磁粉芯是一種重要的軟磁材料,可廣泛應(yīng)用于輸出電感、線路濾波器和開關(guān)電源等電子元器件中。隨著磁粉芯應(yīng)用頻率的提高,渦流損耗將明顯增強,不僅降低了磁粉芯的性能,還會產(chǎn)生大量的焦耳熱。所以,如何在保證良好磁性能的同時有效降低磁粉芯的高頻渦流損耗是當(dāng)前研究的熱點和難點。為了降低磁粉芯的損耗,改善其電、磁性能,本文以鐵基合金粉末為研究對象,采用化學(xué)包覆法制備二氧化硅包覆鐵基合金的核殼結(jié)構(gòu)粉末,然后將復(fù)合粉末進行高溫?zé)Y(jié)制備顆粒間絕緣的鐵基復(fù)合磁粉芯。對核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合粉末及復(fù)合磁粉芯的物相組成和微觀結(jié)構(gòu)進行表征,并研究了鐵基合金顆粒間絕緣層對磁粉芯電、磁性能的影響規(guī)律。具體研究結(jié)果如下:1、通過正硅酸乙酯的水解縮聚反應(yīng),采用化學(xué)包覆法制備了FeSiAl/SiO_2核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合粉末。研究表明,化學(xué)包覆工藝可獲得包覆層均勻的Fe SiAl/SiO_2核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合粉末,且控制正硅酸乙酯的添加量可有效調(diào)節(jié)FeSiAl/SiO_2核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合粉末內(nèi)SiO_2包覆層的厚度,隨著正硅酸乙酯添加量的增加,復(fù)合粉末內(nèi)包覆層的厚度逐漸增加,密度減小,靜磁性能下降。另外,FeSiAl/SiO_2核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合粉末在高溫?zé)Y(jié)過程中,核心FeSiAl合金中的Al與殼層的SiO_2之間會發(fā)生置換反應(yīng),殼層SiO_2被新生成的Al_2O_3所替代,且核心層演變?yōu)镕e_3Si,最終形成了Fe_3Si/Al_2O_3復(fù)合磁粉芯�！�2、研究了Fe_3Si/Al_2O_3復(fù)合磁粉芯內(nèi)絕緣層厚度對磁粉芯電、磁性能的影響:隨著正硅酸乙酯添加量的增加,復(fù)合磁粉芯內(nèi)Al_2O_3絕緣層的厚度逐漸增加,其靜磁性能有所下降,有效磁導(dǎo)率的頻率穩(wěn)定性越來越好,電阻率增大,損耗降低。當(dāng)正硅酸乙酯添加量為20ml時,Fe_3Si/Al_2O_3復(fù)合磁粉芯的綜合性能最佳,絕緣效果最好,電阻率(21.86μΩ×m)相比原始Fe SiAl磁粉芯(0.8μΩ×m)提高了兩個數(shù)量級,損耗P500Gs/50KHz為480W/Kg,相比原始FeSiAl磁粉芯(589W/Kg)降低了18.5%,且有效磁導(dǎo)率頻率穩(wěn)定性明顯改善。3、通過正硅酸乙酯的水解縮聚反應(yīng),采用化學(xué)包覆法制備了Fe/SiO_2核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合粉末。研究表明,化學(xué)包覆工藝可獲得包覆層均勻的Fe/SiO_2核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合粉末,且通過控制化學(xué)包覆工藝和正硅酸乙酯的添加量可調(diào)節(jié)包覆層的均勻性和厚度。隨著正硅酸乙酯添加量的增加,復(fù)合粉末的包覆層厚度先增加后降低,密度先減小后增加。采用隨后的通電加壓燒結(jié)結(jié)合后續(xù)熱處理可獲得顆粒間絕緣的Fe/SiO_2復(fù)合磁粉芯。4、研究了復(fù)合磁粉芯內(nèi)絕緣層厚度對磁粉芯電、磁性能的影響:隨著正硅酸乙酯添加量的增加,Fe/SiO_2復(fù)合磁粉芯內(nèi)的絕緣層厚度先增大后減小,有效磁導(dǎo)率的頻率穩(wěn)定性先增強后有所下降,電阻率先增大后減小,損耗先降低后有所增加。其中,添加量為15ml時絕緣層最厚,絕緣效果最佳,綜合性能最好,電阻率(8.53μΩ×m)相比原始羰基Fe粉磁粉芯(0.13μΩ×m)升高了兩個數(shù)量級;損耗P10mT/130KHz降低了36.7%,且有效磁導(dǎo)率的頻率穩(wěn)定性明顯改善。
【學(xué)位單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TF125.8
【部分圖文】：

