NiZn软磁铁氧体因具有高的电阻率、高的截止频率、低的高频损耗以及宽的使用频带而被广泛应用在高频领域的各个方面。当应用频率在1MHz以下时，其性能不如MnZn铁氧体，但在1MHz以上时，由于具有多孔性和较高的电阻率，其性能明显优于MnZn铁氧体。因此，在高频的情况下，NiZn铁氧体得到广泛使用。应用领域的不同，对NiZn铁氧体的性能要求也不尽相同，可以通过改变主配方中Ni与Zn的摩尔比^{[1, 2]}、离子掺杂^{[3, 4, 5, 6, 7, 8]}、烧结工艺^{[9, 10]}等方法调节铁氧体材料的性能来满足要求。对于功率型NiZn铁氧体(又称电源铁氧体)，主要用于各种开关电源变压器和回扫变压器的电感器件等，该类型的铁氧体要求具有高的饱和磁通密度B_s，高频下较低的功率损耗P_cv。为了降低NiZn铁氧体材料的功率损耗，同时要求磁参数变化不大的情况下，本工作采用固相反应法制备了Ni_0.65Zn_0.35Sn_xFe_2-xO₄铁氧体，通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)检测样品的物相和微观形貌，通过LCR测试仪和B-H分析仪并配合高低温实验箱测试样品的磁性能和功率损耗，讨论了不同Sn⁴⁺取代量x对铁氧体磁性能和功率损耗的影响，实现了降低铁氧体功率损耗的目的。

采用固相反应法，选用化学纯的Fe₂O₃，Ni₂O₃，ZnO，SnO₂为基本原料，以Ni_0.65Zn_0.35Sn_xFe_2-xO₄(x=0，0.02，0.04，0.06，0.08)为主配方准确称量各组分，分别置于行星式球磨机中一次球磨12h，烘干后于950℃预烧2h，自然冷却。预烧后再次球磨12h，烘干，加入适量的聚乙烯醇溶液做黏结剂，造粒，在25MPa的压力下压制成20mm×10mm×6mm的环形样品，置于马弗炉中以1270℃烧结3h，随炉冷却至室温，得到烧结样品。

采用MPX18AHF X射线衍射仪(CuK_α，λ=0.15406nm)测试样品的物相与结构；采用S-4800(SEM)观察样品的微观形貌；采用4285型LCR测试仪测量样品在100kHz的电感量，然后计算起始磁导率,其中，L为电感，N为线圈匝数，r₁为样品内径，r₂为样品外径，h为样品厚度。采用高低温实验箱(LP/GDW-225型)测量样品电感随温度的变化，并计算起始磁导率，确定μ_i-T曲线；采用B-H分析仪(SY-8258型)测量样品的饱和磁通密度及功耗随温度的变化；用排水法精确测量样品的体密度；使用JADE软件计算NiZn铁氧体材料的晶格常数a。

图1为不同Sn⁴⁺取代量x下Ni_0.65Zn_0.35Sn_xFe_2-xO₄的XRD图谱。可以看出，所有样品的衍射峰对应的均为尖晶石相，没有出现其他杂相的衍射峰，且随着Sn⁴⁺取代量的增加，衍射峰移向低角度。这表明，Sn⁴⁺进入尖晶石晶格中，依然保持着尖晶石的物相。

	图 1 Ni0.65Zn0.35SnxFe2-xO4的XRD图谱 Fig.1 XRD patterns of Ni0.65Zn0.35SnxFe2-xO4
图选项

表1为不同Sn⁴⁺取代量下Ni_0.65Zn_0.35Sn_xFe_2-xO₄的晶格常数a和密度d变化。可以看出，随Sn⁴⁺取代量的增加，晶格常数逐渐变大，这可能是由于Sn⁴⁺的离子半径(0.71nm)比Fe³⁺的离子半径(0.67nm)稍大，当Sn⁴⁺进入尖晶石晶格中取代八面体位(B位)的Fe³⁺后，导致晶格膨胀，使得晶格常数增大，这也与Sn⁴⁺取代后衍射峰移向低角度相符。密度对NiZn铁氧体的影响至关重要。随Sn⁴⁺取代Fe³⁺的增多，密度逐渐增大。究其原因，一方面可能是由于最初离子和取代离子的原子质量不同(Fe³⁺(55.85)＜Sn⁴⁺(118.7))；另一方面,可能是由于SnO₂在烧结的过程中形成液相，由于固相熔融可促进液相传质和烧结，加速烧结致密化和晶粒生长，从而提高了样品的密度。

图2为不同Sn⁴⁺取代量x下NiZn功率铁氧体的微观形貌。可以看出，随Sn⁴⁺取代量的增加，样品的晶粒尺寸稍有增加，但取代量过多时(x>0.04)，晶体的均匀性变差。这可能是由于SnO₂在高温烧结过程中具有助熔的作用，其熔点为1127℃，低于实验中的烧结温度1270℃，从而使晶粒生长，取代过多时，部分晶粒生长过快，导致了晶体微观结构均匀性变差。

