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微胞结构金属/陶瓷软磁性复合材料的制备及性能

作　者: 李少龙
导　师: 赵占奎
学　校: 长春工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 放电等离子烧结软磁性复合材料非晶纳米晶
分类号: TB333
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在计算机、网络、通信和工业自动化等电子信息领域,开关电源是各种电子设备的必要部件,轻薄小和高度集成化是这类部件的必然发展趋势,因此近年来高频电子技术越来越受到重视,这就要求其中变压器和电感器的软磁铁芯具有良好的高频特性。目前,常用的高频软磁性材料主要是具有高电阻的铁氧体和非晶合金带材。铁氧体因饱和磁感应强度和磁导率低,对小型化不利,而非晶合金由于必要的冷却速率只能在低维下制备,不利于加工,非晶合金在电阻率方面有所改善,然而与铁氧体相比仍然非常小,涡流损耗较大。因此,具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低矫顽力、低损耗、易于加工的软磁材料具有明显的优势。软磁性复合材料(Soft magnetic composite materials, SMCs)是在指通过复合方法把电阻率很大的物质包覆在铁磁性粉末颗粒的表面制备出具有高电阻率的一种软磁性材料。开发新型的SMCs已成为当前一个热点。SMCs材料不仅能有效的降低高频涡流损耗,而且还结合了粉末冶金技术的生产优势,将在航空、汽车、家用电器以及其他领域得到广泛应用。本文提出了一种制备软磁性复合材料的工艺方法：基于放电等离子烧结技术脉冲电流的集肤效应及颗粒之间产生的放电等离子体产生的局部高温和向粉末颗粒心部梯度递减的温度场,烧结微米级软磁性合金粉末与纳米软磁性铁氧体粉末按比例混合研磨制备的微米金属(内部)—陶瓷(外层)径向成分梯度复合粉末,制备一种高致密的微胞金属/陶瓷软磁性复合材料。本文利用放电等离子烧结技术,烧结由Zn0.5Ni0.5Fe2O4铁氧体纳米级粉末包覆的Fe76Si9B10P5非晶态微米级颗粒。在600 MPa压力下,低于所测非晶Fe76Si9B10P5粉末玻璃转变温度以下,在447℃烧结制备具有优异软磁性能的Fe76Si9B10P5/ Zn0.5Ni0.5Fe2O4块体非晶基软磁复合材料。烧结块状样品的尺寸为Φ15×3 mm,致密度达到了99.1%。烧结温度为527℃、600 MPa单轴压力的条件下,复合试样中Fe76Si9B10P5非晶晶化,形成尺寸约30nm的纳米晶相。通过对不同铁氧体含量、不同烧结工艺制备的SMCs的微观结构、软磁性能和机械性能进行分析。结果表明这种SMCs具有良好的软磁性能,如高的饱和磁感应强度、高的磁导率、低的矫顽力等。应用于中、高频率时,可望具有非常低的涡流损耗,相对较低的磁芯损失。同时由于良好的烧结质量和相组成使样品同时还具有高的力学性能,如高硬度,高强度等等。这种纳米软磁性复合材料可望广泛适用于高性能开关电源、变频、电动机、发电机、变压器等软磁性零(器)件的大功率化和小型化,对现代工业尤其是对军事、国防工业具有明显的实际意义。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-6
目录  6-7
第一章绪论  7-23
  1.1 软磁性材料  7-12
  1.2 软磁性复合材料(Soft magnetic composite materials,SMCs)  12-19
  1.3 放电等离子烧结(Spark plasma sintering,SPS)  19-21
  1.4 本实验的研究意义与主要内容  21-23
第二章物相分析与性能测试方法及实验设备  23-26
  2.1 物相分析  23-24
  2.2 性能测试方法与实验设备  24-26
第三章 SPS烧结参数对Fe_(76)Si_9B_(10)P_5非晶合金致密化及晶化的影响  26-33
  3.1 引言  26
  3.2 实验方法  26-27
  3.3 实验结果及讨论  27-32
  3.4 小结  32-33
第四章 SPS法制备Fe_(76)Si_9B_(10)P_5/Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4软磁性复合材料  33-39
  4.1 引言  33
  4.2 实验方法  33-34
  4.3 实验结果与讨论  34-38
  4.4 小结  38-39
第五章 Fe_(76)Si_9B_(10)P_5/Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4复合材料的微观结构与磁性能  39-45
  5.1 引言  39
  5.2 实验方法  39
  5.3 实验结果与讨论  39-44
  5.4 小结  44-45
第六章 Fe_(76)Si_9B_(10)P_5/Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4复合材料的力学性能研究  45-49
  6.1 引言  45
  6.2 实验方法  45
  6.3 实验结果与讨论  45-48
  6.4 小结  48-49
结论与展望  49-51
参考文献  51-58
致谢  58-59
攻读硕士学位期间研究成果  59-60

微胞结构金属/陶瓷软磁性复合材料的制备及性能

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