지N 페라이트는 오디오 신호를 효율적으로 결합하여 사운드 전송 품질을 향상시킬 수 있습니다.

3.2 니켈 - 아연 (N나zN) 페라이트

특성 : N나zn 페라이트는 m에 비해 저항력이 높습니다 _n Z _n 페라이트는 고주파 적용에 더 적합합니다 (일부 MHz 이상 및 최대 몇 GHz). 또한 온도 안정성이 우수합니다. 이들의 자기 투과성은 일반적으로 저주파에서 mnzn 페라이트의 것보다 낮지 만 높은 주파수 응용에 적합하도록 조정될 수있다.

응용 프로그램 : 통신 산업에서 N나zn Ferr나tes는 안테나 및 필터에 사용됩니다. 무선 통신 장치에서는 안테나를 원하는 주파수 범위에 조정하고 원치 않는 전자기 간섭을 필터링하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 RF (무선 주파수) 전력 증폭기와 같은 애플리케이션 및 신호 분리 및 임피던스 매칭을위한 고속 스피드 디지털 회로에서 고 주파수 변압기에서도 사용됩니다.

3. 부드러운 자기 페라이트의 유형

3.1 망간 - 아연 (m _n Z _n ) 페라이트

특성 : MNZN 페라이트는 저 - 중간 주파수 (최대 몇 MHz)에서 높은 자기 투과성으로 알려져 있습니다. 또한 비교적 높은 포화 자화를 갖기 때문에 큰 자기 플럭스가 필요한 응용 분야에 적합합니다. 예를 들어, 전원 변압기에서 약 50-60Hz 또는 전원 공급 장치 회로의 일부 저주파 인덕터에서 작동하는 전력 변압기에서 MNZN 페라이트는 자기 에너지를 효율적으로 전달하고 저장할 수 있습니다.

애플리케이션 : 전력 전자 제품에 널리 사용됩니다. 스위치 - 모드 전원 공급 장치 (SMP)에서 MNZN 페라이트 코어는 변압기에 사용하여 전압을 아래로 내려갑니다. 또한 전원 공급 장치의 필터링 목적으로 인덕터에 사용되며, 높은 주파수 리플 전류를 차단하여 DC 출력 전압을 부드럽게하는 데 도움이됩니다. 오디오 변압기에서 MNZN 페라이트는 오디오 신호를 효율적으로 결합하여 사운드 전송 품질을 향상시킬 수 있습니다.

3.2 니켈 - 아연 (n _i Z _n ) 페라이트

속성 : n _i Z _n 페라이트는 m에 비해 저항력이 더 높다 _n Z _n 페라이트는 고주파 적용에 더 적합합니다 (일부 MHz 이상 및 최대 몇 GHz). 또한 온도 안정성이 우수합니다. 이들의 자기 투과성은 일반적으로 m의 투과성보다 낮다 _n Z _n 저주파에서의 페라이트는 고주파 적용에 적합하도록 조정할 수 있습니다.

응용 프로그램 : 통신 산업에서 n _i Z _n 페라이트는 안테나 및 필터에 사용됩니다. 무선 통신 장치에서는 안테나를 원하는 주파수 범위에 조정하고 원치 않는 전자기 간섭을 필터링하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 RF (무선 주파수) 전력 증폭기와 같은 애플리케이션 및 신호 분리 및 임피던스 매칭을위한 고속 스피드 디지털 회로에서 고 주파수 변압기에서도 사용됩니다.

4. 소프트 자기 페라이트의 제조 공정

4.1 원료 준비

소프트 자기 페라이트의 제조는 원료의 선택 및 준비로 시작됩니다. Fe와 같은 고 순도 금속 산화물 ₂ o ₃ , Mno, Zno 및 Nio가 일반적으로 사용됩니다. 이 원료는 페라이트의 원하는 조성에 따라 올바른 비율로 조심스럽게 무게를 측정하고 혼합해야합니다. 예를 들어, mnzn 페라이트를 생산하려면 적절한 양의 Fe가 ₂ 영형 ₃ , mno 및 zno가 측정됩니다. 혼합 공정은 기계적 믹서 또는 볼 공장을 사용하여 균질 혼합물을 보장 할 수 있습니다.

4.2 분말 가공

혼합 후, 원료 분말은 종종 추가 가공을 거친다. 하나의 일반적인 방법은 소성이며, 분말 혼합물이 용광로에서 고온 (보통 800-1000 ° C)으로 가열됩니다. 이 공정은 금속 산화물을 미리 반응시켜보다 안정적인 중간 화합물을 형성하고 분말의 다공성을 감소시키는 데 도움이됩니다. 소환 후, 분말은 입자 크기를 줄이고 동질성을 향상시키기 위해 다시 밀링 될 수있다.