	图 2 不同Sn4+取代量下样品的微观形貌 (a)x=0.00;(b)x=0.02;(c)x=0.04;(d)x=0.06;(e)x=0.08 Fig.2 Micrographs of the samples with different Sn4+content (a)x=0.00;(b)x=0.02;(c)x=0.04;(d)x=0.06;(e)x=0.08
图选项

图3为不同Sn⁴⁺取代量x下NiZn铁氧体的起始磁导率随温度的变化。可以看出，材料的起始磁导率随取代量呈现出先上升后下降的趋势，且在取代量为x=0.04时达到最大值。比较样品的斜率还可以看出，在x=0.04时，样品的温度系数最低，这更有利于磁芯应用于高温的环境中。

	图 3 不同Sn4+取代量下起始磁导率的温度特性 Fig.3 Temperature dependence of initial permeability with different Sn4+content
图选项

起始磁导率可表示为

当x≤0.04时，磁导率的增加，一方面是由于Sn⁴⁺具有强烈占据B位的倾向^[13]，与B位的Fe³⁺发生取代，由于价态平衡的要求：2Fe³⁺→Sn⁴⁺+Fe²⁺ 使得Fe²⁺的含量增加，由于Fe²⁺对K₁的贡献为正，而NiZn铁氧体的K₁为负，因此，随着Fe²⁺的增加，K₁趋向于0，材料的起始磁导率上升；另一方面，是由于SnO₂可以促进 NiZn 铁氧体的晶粒生长及致密化，畴壁位移及磁畴转动的阻力降低，从而材料的起始磁导率μ_i增加。

然而，当x>0.04时，NiZn铁氧体中总的分子磁矩可表示为

图4为不同Sn⁴⁺取代量x下NiZn铁氧体的饱和磁通密度B_s的变化。可以看出，饱和磁通密度随Sn⁴⁺取代量的增加减小。根据B_s=μ₀(H+M_s)，M_s随Sn⁴⁺的增加而减小，因此，B_s也在不断地减小。

	图 4 Bs随Sn4+取代量的变化 Fig.4 Bs variation with different Sn4+content
图选项

图5为不同Sn⁴⁺取代量x下功率损耗与温度的变化关系曲线。可以看出，所有的样品随温度的升高，其功率损耗都在降低。功率损耗随着取代量的增加呈现出先降低后上升的趋势，在Sn⁴⁺取代量x=0.04时，NiZn铁氧体具有最低的功率损耗。

	图 5 不同Sn4+取代量下功率损耗与温度的关系 Fig.5 The relationship between power loss and temperature with different Sn4+ content
图选项

NiZn铁氧体的功率损耗P_cv可分为磁滞损耗P_h，涡流损耗P_e以及剩余损耗P_r:

由于测试的频率不高，因此剩余损耗可以忽略^[15]。Sn⁴⁺进入了NiZn铁氧体晶格中，这使得影响K₁的Fe²⁺含量发生变化，由于电荷补偿，2Fe³⁺→Sn⁴⁺+Fe²⁺，Sn⁴⁺和Fe²⁺结合在一起，即使 Fe²⁺量增加，而高价的Sn⁴⁺束缚了电子在Fe³⁺和Fe²⁺之间的电子跳跃，从而提高材料电阻率，减小了涡流损耗，而当Sn⁴⁺取代量x>0.04时，总损耗增加，原因可能是磁滞损耗增加，导致材料的总损耗上升。

图6为不同Sn⁴⁺取代量x下相对损耗因子与磁通密度关系曲线。可知，所有曲线的tanδ/μ′与B_m近似线性关系，由于该曲线的斜率表示的是铁氧体的磁滞损耗系数^[16]，可以看出，当x=0.04时磁滞损耗最小，且在x>0.04时，磁滞损耗增加，导致总损耗增加。

	图 6 不同Sn4+取代量下相对损耗因子与磁通密度的关系 Fig.6 Magnetic flux density dependence of relative loss factor with different Sn4+content
图选项

(1)用固相反应法制备了Ni_0.65Zn_0.35Sn_xFe_2-xO₄铁氧体软磁材料。随着Sn⁴⁺取代量的增加，晶粒尺寸变化不大，X射线衍射角移向低角度，晶格常数增大，表明Sn⁴⁺进入了尖晶石晶格中，其结构均为尖晶石相结构。

(2)随Sn⁴⁺取代量x的增加，饱和磁通密度逐渐下降，起始磁导率先上升后下降，而功率损耗与起始磁导率的变化呈相反趋势。

(3)当Sn⁴⁺取代量x=0.04时，NiZn功率铁氧体具有较高的起始磁导率、较低的功率损耗和温度系数，且功率损耗随温度的上升而降低。这表明在较高的温度下，NiZn材料可作为电源变压器功率磁芯使用。