FINEMET软磁复合材料温压成型制备及其软磁性能调控研究

系统研究了温压工艺下成型温度(T_(c))、压强(P_(m))、润滑剂(C_(l))及粘结剂(C_(b))含量等参数对FINEMET软磁复合材料(FINEMET-SMCs)成型密度(ρ_(c))及其软磁性能的影响规律。结果表明,合适的温压工艺可有效提升SMCs在成形过程中磁粉表面润滑效果。利于相应SMCs内非磁孔隙率及磁畴壁位移阻力的降低,最终有助于其软磁性能的改善。FINEMET-SMCs的磁滞损耗P_(h)在其总损耗P_(cv)变化中占主导作用,其中P_(h)/P_(cv)>76%。与T_(c)=25℃工况相比,在T_(c)=110℃、P_(m)=1200 MPa、C_(l)=1.5wt%及C_(b)=5.0wt%的优化温压工艺下,FINEMET-SMCs的ρ_(c)提高了7.7%,至5.44 kg/m^(3),并表现出优异的综合软磁性能。

磁性镓基液态金属复合材料的研究进展

镓基液态金属具有高导电性、高导热性、高流动性和优良的生物相容性,是一种具有很大发展和应用前景的功能材料。镓基液态金属与其他不同物理化学性质的材料组合而成的镓基液态金属复合材料为基础研究与应用研究提供了一个新的方向,为解决柔性电子、热调控和生物医学等各个领域的挑战性问题提供了新的思路并表现出重大潜力。磁性粒子的引入可以使镓基液态金属具有良好的磁性能。作为一种新兴的磁性功能材料或磁性智能材料,磁性镓基液态金属复合材料在柔性电子、微电机、靶向给药、热调控、屏蔽与吸波等领域已展现出初步的研究和应用价值。本文系统地总结和评述了磁性镓基液态金属复合材料的研究进展。从基础研究、磁力控制、磁热控温、屏蔽与吸波四个方面综述了磁性镓基液态金属复合材料的性能和应用,说明了这种复合策略的有效性。这可为磁性镓基液态金属复合材料的进一步研究与开发提供思路。

成形工艺对铁基软磁复合材料电磁性能的影响

通过磷化处理制备了软磁绝缘铁粉,并采用粉末冶金工艺制成软磁复合材料,研究了压制压力、成形润滑剂种类及其添加量对所制备的软磁复合材料电磁性能的影响。结果表明:铁粉经磷化处理后,表面成功包覆了完整均匀的磷酸盐绝缘层;随成形润滑剂添加量的增加,复合材料的磁芯密度降低;添加0.20%(质量分数)PS1000b超级润滑剂的复合材料的磁芯密度、磁导率和饱和磁感应强度最高,矫顽力和磁滞损耗最低;随压制压力增大,复合材料的磁芯密度和磁导率增大,电阻率减小,中高频磁损耗增大。

磷化工艺对铁基软磁复合材料电磁性能的影响

研究了磷化工艺对铁基软磁复合材料电磁性能的影响。XRD、SEM、EDS分析和元素面分布结果表明,合适的磷化工艺能在铁粉表面生成1层很薄的非晶或纳米晶结构磷酸盐,并且包覆完整均匀。磁性能测量结果表明,室温条件下用0.01g/mL磷酸对铁粉进行磷化30min,所得到的磷化铁粉磁芯具有优异的综合电磁性能。随着磷酸浓度的增大,磷化时间的增长和磷化温度的提高,软磁复合材料磁芯的电阻率增大,中高频磁损耗不断降低,同时磁导率也有一定程度的降低。

非晶纳米晶粉体/环氧树脂复合材料的制备及其软磁性能研究

以环氧树脂为基体,以经热处理的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶粉体为增强材料,制备了环形树脂基复合材料,并研究了非晶粉体退火工艺、纳米晶粉体含量及复合材料退火工艺对树脂基复合材料的起始磁导率μi和Q值的影响。结果表明:以经550℃×0.5h退火的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶粉体为组元的树脂基复合材料的起始磁导率μi最大,为2.528,Q值最小,其中心频率(34.426MHz)对应的Q值为72.4;随着纳米晶粉体含量的增加,树脂基复合材料的起始磁导率μi增大,Q值减小;去应力退火可以提高树脂基磁性复合材料的起始磁导率μi。

