用于高频电机磁芯的金属软磁复合材料研究进展

金属软磁复合材料(Soft magnetic composite,SMC)具有较高的电阻率和饱和磁感应强度,在高速电机、开关电源和电力工业等方面有广泛的应用,尤其是作为高速电机磁芯材料潜力巨大。研制能效更高、体积更小、应用范围更广的新型软磁复合材料成为当前一大热点。本文介绍了软磁复合材料的生产工艺、结构特征以及金属磁性材料和绝缘包覆材料,阐述了各要素对材料性能的影响,概述了软磁复合材料在电机中的应用,并综述了近几年软磁复合材料的发展。

电机中金属软磁复合材料损耗研究进展

金属软磁复合材料(Soft Magnetic Composite,SMC)由于具有较高的饱和磁感应强度、高磁导率、低矫顽力及各向同性的磁性能,因此在航空航天、电动汽车和电力电子等领域有广阔的应用前景。铁损是影响材料性能优劣的主要因素,其随磁性基体材料和制备工艺的不同而不同,建立SMC材料的损耗模型并对损耗来源进行预测和分离是十分重要的课题。主要总结了前人在软磁复合材料损耗方面的研究进展,阐释了金属软磁复合材料的损耗机理,综述了磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗的研究模型,并预测了今后的损耗模型研究趋势,这对低功耗金属软磁材料的发展具有重要意义。

高饱和磁通密度锰锌铁氧体材料研究动态

高饱和磁通密度锰锌铁氧体在清洁能源、LED照明、混合动力及电动汽车等新兴市场有重要的应用前景。要满足不断发展的市场要求,高饱和磁通密度锰锌铁氧体必须在保持高饱和磁通密度(Bs)之外、同时具有较低的损耗(Pcv)和较好的温度稳定性。目前,商业化的材料主要关注的是Bs(100℃)为450m T左右的材料,而实验室内则对Bs(100℃)大于500m T的材料进行了较多的研究。要提高Bs,主要通过增加材料中Fe2O3的含量和提高材料的密度,在这个方面现在的很多研究已经可以实现。要将Bs(100℃)大于500m T的材料大批量生产,主要的问题是降低损耗。降低损耗一般通过添加杂质和控制烧成工艺实现,此外还应考虑原材料的粒度、比表面积等粉体特性和造粒工艺。在保证Bs(100℃)的基础上改善材料的温度稳定性主要是引入Ni O等实现的。

粉末粒径及其配比对FeSiAl软磁复合材料性能的影响

对气雾化法制备的球形FeSiAl粉末进行粒径优选及配比,通过耐高温复合磷酸盐和硅树脂对其进行有机-无机双绝缘包覆,然后将其制备成软磁复合材料。系统研究了粉末粒径及配比对材料密度、高频功率损耗、磁导率和直流偏置等性能的影响。结果表明,软磁复合材料的密度、磁导率和功率损耗随粉末粒径的减小而降低,直流偏置特性随粒径的减小而改善。当平均粒径为6.28μm时,1 MHz下的有效磁导率为59.21,在Bm=30 mT,f=1 MHz的条件下损耗为335.57 kW/m^(3),在100 Oe磁场下的磁导率百分比为64.42%。通过将平均粒径为18.76μm和12.72μm的两组粉末进行粒度配比,发现随着细磁粉含量的增大,密度与磁导率均先增大后减小,同时在Bm=30 mT,f=1 MHz高频条件下的损耗由624.50 kW/m^(3)减小至575.76 kW/m^(3)。

贵金属-磁性异质结构纳米材料及其生物医学应用

异质结构纳米颗粒不仅可以同时拥有多种单组分纳米颗粒不同的性能,实现多功能化,还可能因组分间的相互耦合作用而产生单组分颗粒不具备的新性能,因而在化学化工、生物医学、能源催化等领域引起广泛关注.贵金属具有特殊的光学性质和催化活性;磁性纳米颗粒拥有优异的磁性能,因而备受研究人员关注.贵金属-磁性异质结构纳米材料集合了两种材料优异的性能,能通过不同的异质结构展现出不同的性质.本文根据异质结构的类型,将贵金属-磁性异质结构纳米材料分为核壳结构、蛋黄-壳结构和哑铃结构3种,总结了不同贵金属-磁性异质结构纳米颗粒的特性、制备方法及应用,并重点论述了其在诊疗一体化探针、多模态成像探针和刺激响应型药物载体生物医学领域上的应用.