第 1 章 緒論1 磁性材料簡介近年來日益加重的自然環(huán)境負擔(dān)使得社會發(fā)展和人類進步越來越受到乏和生態(tài)保護的影響，能源問題已經(jīng)成了關(guān)乎國家未來的戰(zhàn)略問題[1,2]。危機逐漸嚴重的背景下，節(jié)能減排和綠色環(huán)保的呼聲日益高漲，提高現(xiàn)有利用率和循環(huán)利用勢在必行。作為用途廣泛的一種功能材料，磁性材料制可以轉(zhuǎn)換、傳遞和處理信息，還可用于存儲能量，以達到節(jié)省能源的目的義來說，磁性材料可分為軟磁材料和永磁材料兩大類[4,5]。作為用途廣泛繁多的一類磁性材料，軟磁材料在磁性材料家族中占有舉足輕重的地位[6磁材料的分類如圖 1.1[8-11]所示。

圖 1.4 影響磁粉芯性能的因素[60]2.3.1 粉末的制備方法及其對軟磁性能的影響磁粉芯中磁性粉末的制備方法主要可分為機械粉碎法和霧化法兩大類。碎是靠機械裝置的擊壓、剪切和磨削等將塊體金屬或合金粉碎成顆粒的。力的差異可將機械粉碎分為機械沖擊粉碎法、球磨法、氣流磨粉碎法和超法等，其中最為常見的是球磨法；霧化法一般是直接擊碎液體金屬或合金小的熔滴后在干燥塔內(nèi)冷卻、凝固而獲得金屬粉末，主要包括氣霧化和水等[61]。不同的粉末制備方法會影響其形狀、粒徑及微觀結(jié)構(gòu)，進而影響的磁性能。鄭峰[62]分別采用兩種球磨機（行星球磨機和振動球磨機）制備了 Fe-6.5金粉末，探索出了最佳工藝條件。行星球磨最佳工藝條件為：球磨介質(zhì)為醇，球料比 10：1，轉(zhuǎn)速 365r/min，得到磁粉粒度分別為 125μm、60μm、3對應(yīng)的球磨時間為 9h、15h、20h。振動球磨最佳工藝條件為：球料比 45程控制劑加入量 3%。得到磁粉粒度分別為 125μm、60μm、30μm 時對應(yīng)

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文Moon B G 等[63]研究了高能球磨對 Fe73Si16B7Nb3Cu1納米晶軟磁粉芯軟磁性能的影響，得到了隨著球磨時間的增加磁粉芯的相對密度會先增后減的結(jié)論。在球磨初期，磁粉芯的相對密度會增加是由于粉末邊緣被平滑化，而隨著球磨時間的延長具有尖銳邊緣的粉末顆粒重新出現(xiàn)，相對密度又會下降。粉末粒徑較大時，μ 主要受磁粉芯密度的影響，而當(dāng)粉末粒徑較小時主要受粉末粒度分布的影響。唐書環(huán)等[64]通過球磨、氣流破碎帶材制得了 Fe78Si9B13非晶合金粉末，研究發(fā)現(xiàn)球磨、氣流復(fù)合破碎法是帶材破碎制粉的有效途徑之一。如圖 1.5 所示，球磨帶材破碎的粉末為片狀，且有大量鋒利的棱角，大顆粒粉末主要為類三角形和長條形，而小顆粒大多呈類四方形。而經(jīng)過球磨、氣流復(fù)合破碎法制備的粉末顆粒邊緣相對較平滑，粉末棱角和長條所占比例減小，且多數(shù)粉末幾乎為圓片形。因此氣流破碎法可改善粉末尖角形貌，有利于粉末的絕緣包覆。劉宣文等[65]則是直接采用氣流破碎 FeSiB 非晶粉末制備出了高頻性能優(yōu)越的非晶磁粉芯。

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本文編號：2814524