铁硅系金属磁粉芯制备研究

发布时间：2017-06-01 02:16

  本文关键词：铁硅系金属磁粉芯制备研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属磁粉芯因其高直流偏置性能、低功率损耗特点,被广泛应用于通讯、不间断电源(UPS)、固体激光电源、光伏发电系统、LED驱动等领域。本文开展了绝缘包覆、成型压力、退火热处理等制备工艺对铁硅铝磁粉芯以及铁硅磁粉芯磁性能影响的研究；提出了利用无机氧化物相图对绝缘包覆层进行成分设计,采用沉积无机盐的方法制备出了高性能的绝缘包覆层,使得磁粉芯功率损耗得以降低；研究了在直流偏置状态下,铁硅铝磁粉芯电感器件的品质因数及其改善；利用损耗分离的方式对铁硅铝磁粉芯μe60、μe125两种典型牌号及铁硅磁粉芯μ。60典型牌号的损耗机制进行了研究。其主要结果如下： 分析了提高金属磁粉芯有效磁导率的途径；优化了粒度分布、成型压力条件,从而形成合适的等效退磁场,使得磁粉芯具有高的有效磁导率；采用了合适的热处理温度,降低磁粉芯的功率损耗。 设计了钠硼磷氧绝缘包覆层,优化了成型压力及热处理温度条件,制备出高性能铁硅铝磁粉芯。利用偏硼酸钠和偏磷酸钠的熔点分别高于和接近于铁硅铝合金D03相(长程有序固溶体相结构)的相变温度(650℃),降低了热处理过程对绝缘包覆层的破坏；其二元相图中的低温共熔点530℃远低于铁硅铝合金D03相的相变温度,使得退火热处理过程中生成的液相有利于形成绝缘包覆玻璃层。实验结果表明：制备得到的铁硅铝磁粉芯,在100kHz时有效磁导率μ。为119；在频率为50kHz,磁场强度为50mT下,磁粉芯功率损耗低于75mW/cm3。 设计了钠硅氧绝缘包覆层,通过优化成型压力及热处理温度条件,制备出高性能铁硅磁粉芯。基于在铁硅合金中DO3相结构比B2相结构(短程有序固溶体相结构)对磁性更为有利,而铁硅合金在500℃时热处理时D03相结构含量最高这一结构特点。利用氧化钠与二氧化硅的熔点远高于500℃,增强了绝缘包覆层的热稳定性；选取氧化钠与二氧化硅相图中的双液相区作为绝缘包覆层配比,在退火热处理过程中有利于形成良好绝缘包覆玻璃层。 基于磁粉芯磁化过程,研究了在直流偏置状态下,铁硅铝磁粉芯电感器件的品质因数及其改善途径。分析了不同频率下,铁硅铝磁粉芯电感器件的品质因数随直流偏置磁场变化的特点,提高了铁硅铝磁粉芯电感器件的工作效率。通过调节磁粉芯磁化曲线的斜率、交流电压幅度、频率、直流偏置场来对铁硅铝金属磁粉芯的品质因数进行改善。 利用损耗分离的方式对铁硅铝磁粉芯μe60、μe125两种典型牌号及铁硅磁粉芯μe60典型牌号的损耗机制进行了深入的研究。根据磁滞损耗n、涡流损耗P。和剩余损耗Pr与频率f形成不同的函数关系来进行损耗分离,结果发现：铁硅铝磁粉芯及铁硅磁粉芯的损耗均主要由磁滞损耗Ph和涡流损耗Pe组成,剩余损耗Pr可以忽略不计。但在频率为300kHz时,铁硅铝μe60和μe125磁粉芯损耗组成有很大不同,铁硅铝μe60磁粉芯的磁滞损耗Ph较高,而铁硅铝μe125磁粉芯的涡流损耗P。较高。 铁硅系金属磁粉芯具有价格低廉性能优良的特点,在一些特定的领域与场合是替代昂贵的铁镍系磁粉芯的理想产品选择。优化制备方法以及对损耗机制的分析研究,使得对铁硅系磁粉芯的认识得以深入,在批量生产中的产品品质得以保证,为进一步提高产品的性能,降低产品的功率损耗打下基础。对直流偏置状态下金属磁粉芯品质因数的研究,在实际的器件及绕组选型应用中具有指导借鉴意义。
【关键词】：磁粉芯 有效磁导率 直流偏置 功率损耗 品质因数
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM27
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 金属磁粉芯应用及分类10-14
• 1.2 金属磁粉芯制备方法概况及发展现状14-21
• 1.3 本论文的选题意义及主要研究内容21-24
• 2 金属磁粉芯理论分析与测试方法24-31
• 2.1 金属磁粉芯基本理论24-27
• 2.2 金属磁粉芯测试方法27-31
• 3 铁硅系磁粉芯制备工艺研究31-58
• 3.1 铁硅铝金属磁粉芯制备工艺研究31-36
• 3.2 工艺参数设计及其影响分析36-46
• 3.3 铁硅金属磁粉芯制备工艺研究46-52
• 3.4 工艺参数设计及其影响分析52-57
• 3.5 小结57-58
• 4 铁硅铝磁粉芯性能调控研究58-91
• 4.1 钡硼磷氧包覆绝缘层铁硅铝磁粉芯特性研究59-62
• 4.2 钠硼磷氧包覆绝缘层铁硅铝磁粉芯特性研究62-68
• 4.3 硼磷酸盐包覆机制分析68-73
• 4.4 铁硅铝磁粉芯直流品质因数调控73-79
• 4.5 铁硅铝磁粉芯功率损耗分离79-85
• 4.6 铁硅铝磁粉芯批量生产与分析85-90
• 4.7 小结90-91
• 5 铁硅磁粉芯性能调控研究91-111
• 5.1 包覆成分设计91-94
• 5.2 铁硅磁粉芯性能调控94-97
• 5.3 硅酸盐包覆机制分析97-100
• 5.4 铁硅磁粉芯功率损耗分离100-106
• 5.5 铁硅磁粉芯生产改进106-110
• 5.6 小结110-111
• 6 总结与展望111-113
• 6.1 全文内容总结111-112
• 6.2 未来工作展望112-113
• 致谢113-114
• 参考文献114-124
• 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录124

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本文编号：411364