4.3 성형

이어서, 가공 된 분말은 원하는 형태로 형성된다. 이것은 프레스, 사출 성형 또는 압출과 같은 다양한 기술을 통해 수행 될 수 있습니다. 누르면, 분말을 곰팡이에 넣고 고압을 가해 소형 모양을 형성한다. 사출 성형은 전자 장치의 작은 자기 코어 생산과 같이보다 복잡한 모양이 필요할 때 사용됩니다. 분말을 바인더와 혼합하고 고압 하에서 금형에 주입한다. 압출은 막대 나 튜브와 같은 길고 연속적인 모양을 생성하는 데 적합합니다.
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4.4 소결

모양의 페라이트 부품은 매우 높은 온도, 일반적으로 1200-1400 ° C 사이에서 소결됩니다. 소결은 압축 된 분말의 입자가 함께 결합하여 밀도를 증가시키고 페라이트의 자기 특성을 개선시킨다. 소결 동안, 페라이트의 미세 구조는 곡물 성장이 발생하여 변화합니다. 소결 온도, 시간 및 대기의 제어는 연질 자기 페라이트의 최종 자기 특성에 크게 영향을 줄 수 있으므로 중요합니다. 예를 들어, 소결 온도가 높을수록 곡물 크기가 커져 자기 투과성을 향상시킬 수 있지만 제대로 제어되지 않으면 와류 - 전류 손실을 증가시킬 수 있습니다.

5. 부드러운 자기 페라이트의 적용

5.1 전력 전자 장치 ​

변압기 : 소프트 자기 페라이트는 전력 전자 장치의 변압기에 광범위하게 사용됩니다. 그리드 - 태양 광 및 풍력 발전과 같은 재생 에너지 시스템을위한 연결된 전력 인버터에서 MNZN 페라이트 코어는 변압기에서 전압 레벨을 아래로 내려 가기 위해 변압기에 사용됩니다. DC 측 (태양 전지판 또는 풍력 터빈)과 AC 측 (그리드) 사이의 효율적인 전력 전송을 가능하게합니다. 전자 장치에서 입력 전압을 필요한 출력 전압으로 변환하는 데 널리 사용되는 스위치 모드 전원 공급 장치에서 페라이트 변압기는 전기 분리 및 전압 변환을 제공하는 데 중요한 역할을합니다.

인덕터 : 소프트 자기 페라이트로 만든 인덕터는 에너지 저장 및 전력 전자 장치 회로의 필터링에 사용됩니다. 벅 - 부스트 컨버터에서, 페라이트 코어가있는 인덕터는 스위칭 장치의 시간 동안 에너지를 저장하고 오프 시간 동안이를 출시하여 출력 전압을 조절하는 데 도움이됩니다. 전력 계수 보정 (PFC) 회로에서, 페라이트 코어가있는 인덕터는 반응 전력을 저장하고 방출하여 전기 부하의 전력 계수를 개선하는 데 사용됩니다.

5.2 소비자 전자 장치

휴대폰 : 휴대 전화에서는 소프트 자기 페라이트가 다양한 구성 요소에 사용됩니다. 예를 들어, Nizn 페라이트 안테나는 무선 신호의 수신 및 전송을 개선하는 데 사용됩니다. 그들은 전화가 셀룰러 네트워크, WI -FI 라우터 및 Bluetooth 장치와보다 효과적으로 통신하도록 도와줍니다. 페라이트 비드는 또한 휴대 전화의 전력 및 신호 라인에 사용되어 고주파 전자기 간섭을 억제하여 전화 내부의 민감한 전자 구성 요소의 적절한 작동을 보장합니다.

랩톱 및 태블릿 : 랩톱 및 태블릿에서 소프트 자기 페라이트는 전원 공급 장치에 사용되어 입력 전압을 다른 구성 요소에 대해 적절한 전압 레벨로 변환합니다. 이 전원 공급 장치의 변압기 및 인덕터는 페라이트 코어를 사용하여 효율성 높은 전력 변환을 달성합니다. 또한 전자기 간섭이 데이터 저장 및 검색 프로세스에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 하드 디스크 드라이브의 자기 차폐에 사용됩니다.

5.3 자동차 전자 제품

전기 자동차 (EV) 모터 : 전기 자동차에서는 소프트 자기 페라이트가 모터에 사용됩니다. 일부 EV 모터의 고정자 및 로터 코어는 양호한 자기 특성과 상대적으로 저렴한 비용으로 인해 페라이트 재료를 사용할 수 있습니다. EV 모터에서 소프트 자기 페라이트를 사용하면 자기 손실을 줄임으로써 모터의 효율을 향상시키는 데 도움이됩니다. 이것은 전기 자동차의 주행 범위를 증가시킵니다.

