基于界面固相反应的软磁复合铁芯成分定制策略及磁性能优化研究

因具有高饱和磁化强度、高磁导率和相对较低的磁芯损耗等优异性能,软磁复合铁芯被认为是最具发展潜力的电磁转换器件。但软磁复合铁芯的能量损耗和导磁性作为保证电磁器件有效运行的关键性能参数,却往往呈制约关系。因此,通过调控粉末基体与包覆层分布特征,增加软磁复合铁芯内部的铁磁填充因子,实现绝缘层的原位包覆,有助于达到同时限制能量损耗和提高导磁性的目的。本工作设计了一种新的界面固相反应策略,首先通过水热法将乙酸钙均匀地包覆在Fe-Si-Al软磁合金粉末表面,再利用热压烧结制备Fe-Si-Al基软磁复合铁芯,研究了烧结温度和包覆层相变对制备的软磁复合铁芯形貌、微观结构和磁性能的影响。结果表明,通过水热法乙酸钙被成功包覆在Fe-Si-Al合金粉末表面,形成了以Fe-Si-Al合金粉末为核、乙酸钙为壳的核壳异质结构;烧结温度的提高消除了软磁复合铁芯内部的孔隙,促使绝缘层发生从乙酸钙到碳酸钙再到Al_(2)O_(3)·SiO_(2)·CaSiO_(3)的转变,最终为软磁复合铁芯提供了高质量的复合绝缘层;在850℃下高温烧结制备的软磁复合铁芯绝缘包覆层致密均匀,磁稀释效应被降到最低,在10 mT、100 kHz时拥有最高的磁导率(67.2)、最低的损耗(9.24×10^(-5)kW/cm^(3))和相对更高的饱和磁化强度(129.0 emu/g),综合性能最优,为制约传统软磁材料中导磁性与损耗间的反向关系提供了解决方案。因此,基于有机盐类化合物热分解氧化的绝缘包覆方法有望成为基于界面固相反应工程的软磁复合铁芯性能优化策略的重要补充。