树脂基磁性复合材料的软磁性能研究

研究了非晶粉体的退火温度、纳米晶粉体的含量及复合材料的退火温度对复合材料起始磁导率iμ和电感L的影响。结果表明:以经550℃×0.5 h退火的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶粉体为组元的复合材料的起始磁导率最大,电感最大;随着纳米晶粉体含量的增加,复合材料的起始磁导率增大,电感增大;去应力退火可以提高复合材料的起始磁导率。

热处理工艺对铁基软磁复合材料电磁性能的影响

以磷酸为磷化剂对雾化铁粉进行磷化处理,然后在800 MPa压力下压制成环形生坯,分别在H2、N2和空气气氛下进行热处理,制成软磁复合材料磁芯,研究热处理气氛、热处理温度与时间对磁芯电磁性能的影响。结果表明:铁粉经磷化处理后,表面包覆完整均匀的磷酸盐绝缘层;与H2和N2气氛相比,磁芯压坯在空气气氛下热处理后拥有更高的磁导率和较小的磁损耗;空气气氛下500℃处理30 min是较优的热处理工艺,磁芯最大磁导率达到350,在频率为1 k Hz和饱和磁感1T条件下的磁损耗仅为145 W/kg,进一步延长热处理时间或提高热处理温度,磁导率增加不明显,但电阻率显著降低,导致磁损耗显著增加,软磁性能恶化。

金属软磁复合材料研究进展

金属软磁复合材料(SMCs)是电力电子元器件的关键基础材料,在能源、信息、交通、国防等重要领域应用广泛。围绕软磁复合材料合金磁粉和绝缘包覆层两个主要方面展开综述。在合金磁粉的成分设计方面,分别从晶态、非晶和纳米晶软磁合金体系出发,对比了合金元素对磁粉微结构,以及饱和磁化强度、矫顽力、磁晶各向异性、磁致伸缩系数和电阻率等性能的影响,提出了不同体系合金磁粉的设计原则。在绝缘包覆方面,分别阐述了有机、无机和有机无机复合包覆的最新研究进展,分析了不同绝缘包覆方法的机理和关键制备参数对于绝缘层组分、结构及复合材料综合性能的作用规律,展望了绝缘包覆工艺的发展趋势。在此基础上,提出了软磁复合材料的发展方向。

铁基软磁复合材料的SiO_(2)包覆研究进展

软磁复合材料在诸多领域有着重要的应用,随着技术的发展,对软磁复合材料的性能要求也在不断提高中。为了满足在高频率和高功率工况下的应用需求,需要开发低损耗、高磁导率的软磁复合材料。SiO_(2)作为绝缘包覆介质具有高电阻率和高热稳定性,能够通过多种方法包覆在磁粉颗粒上,因此在新型软磁复合材料开发领域得到广泛的应用。总结了溶胶凝胶法、化学液相沉积法、反相微乳法、化学气相沉积法、双层包覆法和改性树脂包覆法在铁基软磁复合材料的SiO_(2)绝缘包覆上的应用,归纳了上述各绝缘包覆方法的特点,并按其特点进行了分类,指出了当前SiO_(2)绝缘包覆面临的一些问题,并对未来绝缘包覆方法的发展进行了展望。

烧结温度对SPS制备铁基软磁复合材料的影响

通过干式球磨法包覆工艺,在铁粉表面包覆质量分数为10%的MnZnFe_2O_4,制备核壳异质结构复合粉末.采用放电等离子烧结技术,制备颗粒间绝缘的软磁复合磁粉芯,研究了烧结温度对组织和性能的影响.利用配有EDS能谱仪的扫描电子显微镜,对不同烧结温度下的软磁复合磁粉芯形貌进行分析,利用B-H分析仪测试环状磁粉芯的交、直流性能.结果表明:700℃下烧结,保温5min后获得的Fe/MnZnFe_2O_4复合磁粉芯具有较为优异的软磁性能;与纯铁粉压制的磁粉芯相比,由于MnZnFe_2O_4颗粒的绝缘作用,Fe/MnZnFe_2O_4复合磁芯的损耗值仅为铁粉制磁粉芯的1/10,显著扩大了其适用的频率范围.

