铁基复合磁粉芯内绝缘层的控制及其对磁性能的影响

发布时间：2020-09-08 19:01

　　磁粉芯是一种重要的软磁材料,可广泛应用于输出电感、线路滤波器和开关电源等电子元器件中。随着磁粉芯应用频率的提高,涡流损耗将明显增强,不仅降低了磁粉芯的性能,还会产生大量的焦耳热。所以,如何在保证良好磁性能的同时有效降低磁粉芯的高频涡流损耗是当前研究的热点和难点。为了降低磁粉芯的损耗,改善其电、磁性能,本文以铁基合金粉末为研究对象,采用化学包覆法制备二氧化硅包覆铁基合金的核壳结构粉末,然后将复合粉末进行高温烧结制备颗粒间绝缘的铁基复合磁粉芯。对核壳结构复合粉末及复合磁粉芯的物相组成和微观结构进行表征,并研究了铁基合金颗粒间绝缘层对磁粉芯电、磁性能的影响规律。具体研究结果如下:1、通过正硅酸乙酯的水解缩聚反应,采用化学包覆法制备了FeSiAl/SiO_2核壳结构复合粉末。研究表明,化学包覆工艺可获得包覆层均匀的Fe SiAl/SiO_2核壳结构复合粉末,且控制正硅酸乙酯的添加量可有效调节FeSiAl/SiO_2核壳结构复合粉末内SiO_2包覆层的厚度,随着正硅酸乙酯添加量的增加,复合粉末内包覆层的厚度逐渐增加,密度减小,静磁性能下降。另外,FeSiAl/SiO_2核壳结构复合粉末在高温烧结过程中,核心FeSiAl合金中的Al与壳层的SiO_2之间会发生置换反应,壳层SiO_2被新生成的Al_2O_3所替代,且核心层演变为Fe_3Si,最终形成了Fe_3Si/Al_2O_3复合磁粉芯。×2、研究了Fe_3Si/Al_2O_3复合磁粉芯内绝缘层厚度对磁粉芯电、磁性能的影响:随着正硅酸乙酯添加量的增加,复合磁粉芯内Al_2O_3绝缘层的厚度逐渐增加,其静磁性能有所下降,有效磁导率的频率稳定性越来越好,电阻率增大,损耗降低。当正硅酸乙酯添加量为20ml时,Fe_3Si/Al_2O_3复合磁粉芯的综合性能最佳,绝缘效果最好,电阻率(21.86μΩ×m)相比原始Fe SiAl磁粉芯(0.8μΩ×m)提高了两个数量级,损耗P500Gs/50KHz为480W/Kg,相比原始FeSiAl磁粉芯(589W/Kg)降低了18.5%,且有效磁导率频率稳定性明显改善。3、通过正硅酸乙酯的水解缩聚反应,采用化学包覆法制备了Fe/SiO_2核壳结构复合粉末。研究表明,化学包覆工艺可获得包覆层均匀的Fe/SiO_2核壳结构复合粉末,且通过控制化学包覆工艺和正硅酸乙酯的添加量可调节包覆层的均匀性和厚度。随着正硅酸乙酯添加量的增加,复合粉末的包覆层厚度先增加后降低,密度先减小后增加。采用随后的通电加压烧结结合后续热处理可获得颗粒间绝缘的Fe/SiO_2复合磁粉芯。4、研究了复合磁粉芯内绝缘层厚度对磁粉芯电、磁性能的影响:随着正硅酸乙酯添加量的增加,Fe/SiO_2复合磁粉芯内的绝缘层厚度先增大后减小,有效磁导率的频率稳定性先增强后有所下降,电阻率先增大后减小,损耗先降低后有所增加。其中,添加量为15ml时绝缘层最厚,绝缘效果最佳,综合性能最好,电阻率(8.53μΩ×m)相比原始羰基Fe粉磁粉芯(0.13μΩ×m)升高了两个数量级;损耗P10mT/130KHz降低了36.7%,且有效磁导率的频率稳定性明显改善。
【学位单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TF125.8
【部分图文】：

软磁材料,低能量,加磁,磁性材料

第 1 章绪论1 磁性材料简介近年来日益加重的自然环境负担使得社会发展和人类进步越来越受到乏和生态保护的影响，能源问题已经成了关乎国家未来的战略问题[1,2]。危机逐渐严重的背景下，节能减排和绿色环保的呼声日益高涨，提高现有利用率和循环利用势在必行。作为用途广泛的一种功能材料，磁性材料制可以转换、传递和处理信息，还可用于存储能量，以达到节省能源的目的义来说，磁性材料可分为软磁材料和永磁材料两大类[4,5]。作为用途广泛繁多的一类磁性材料，软磁材料在磁性材料家族中占有举足轻重的地位[6磁材料的分类如图 1.1[8-11]所示。

磁粉芯,因素

图 1.4 影响磁粉芯性能的因素[60]2.3.1 粉末的制备方法及其对软磁性能的影响磁粉芯中磁性粉末的制备方法主要可分为机械粉碎法和雾化法两大类。碎是靠机械装置的击压、剪切和磨削等将块体金属或合金粉碎成颗粒的。力的差异可将机械粉碎分为机械冲击粉碎法、球磨法、气流磨粉碎法和超法等，其中最为常见的是球磨法；雾化法一般是直接击碎液体金属或合金小的熔滴后在干燥塔内冷却、凝固而获得金属粉末，主要包括气雾化和水等[61]。不同的粉末制备方法会影响其形状、粒径及微观结构，进而影响的磁性能。郑峰[62]分别采用两种球磨机（行星球磨机和振动球磨机）制备了 Fe-6.5金粉末，探索出了最佳工艺条件。行星球磨最佳工艺条件为：球磨介质为醇，球料比 10：1，转速 365r/min，得到磁粉粒度分别为 125μm、60μm、3对应的球磨时间为 9h、15h、20h。振动球磨最佳工艺条件为：球料比 45程控制剂加入量 3%。得到磁粉粒度分别为 125μm、60μm、30μm 时对应

形貌,球磨,非晶合金粉末,破碎法

武汉科技大学硕士学位论文Moon B G 等[63]研究了高能球磨对 Fe73Si16B7Nb3Cu1纳米晶软磁粉芯软磁性能的影响，得到了随着球磨时间的增加磁粉芯的相对密度会先增后减的结论。在球磨初期，磁粉芯的相对密度会增加是由于粉末边缘被平滑化，而随着球磨时间的延长具有尖锐边缘的粉末颗粒重新出现，相对密度又会下降。粉末粒径较大时，μ 主要受磁粉芯密度的影响，而当粉末粒径较小时主要受粉末粒度分布的影响。唐书环等[64]通过球磨、气流破碎带材制得了 Fe78Si9B13非晶合金粉末，研究发现球磨、气流复合破碎法是带材破碎制粉的有效途径之一。如图 1.5 所示，球磨带材破碎的粉末为片状，且有大量锋利的棱角，大颗粒粉末主要为类三角形和长条形，而小颗粒大多呈类四方形。而经过球磨、气流复合破碎法制备的粉末颗粒边缘相对较平滑，粉末棱角和长条所占比例减小，且多数粉末几乎为圆片形。因此气流破碎法可改善粉末尖角形貌，有利于粉末的绝缘包覆。刘宣文等[65]则是直接采用气流破碎 FeSiB 非晶粉末制备出了高频性能优越的非晶磁粉芯。

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