차량 전자 시스템 : 오디오 시스템, 내비게이션 시스템 및 엔진 제어 장치와 같은 차량의 다양한 전자 시스템에서 소프트 자기 페라이트는 변압기, 인덕터 및 필터에 사용됩니다. 그들은 안정적인 전원 공급 장치를 제공하고 전자기 간섭을 줄이면 차량의 가혹한 전자기 환경에서 이러한 시스템의 신뢰할 수있는 작동을 보장합니다.

5.4 통신

안테나 : 앞에서 언급했듯이 Nizn Ferrites는 일반적으로 무선 통신을위한 안테나에 사용됩니다. 5G 기지국에서 페라이트 - 로딩 된 안테나는 안테나의 방사선 효율과 지향성을 향상시킬 수 있습니다. 신호 손실이 적은 장거리에 걸쳐 높은 주파수 신호를 전송하고받는 데 도움이됩니다. 휴대 전화 안테나에서 페라이트 재료는 특히 네트워크 범위가 약한 영역에서 신호 강도와 품질을 향상시킬 수 있습니다.

필터 및 차단기 : 소프트 자기 페라이트는 통신 네트워크의 필터 및 아이솔레이터에 사용됩니다. 페라이트 재료로 만든 필터는 특정 주파수 대역을 선택적으로 통과하거나 차단하여 통신 시스템에서 다른 신호를 분리 할 수 ​​있습니다. 신호의 반사를 방지하는 데 사용되는 절연체는 종종 페라이트 재료를 사용하여 필요한 비 상호 자기 특성을 달성합니다.

6. 소프트 자기 페라이트의 미래 트렌드와 도전

6.1 트렌드

소형화 및 통합 : 더 작은 크기와 더 높은 기능성을 향한 전자 장치의 지속적인 개발로 인해 소프트 자기 페라이트 구성 요소의 소형화 및 통합에 대한 경향이 있습니다. 이를 위해서는 정확한 자기 특성을 갖는 더 작고 복잡한 페라이트 부품을 생산하기 위해 새로운 제조 기술의 개발이 필요합니다. 예를 들어, 앞으로는 전자 장치의 공간을 절약하기 위해 더 작은 페라이트 기반 인덕터 및 변압기가 인쇄 회로 보드 (PCB)에 직접 통합 될 수 있습니다.

더 높은 주파수 응용 : 고속 데이터 전송 및 통신에 대한 수요가 증가함에 따라 더 높은 주파수 응용 프로그램을 위해 소프트 자기 페라이트가 개발되어야합니다. 이는 높은 자기 투과성을 유지하고 주파수에서 GHZ 범위 내에서 낮은 손실을 유지하는 등 자기 특성을 향상시키는 것을 의미합니다. 고급 주파수 성능이 향상된 새로운 유형의 페라이트 재료 또는 복합 재료가 개발 될 수 있습니다.

지속 가능하고 녹색 제조 : 소프트 자기 페라이트 생산을 포함하여 모든 산업에서 지속 가능하고 녹색 제조에 중점을두고 있습니다. 여기에는보다 환경 친화적 인 원료를 사용하고 제조 공정에서 에너지 소비를 줄이며 폐기물을 최소화하는 것이 포함됩니다. 예를 들어, 재활용 금속 산화물을 원료로 사용하거나 더 많은 에너지 효율적인 소결 공정을 개발하려는 노력이 이루어질 수 있습니다.

6.2 도전

원자재 공급 및 비용 : 소프트 자기 페라이트에 대한 원료의 가용성 및 비용은 어려울 수 있습니다. 특정 등급의 FE와 같은 일부 금속 산화물 ₂ o ₃ , m _n o와 n _i o, 광업 가용성 및 지정 학적 문제와 같은 요인으로 인해 공급 중단 또는 가격 변동이 적용될 수 있습니다. 대체 원자재 공급원을 찾거나보다 효율적인 추출 및 재활용 방법을 개발하는 것이 안정적인 공급 및 제어 비용을 보장하기 위해 중요합니다.

엄격한 성능 요구 사항 충족 : 응용 프로그램이 더욱 까다로워지면서 부드러운 자기 페라이트는 점점 엄격한 성능 요구 사항을 충족해야합니다. 예를 들어, 전기 자동차 및 전력 그리드의 고급 전력 응용 분야에서 페라이트는 광범위한 작동 조건에 비해 높은 포화 자화, 낮은 손실 및 우수한 온도 안정성을 가져야합니다. 이러한 요구 사항을 충족시키기 위해 새로운 페라이트 구성 및 제조 공정을 개발하는 것은 중요한 과제입니다.

대체 재료와의 경쟁 : 비정질 및 나노 결정 합금과 같은 대체 자기 물질과의 경쟁이 있으며, 이는 또한 자기 특성을 제공합니다. 소프트 자기 페라이트는 경쟁력을 유지하기 위해 성능을 지속적으로 개선해야합니다. 여기에는 자기 성능을 유지하거나 개선하는 동안 비용을 줄이기 위해 제조 공정을 더욱 최적화하는 것이 포함될 수 있습니다.