雷达吸波隐身材料的进展及发展趋势

基于电磁波在介质中的传播理论,介绍了不同结构雷达吸波材料的隐身机理,叙述了几种雷达吸波材料的主要结构类型及其设计方法,阐述了几种吸波剂的研究现状,展望了结构型雷达吸波材料的发展趋势。

调制磁性纳米颗粒提高磁热性能的研究

磁性纳米颗粒具有独特的磁学性质,即在外加交变磁场下因产生磁滞释放热量,使其在生物医学领域,特别是肿瘤磁热疗,获得了广泛应用.到目前为止,磁性纳米颗粒介导的磁热疗成为一种治疗癌症的有效手段,已进入临床三期实验.因此,针对磁性纳米颗粒本身,优化设计尺寸、形貌、组分和表面修饰来提高其磁热性能,进而减小临床应用中的颗粒浓度来最小化毒副作用的研究,对肿瘤治疗及生物医药研究具有十分重要的意义.本综述详述如何优化调制磁性纳米颗粒以提高其磁热性能,为高效、低毒的磁性纳米颗粒的设计提供了指导性的研究方向.

Fe_2O_3含量对MnZn铁氧体中Fe^(2+)量、磁性能及导电机制的影响

通过测量MnZn铁氧体的磁性能及Fe2+、Mn3+含量,考察了MnZn铁氧体中的Fe2+含量与配方中Fe2O3、MnO含量的关系及其对MnZn铁氧体磁性能的影响,并探究了MnZn铁氧体的导电机制。结果表明:随着(Fe2O3)a(MnO)b(ZnO)c主组成配方中a值递增(52.55≤a≤53.35)、b值递减(38.33≥b≥37.52),呈现出Fe2+、Mn3+含量均增加的趋势。随着Fe2+含量增加,Pcv谷底温度向低温方向移动,Pcv(min)先减后增,Pcv(20/70/100℃)均先减后增,均在Fe2+含量=1.55%附近达到最小值;起始磁导率μi(20/70/100℃)均先增后减。根据Pcv-Fe2+含量和μi-Fe2+含量两个关系图在Fe2O3=53.15mol%附近出现极值点这一现象,初步推测铁氧体Znα2+Mnβ-x2+Mnx3+Fey2+Feχ-y3+O4+σ(0.1794≥α≥0.1786,0.754≥β≥0.734,0.0031≤x≤0.0040,0.051≤y≤0.070)的导电机制为:y<0.064时小极化子间的束缚能主导,y>0.064时电子跃迁主导。

正交实验法优化降温速率制备高磁导率高饱和磁通密度MnZn铁氧体研究

采用正交实验研究了不同降温段的降温速率对MnZn铁氧体磁导率温度稳定性的影响，并在此基础上优化了降温曲线。结果表明，通过正交实验法优化降温曲线，可以制备更加均匀显微结构和较大晶粒尺寸的样品，从而成功地制备得到了高磁导率(μi)高饱和磁通密度(Bs)锰锌铁氧体材料。当降温段1350.1150℃、1150.1000℃和1000.700℃的降温速率分别为0.83℃/min、5.0℃/min和5.0℃/min时，烧结的MnZn铁氧体具有均匀的微观结构和优良的磁性能。此时，烧结体在0.190℃温度区间和应用频率f≤530kHz时保持高磁导率（μi＞5000），同时在常温下具有高的饱和磁通密度Bs=530mT。

添加纳米白炭黑对锶铁氧体/PPS复合材料结构和力学性能的影响

采用熔融共混法,以纳米白炭黑为增韧剂改性锶铁氧体/聚苯硫醚(PPS)复合材料,分别通过简支梁摆锤冲击测试仪、万能试验机、差示扫描量热仪(DSC)和毛细管流变仪探究了不同添加量的纳米白炭黑对复合材料各项力学性能、熔融/结晶行为和流变行为的影响。结果发现,适量纳米白炭黑的添加可以改变PPS的结晶行为,显著提升复合材料的冲击强度和韧性,但也会导致复合材料的加工流动性下降。

