电磁加热用锰锌铁氧体的制备及应用特性研究

发布时间：2018-04-17 20:25

本文选题：锰锌铁氧体 + 电磁加热　；参考：《华南理工大学》2016年硕士论文

【摘要】：电磁炉是通过电磁感应进行加热的一种新型灶具,与传统灶具相比,电磁炉具有热效率高、加热快、环境友好、安全可靠、使用方便等优点。随着能源危机和环境问题的日益突出,人们对电磁炉的能效提出了更高的要求。锰锌铁氧体具有高的磁导率、高的饱和磁感应强度和低的损耗等优良的软磁性能和较高的性价比,在家电、通信、计算机等电子行业中有着广泛的应用。目前,在电磁炉中普遍使用其作为电磁加热线圈盘的磁条材料。然而,实际生产中发现,不同类型的锰锌铁氧体磁条对电磁炉的能效有重要影响。本文研究了电磁加热对锰锌铁氧体的应用要求,并以工业预烧料为原料,采用陶瓷工艺制备了锰锌铁氧体磁环,研究了烧结工艺和稀土离子掺杂对锰锌铁氧体结构和性能的影响。首先,通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、综合物性测量系统(PPMS)、软磁测量装置(MATS-2010SA、MATS-2010SD),分析并对比了电磁炉厂商使用的不同类型锰锌铁氧体磁条材料在化学成分、显微结构和磁性能上的差异,从材料学的角度揭示了电磁炉能效出现波动的原因。研究结果表明,不同供应商、不同类型的锰锌铁氧体磁条在化学成分、微观形貌和磁性能上差别较大。不同磁条的Mn与Zn的原子比处在1.21~3.90之间,在二次料生产的磁条中添加了较多的Ca、Si等元素。一次料制备的锰锌铁氧体磁条材料晶粒大小均匀、气孔率低,磁性能明显优于二次料磁条,而一次料磁条之间差别不明显。不同磁条的化学成分和显微结构上的差别导致性能出现波动,从而对电磁炉能效造成影响。其次,研究了磁条的各项磁性能与电磁炉能效之间的关系,并对电磁炉应用的锰锌铁氧体在20~100kHz频率范围内进行了损耗分离研究。研究结果表明,电磁炉的能效与磁条的磁导率和饱和磁感应(磁化)强度成正比,与磁损耗、矫顽力、剩磁成反比,与居里温度关系不大,影响电磁炉能效最重要的磁性能为磁导率、磁损耗和矫顽力。在100kHz以下,锰锌铁氧体的功率损耗以磁滞损耗和涡流损耗为主,剩余损耗可忽略不计。在电磁炉的应用频率范围内,磁滞损耗所占比例超过70%,且随着频率的降低,磁滞损耗所占比例增大。最后,利用工业预烧料为原料,采用陶瓷工艺制备了锰锌铁氧体磁环。研究了烧结温度、保温时间以及Sm_2O_3、Gd_2O_3掺杂对锰锌铁氧体的物相组成、微观结构和磁性能的影响。研究结果表明,烧结温度较低时,锰锌铁氧体除尖晶石相外还含有Fe_2O_3相,且随着烧结温度的升高,Fe_2O_3相逐渐减少。随着烧结温度的升高,锰锌铁氧体的磁导率升高,损耗和矫顽力降低,但烧结温度超过一定值后,性能反而降低。适当的增大烧结温度,减少保温时间更有利于材料性能的提高。利用工业预烧料制备的锰锌铁氧体,1275℃烧结,保温2h时具有最优的磁性能,振幅磁导率、比总损耗和矫顽力分别为1071、268.2W/kg、40.14A/m(100mT,100kHz)。添加微量的Sm_2O_3和Gd_2O_3能明显改善锰锌铁氧体的微观结构,提高磁性能。当Sm_2O_3和Gd_2O_3的掺入量为0.01 wt%时,铁氧体具有最佳的微观结构和最优的磁性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM277

【相似文献】