温敏软磁铁氧体在温度传感器中的应用开发
一、引言
软磁铁氧体的磁导率在其居里点温度附近将发生急剧下降现象，利用这一特点制作的温敏器件被广泛应用于控温、限温和预警等领域，在汽车、空调、办公自动化和家用电器等行业中作用很大，这类温敏器件的优点是：①高的可靠性；②优良的耐环境性；③噪声电压小；④安装使用简便；⑤适合批量生产。本文研究了温敏锰锌铁氧体的制备工艺，制出了3℃～10℃、83℃～90℃、108℃～115℃变化的温敏软磁材料，并成功地应用于汽车冷起动传感器、水箱温度传感器、热起动传感器的研制。
二、实验
1.对温度铁氧体材料的要求
（1）软磁材料的居里温度与所要求控制的温度接近；
（2）控制温区的磁导率变化率大于200%/℃，磁导率要求降到100以下；
（3）非控制温区的磁导率变化率要小于10%/℃，并且磁导率要求保持400以上。
2.配方设计
根据上述性能要求，我们以碳酸锰、氧化锌、氧化铁为原料，添加少量的氧化铜、氧化钙，采用一般氧化物陶瓷工艺制备，经混合→球磨→预烧→二次球磨→压制成型→烧结等工艺流程，制成的样品用CD-16磁性参数测试仪配合高低温实验箱测量材料的磁导率以及磁导率与温度（μ-T）的关系曲线。在材料制备过程中，通过调整配方原料的比例，优化工艺参数，得到的实验结果如下。
（1）Fe2O3与ZnO的含量变化引起的居里温度的变化趋势相反，这是因为随着Fe2O3含量的增加，使间接交换作用增强，而ZnO的增加所起的作用恰恰相反。
（2）氧化铜的适量加入可以降低烧结温度，并可以在空气中烧结，其它材料及工艺参数相同。
（3）锰含量增加可提高磁导率，同时使居里点温度附近磁导率的变化加剧。
（4）另外在实验中我们发现加入适量的氧化钙或氧化铬，可以提高低温区的磁导率，大约可以提高50%～80%。
通过上述实验，我们确定了3℃～10℃温敏铁氧体的配方为：
Mn0.2ZnxCu0.8－xFe2O4，最佳工艺为：球磨后700℃～800℃温度下马福炉中进行预烧结处理，以1∶1.2的料水二次球磨，造粒成型后在1000℃～1100℃下空气气氛中烧结而成。
三、应用
温敏软磁铁氧体材料在应用领域较为广泛，下面就汽车用冷起动传感器（3℃～10℃）和热起动传感器（108℃～115℃）为例作一简单介绍。
1、汽车冷起动传感器是在3℃时断开，10℃（±3℃）时导通的感温磁性开关，主要核心部件为软磁环、永磁环、干簧管、铜环垫片。
2、汽车热起动传感器是在115℃（±3℃）时断开，108℃导通，且常温导通的感温磁性开关，主要核心部件为软磁环、永磁环、干簧管。
以上应用实例的工作原理是：当外界温度由低升高穿越居里温度时，软磁环的磁导率迅速下降，通过干簧管的磁通密度减小，使干簧管的状态发生改变（簧片接通或断开）；当外界温度由高降低穿越居里温度时，软磁环的磁导率迅速增加，通过干簧管的磁通密度增大，使干簧管的状态发生改变（簧片接通或断开），从而实现其温度控制开关状态。
四、小结
利用普通的陶瓷工艺，制备成功了具有良好的温敏特性的软磁铁氧体材料，并应用于汽车冷起动传感器和热起动传感器的研制。 另外，在实验过程中，同时研制出了从－30℃～115℃温敏范围的系列温敏铁氧体材料，其中83℃～90℃温敏铁氧体正在用于研制汽车水箱温度控制传感器。随着应用工作的不断发展，温敏软磁材料的应用范围还将不断扩大，在自动控制以及家用电器领域必将发挥更大的作用。