软磁铁氧体磁性能的应力敏感性及其研究进展

第三代宽禁带半导体在功率电子器件中的应用推动其朝着小型化、高频化的方向发展,也对功率电子器件的核心材料——软磁铁氧体性能提出了更高要求。软磁铁氧体烧结时产生的残余应力以及在应用场景中磁致伸缩和热膨胀系数差异等导致的应力,都会对铁氧体的起始磁导率μ_(i)、功率损耗P_(c)和饱和磁感应强度B_(s)等参数产生影响。随着工作频率的提高,应力敏感导致的磁性能劣化会很严重。综述了软磁铁氧体中应力产生的原因,应力对μ_(i)、P_(c)以及B_(s)的影响,概述了磁致伸缩系数λ和应力敏感性机理研究的进展,并且介绍了通过改变配方和添加剂组成以及优化烧结工艺等改善软磁铁氧体应力敏感性的方法。

基于磁热耦合法的MnZn铁氧体磁芯温升仿真分析

运用磁热耦合法对PC40 MnZn铁氧体环形和EI型磁芯工作时的温升进行有限元仿真分析。首先利用有限元分析法对环形磁芯的电磁场和温度场进行仿真模拟,并与实验结果比较。结果表明,损耗和温度的仿真分析结果与实验结果符合较好,误差在10%以内。其次采用该方法进一步模拟了形状更复杂的EI型铁氧体磁芯的温升情况,给出了EI磁芯的温升情况和不同位置的温度分布。研究结果表明,磁热耦合法拟合可用于确定异形磁芯的发热点位置和温升情况,从而在设计时采取适当的散热措施,提高功率电子元件性能的稳定性和可靠性。

功耗测试过程中功率铁氧体磁芯的温升及其影响因素

对软磁材料的设计和应用来说,磁性参数测试的精确性至关重要。软磁材料测试条件各异,加上材料磁特性的非线性、不可逆性及对温度的敏感性,使得磁参数测试存在一定的偏差。选取适用频率范围较宽的功率铁氧体PC50磁环样品,通过对不同频率f及磁感强度Bm下的损耗测试过程中样品的温升进行监测,考查了磁芯损耗测量过程中不同励磁条件对样品温升的影响。结果分析发现,温升与测试时间、励磁信号的强度和频率呈正相关;根据损耗分离公式通过最小二乘拟合得出其函数关系式。拟合结果与实测数据对比表明该拟合方法可行,由此可估测任意测试条件下的样品温升,在测试前对可能因此引起的误差作出初步判断。

隔离介质对Fe(Co)Pt薄膜结构和性能的影响研究进展

L1_(0)相FePt和CoPt薄膜因具有较高的各向异性、高的饱和磁化强度以及良好的抗氧化化学稳定性,已经成为高密度磁存储介质材料最佳候选者。隔离介质在L1_(0)相Fe(Co)Pt薄膜中应用,可以起到细化晶粒、提高存储密度、促进柱状粒子生长、增强磁晶各向异性、降低晶粒之间磁偶极相互作用及提高信噪比等作用。概括了非金属、金属和氧化物三类不同隔离介质对Fe(Co)Pt薄膜的结构和磁性能的影响概况和研究进展,总结了各种隔离介质作用的优缺点,展望了隔离介质研究和多层设计在未来的发展趋势。

无线充电和近场通信兼用贫铁MnZn铁氧体材料

采用传统的陶瓷工艺制备贫铁MnZn铁氧体材料Mn0.61Zn0.41Ti0.02Fe1.96O4,并采用流延工艺制备出厚度为100~150μm的贫铁MnZn铁氧体薄片。研究了贫铁MnZn铁氧体材料的微观形貌和晶相结构,测试了贫铁MnZn铁氧体材料的磁性能。研究表明,贫铁Mn Zn铁氧体在低频区域的磁性能与富铁MnZn铁氧体相当,并在13.56 MHz的高频区域仍保持了较高的磁导率。通过运用仿真软件CST模拟NFC（近场通信）天线的场强分布并根据可读写距离测试了铁氧体薄片的屏蔽能力,讨论了贫铁MnZn铁氧体材料同时运用于无线充电及近场通信的可行性。

