高性能铁硅软磁粉芯的制备及磁电性能研究
本文选题:Fe-6.5wt%Si + 绝缘包覆 ; 参考:《合肥工业大学》2015年硕士论文
【摘要】:含有分布式气隙的金属软磁粉芯兼具金属软磁材料高饱和磁通密度和铁氧体软磁材料高电阻率的优良特性,符合电力电子器件的未来发展趋势。随着大功率低能耗器件的持续发展,具有良好直流偏置特性的铁硅软磁粉芯已成为行业研发的焦点。本文采用磷酸钝化工艺制备Fe-6.5wt%Si软磁粉芯,研究了绝缘剂和粘结剂的用量以及成型压力对磁粉芯磁电性能的影响。研究表明:绝缘剂和粘结剂用量的适当增加可以降低磁粉芯的有效磁导率和涡流损耗,且能优化直流偏置性能;而适当增大成型压强使得有效磁导率增加、高频损耗降低。制备参数的变化通过改变磁粉颗粒之间的非磁性绝缘层厚度以及绝缘辅料分解的残留物和气隙含量,来影响畴壁移动被钉扎的程度,进而决定粉芯磁电性能的变化。实验在磁导率60牌号的铁硅粉芯中获得了优异性能:50kHz/100mT的损耗和1000e的有效磁导率百分比可同时实现不高于600mW/cm3和不低于81%。在铁硅粉芯研究的基础上,实验还通过掺入低成本Fe-9.6wt%Si-5.4wt%Al绝缘磁粉制备了铁硅/铁硅铝复合粉芯。研究铁硅铝掺入量以及热处理工艺对复合粉芯磁电性能的影响。研究发现:铁硅铝磁粉的掺入以及适当升高热处理温度和延长热处理时间可以有效降低粉芯的损耗,但在一定程度上都会造成粉芯直流偏置性能的下降。铁硅铝合金接近于0的磁致伸缩系数和磁各向异性常数以及应力弛豫和辅料分解导致畴壁钉扎点的减少可以合理解释磁电性能的变化。研究在磁导率60牌号的复合粉芯中也获得了优异性能:50kHz/100mT的损耗和1000e的有效磁导率百分比可同时实现457mW/cm3和62.68%。
[Abstract]:The metal soft magnetic powder core with distributed air gap has the excellent characteristics of high saturation flux density of metal soft magnetic material and high resistivity of ferrite soft magnetic material, which is in line with the future development trend of power electronic devices. With the continuous development of high power and low energy consumption devices, ferrosilicon soft magnetic powder cores with good DC bias characteristics have become the focus of industry research and development. In this paper, Fe-6.5 wtSi soft magnetic powder cores were prepared by phosphoric acid passivation process. The effects of the amount of insulating agent and binder and the molding pressure on the magnetoelectric properties of magnetic powder cores were studied. The results show that the effective permeability and eddy current loss of the magnetic powder core can be reduced by the proper increase of the amount of insulating agent and binder, and the DC bias performance can be optimized, while the effective permeability increases and the high frequency loss decreases when the molding pressure is properly increased. The change of preparation parameters affects the pinning degree of domain wall movement by changing the thickness of nonmagnetic insulating layer between magnetic particles and the content of residual and air gap decomposed by insulating excipients, and then determines the change of magnetic and electrical properties of powder core. The experimental results show that the loss of 10: 50kHz / 100mT and the effective permeability of 1000e can be achieved at the same time not more than 600mW / cm ~ 3 and no less than 81cm ~ 3 in the iron-silicon powder core with permeability of 60 grades. On the basis of the study of iron-silicon powder core, Fe-Si / Fe-Si-Al composite powder core was prepared by adding low cost Fe-9.6 wtand Si-5.4 wtAl insulating magnetic powder. The effect of iron, silicon and aluminum content and heat treatment on the magnetoelectric properties of the composite powder core was studied. It is found that the doping of Fe, Si and Al magnetic powder and the proper raising of heat treatment temperature and prolonging the heat treatment time can effectively reduce the loss of the powder core, but to a certain extent, the DC bias performance of the powder core will be decreased. The decrease of pinning points of domain walls due to the magnetostriction coefficient and the magnetic anisotropy constant near 0, as well as the stress relaxation and the decomposition of excipients, can reasonably explain the change of magnetoelectric properties. The results show that the loss of 100 Mt and the effective permeability of 1000e can be achieved by 457 MW / cm ~ 3 and 62.68% respectively in the composite powder core with permeability of 60 grades and excellent performance: 50 kHz / 100 Mt / 100 Mt / 100mT / 100mT / 100mT / 100mT / 100mT / 100mT / 100mT / 100mT respectively.
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM27
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