软磁复合材料制备工艺的研究进展

作为一种新型的功能材料,软磁复合材料具有三维各向同性、低的涡流损耗、良好的频率特性及易于机械加工等优点,在电力电子领域有着广泛的应用。随着电子元器件微型化和高频化的发展趋势,对软磁材料的性能提出了更严苛的要求。综述了软磁复合材料绝缘包覆处理、成形技术与烧结和热处理三个方面的研究进展。以包覆工艺和包覆材料为出发点分析绝缘包覆对材料性能的影响规律,阐述了有机、无机和复合包覆工艺的最新研究进展,列举了成形技术与烧结在软磁复合材料制备上的应用情况,并梳理了热处理技术对高性能软磁复合材料的影响,最后对软磁复合材料的发展中需要关注的问题进行了总结与展望。

退火条件对树脂基复合材料起始磁导率的影响研究

以环氧树脂为基体,以经退火的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶粉体为增强材料,制备了树脂基复合材料。研究了非晶粉体退火条件、纳米晶粉体含量及去应力退火条件对树脂基磁性复合材料的起始磁导率μi的影响。结果表明,以经550℃×0.5h退火的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶粉体为组元的树脂基复合材料的起始磁导率μi最大,为2.528;随着纳米晶粉体含量的增加,树脂基复合材料的起始磁导率μi增大;去应力退火可以提高树脂基复合材料的起始磁导率μi。

Fe_3O_4/PAA/ATP纳米复合磁性微凝胶吸附剂对Pb(Ⅱ)吸附动力学和吸附热力学研究

用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)对纳米Fe_3O_4磁性粒子和凹凸棒黏土纳米棒晶进行表面改性,通过KH-570的桥接,在纳米Fe_3O_4磁性粒子和凹凸棒纳米棒晶的表面原位接枝聚合丙烯酸单体,制备Fe_3O_4/PAA/ATP纳米复合磁性微凝胶。将该复合微凝胶用作吸附剂,处理水体中的Pb(Ⅱ),研究其对Pb(Ⅱ)的吸附动力学和吸附热力学。

晶粒尺寸对软-硬磁性晶粒间有效各向异性的影响

以软磁性相α-Fe和硬磁性相Nd_2Fe_(14)B为例,研究了软-硬磁性晶粒间的交换耦合相互作用和有效各向异性随晶粒尺寸和软、硬磁性晶粒尺寸比(D_s:D_h)的关系,软-硬磁性晶粒间的有效各向异性常数可以用软、硬磁性相的平均各向异性常数的统计平均值表示,当晶粒尺寸大于其铁磁交换长度时,晶粒分为有、无交换耦合两部分。无交换耦合部分的各向异性常数为通常的K_1,而耦合部分的各向异性常数随到晶粒表面的距离而变化,研究结果表明:软-硬磁性晶粒间的有效各向异性随晶粒尺寸的减小而下降,随着软、硬磁性晶粒尺寸比值(D_s:D_h)的减小而增加。为使软-硬磁性晶粒间的有效各向异性常数K_(eff)保持较高的值,应控制硬磁性晶粒大于35nm,软磁性晶粒尺寸为10nm左右。

高频陶瓷粉体/Fe磁粉芯的微观结构与磁性能研究

对高纯铁粉进行表面改性处理,处理后的铁粉分别与SiO2、Al2O3及TiO2粉体用高能球磨法进行复合,在模具中压制成型,然后进行热处理。结果表明:Al2O3/Fe复合粉体具有最佳的成型性能,经过模压后磁粉芯的致密度达到理论密度的75.4%。该磁粉芯经1000℃×1h热处理后,磁粉芯内铁粉出现冶金结合,当Al2O3陶瓷粉体含量大于3%时,生成典型的Al2O3/Fe复合材料,该复合材料的电阻大大高于铁基体材料,使得该磁粉芯的高频性能得到提高;当复合3%Al2O3陶瓷粉体时,Al2O3/Fe磁粉芯磁导率μi为44.58,中心频率f达到12.02 MHz,中心频率品质因素Q达到14.6,综合高频软磁性能最佳。