TbCu_(7)型SmFe_(9)熔淬合金的制备及元素掺杂对其热稳定性的影响

采用熔淬法制备SmFe_(9)合金,通过合金相组分和表面形貌分析,研究了熔炼时Sm的质量分数及熔体快淬时铜辊的转速对单一相SmFe_(9)制备的影响,并探究了Ti、Co、V掺杂对SmFe_(9)合金热稳定性的影响。实验结果表明,Sm含量的降低及淬速的提高都有利于SmFe_(9)相的生成,当Sm含量为22.3wt%左右,辊速为51.84m/s以上时即可形成具有单一相的SmFe_(9)合金。在元素掺杂方面,相对于Co和V而言,Ti掺杂对于提高SmFe_(9)的热稳定性具有积极作用,可以减少SmFe_(9)合金的高温分解,抑制α-Fe的析出。

碳纤维添加对低温固相反应法合成锰锌铁氧体微粉结构和性能的影响

通过在锰锌铁氧体原料粉末中添加适量的亲水碳纤维,在900℃反应合成了不经粉碎即可使用的锰锌铁氧体微粉。利用SEM、XRD、VSM等手段观测粉体的形貌、结构、性能,确定了热处理的工艺条件,并分析了碳纤维添加量对样品磁性能的影响。结果表明,粉体粒径随碳纤维添加量的增加而增大,当碳纤维添加过量时则会损害样品的磁性能。对于本实验的铁氧体组成,碳纤维的添加为0.5wt%时所得锰锌铁氧体微粉的尖晶石相含量最高,添加量为0.64wt%时饱和磁化率Ms最高。

高密度块状钐铁氮磁体制备的研究进展

钐铁氮化合物(Sm_(2)Fe_(17)N_(3))因具有比钕铁硼(Nd_(2)Fe_(14)B)更高的磁晶各向异性场和居里温度值及更少的稀土含量,成为新型稀土永磁材料研究热点。但是,由于钐铁氮在600℃左右会分解导致永磁性能消失,因此常规的高温烧结工艺并不适用于钐铁氮烧结磁体的制备,现只能将其与高分子材料复合用作塑磁材料,这就导致Sm_(2)Fe_(17)N_(3)的磁学性能无法得到充分发挥。因此,开发低温成型工艺制备全金属高密度块状磁体是获取高性能钐铁氮磁体的关键。经过30多年的努力,科研人员已开发出多种制备钐铁氮磁体的低温快速成型工艺,并获得最大磁能积达到199 k J/m^(3)的高性能磁体。本研究将从磁体的制备方法出发,总结当前块状钐铁氮磁体的研究现状及面临的问题,尤其针对不同成型方法出现矫顽力下降的现象提出分析,并对其今后的发展做出展望。

无氰电镀液中超声电沉积耐腐蚀纳米晶铜镀层

通过超声辅助电沉积法,在无氰络合电镀液中以高阴极电流密度在钕铁硼磁体上电沉积获得纳米晶铜防护镀层,研究了不同超声波频率下的镀层形貌、晶粒尺寸、显微硬度和耐腐蚀性能。结果表明,随着超声波频率的增加,络合电镀液体系的铜电沉积有效阴极电流密度显著增加,相应的阴极电流效率也提高,从而获得致密的纳米晶铜镀层。在阴极电流密度为4.0 A·dm^(−2)和超声波频率为40 kHz的条件下,能够获得平均晶粒尺寸为18.8 nm的铜镀层。超声辅助电沉积法还能促进烧结钕铁硼基体盲孔内的铜沉积,从而改善基体与镀层之间的结合力。在同样的镀层厚度下,烧结钕铁硼表面所沉积镀层的耐腐蚀性随超声波频率的提高而优化。

面向5G应用第3代半导体功率器件的高频低功耗MnZn铁氧体研究进展

随着5G通信技术的发展和第3代宽禁带半导体广泛的商用,功率电子器件朝着高频化、小型化和高能效化的方向加速发展.MnZn铁氧体作为功率电子器件的核心材料,成为学术界和产业界在高频软磁材料方面研究的焦点.本综述主要介绍近年来MnZn铁氧体在高频化方向上最新的研究进展,包括通过主成分设计、添加剂调控和低温烧结工艺等手段,实现高频、宽温和低损耗等特性,以及高频下MnZn铁氧体损耗的应力敏感性.随着高频损耗发生机制研究的深入,今后5到10年内将会开发出更多的在0.5 MHz以上的高频和更高的磁通密度下表现出更低损耗的MnZn铁氧体新材料,并迅速应用于通信电源等领域.