钡铁氧体包覆软磁复合材料制备工艺研究

摘要

软磁复合材料(SMC)是通过物理化学方法在铁粉粒子表面包覆形成绝缘层,并通过粉末冶金的工艺将其压制成型。SMC材料具有的各向同性磁性能和易于加工成型的优点使其在复杂磁路电机和高频电机领域有广阔的前景。软磁复合材料磁感应强度低和包覆层材料不稳定的缺点是限制其应用的主要因素。
　　本研究基于钡铁氧体材料BaFe12O19磁性能优良、具有纳米级微观尺寸且均匀性好的优点,选用其作为包覆层材料进行软磁复合材料制备工艺的研究。首先用热液合成法和溶胶-凝胶法制备纳米级钡铁氧体粉末颗粒,并对产物进行表征与分析。然后将制备出的钡铁氧体材料包覆至铁粉表面,通过压制、烧结等粉末冶金工艺将包覆后的粉末制备成型,并进行性能测试。研究掺杂比例,压制压力和热处理温度对试件性能的影响。首先测试了试件的密度,电阻率和横向断裂强度,对其中综合性能较好的样品进行磁性能测试,与市场上已有的Somaloy500粉末进行对比。研究表明采用热液合成法在pH=13,Ba2+与Fe3+摩尔比为1:8,加热时间为5小时的条件下可以得到纯净的BaFe12O19粉末。其颗粒的微观形状为片状,厚度约为50nm,直径介于200~500nm之间。制得的粉末热稳定性好,惰性气体中在650℃以下不发生反应。而采用溶胶-凝胶法制备的钡铁氧体胶体前驱物热稳定性差,不能作为包覆材料。用粉末冶金工艺制备得到的软磁铁氧体样品,其密度受压制压力与钡铁氧体掺杂比例的影响较大,热处理温度对试件密度基本无影响。压制压力的升高和掺杂比例的降低可以使密度增大。电阻率主要受热处理温度与掺杂比例的影响,热处理温度的升高和掺杂比例的提高可以使电阻率增大。其中3％比例钡铁氧体包覆的样品具有较均衡的表现,其密度为7.01g/cm3,小于Somaloy500样品的7.22g/cm3;电阻率为70.34μΩ*m,与Somaloy500样品的89.68μΩ*m相比基本持平。横向断裂强度受压力、包覆材料质量分数和热处理温度的综合影响,随压力与热处理温度升高而增大。当包覆不完全时随包覆材料质量分数而升高增大,而后趋于稳定。其值大于50MPa,优于 Somaloy500样品。SEM微观形貌分析与EDS成分分析显示在铁粉粒子之间形成了厚度为300~600nm的BaFe12O19绝缘层。选择掺杂比例3%,压制压力900MPa,热处理温度为500℃的样品进行磁性能测试。其动态磁场下的磁感应强度和最大磁导率与Somaloy500相比有较大差距,能量损失基本持平。

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CHAPTER 1 INTRODUCTION

1.1 The background of SMC materials

1.2 Basic concepts of magnetic materials

1.2.1 Hysteresis loop

1.3 Concept of SMC materials

1.4 Coating materials of SMCs

1.5 Barium ferrites coating materials

1.6 Forming technologies of SMCs

1.7 Heat treatment

1.8 Advantages and disadvantages

1.9 The application of SMC materials

1.10 Research content

CHAPTER 2 EXPERIMENTAL METHODS

2.1 Introduction

2.2 Coating materials preparation

2.3 The preparation and characterization of SMCs

2.4 The measurements of SMCs samples

2.5 Brief summary

CHAPTER 3 RESULTS AND DISCUSION

3.1 Coating materials barium ferrites

3.2 Powders after coating

3.3 The results discussion of SMC parts

3.4 Brief summary

CHAPTER 4 CONCLUSION

4.1 Conclusion

4.2 Prospect

REFERENCE

参考文献

声明

致谢