Fe-Si磁性颗粒/环氧树脂复合材料的冲击和磁学性能

采用双酚A型wSR-615和缩水甘油胺型AG-80环氧树脂为基体，以Fe-Si磁性颗粒为填料，通过热压成型方法制备了高含量磁性Fe-si颗粒／环氧树脂复合材料。研究了环氧树脂基体的玻璃化温度和冲击强度及Fe-Si磁性颗粒含量对Fe-Si／环氧树脂复合材料的冲击强度和磁化强度的影响及温度敏感性。研究结果表明：随着磁性颗粒含量的增加，Fe-Si／环氧树脂复合材料的冲击强度和磁性能增加。当磁性颗粒体积分数由54vol％增加到66v01％时，Fe-si／环氧树脂的冲击强度和饱和磁化强度分别由4．03kJ／m2和162．07emu／g增加到7．16kJ／m2和175．04emu／g。Fe-si／环氧复合材料在-60℃～140℃范围内的温度敏感性低，符合实际应用对复合材料稳定性的要求。

W2011069日本开发成功具有磁性的镁合金

日本大学生产工学部的久保田正广教授使用粉末材料成功开发出具有软磁性的镁合金材料。该材料是将氧化铁系复合材料的铁氧体粉和镁粉用机器混合后，采用烧结等离子法进行烧固制成。由于镁粉容易燃烧，所以烧结时温度控制比较困难。

日本开发出提高磁性的软磁性复合粉体的高密度成型技术

日本AIDA ENGINEERING开发出了通过高密度压缩软磁性复合材料（SMC）的粉末以提高磁性的新成型方法。SMC粉末压缩体的磁性与密度成比例，但由于单纯增加压力的高密度化会破坏涂在铁粉上的绝缘膜，因此存在磁性、尤其是洞流损失增大的问题。

粉末挤出成型法制备FeSiAl/FeCuNbSiB磁粉芯

采用粉末挤出成型法制备了FeSiAl/Fe-CuNbSiB纳米晶磁粉芯,并讨论了FeSiAl粉复合量、粉胶质量比对磁粉芯磁性能的影响。结果表明粘结剂配方为硬脂酸1%、聚丙烯20%、石蜡79%,挤出成型粉胶质量比10∶1的FeSiAl/FeCuNbSiB纳米晶磁粉芯,磁粉芯密度达到4.69g/cm3。200目FeSiAl粉与300目FeCuNbSiB纳米晶粉复合,当磁粉芯磁粉质量配比为"200目FeSiAl粉30%+300目FeCuNbSiB纳米晶粉70%"、粉胶质量比为10∶1、44℃×0.5h石油醚脱脂、热处理温度160℃×1h时,磁粉芯取得最佳的软磁性能,磁粉芯中心频率f为600kHz,有效磁导率μe达到16.48,品质因数Q值为57.5;频率及温度的变化对磁粉芯的有效磁导率的影响小。

高磁粉含量的Fe-Si-Al/尼龙12的熔融沉积成型

熔融沉积成型(FDM)为复杂形状的Fe-Si-Al粘结磁体成型提供了一种有效的手段,但是具有高磁粉含量的Fe-Si-Al粘结磁体的熔融沉积成型仍然是一个挑战。在本研究中,使用微型单螺杆打印头,以Fe-Si-Al/尼龙的复合粒料为原料制备了高磁粉含量的Fe-Si-Al粘结磁体。研究了不同磁粉含量对Fe-Si-Al粘结磁体的磁、机械和微观结构性能的影响规律,并与相同原料制成的模压样品进行了比较。结果表明,当磁粉含量为92wt%时,粘结磁体的整体性能最佳。有效磁导率为17.2;当Hm=1000A/m和f=65 kHz时,铁损为12.7 W/kg;饱和磁化强度为114 emu/g;密度为4.63 g/cm^(3);极限抗拉强度为31.6MPa,其综合性能与相同磁粉含量的模压样品基本相当。该研究为高磁粉含量的Fe-Si-Al异型粘结磁体成型提供了一种方法。