新型铁基软磁复合材料制备及包覆层热稳定性研究

摘要

绝缘铁粉基软磁复合材料,是在铁粉表面包覆一层绝缘层,具有优良的软磁性能,尤其是在高频应用中。因为软磁复合材料具有磁各向同性的特点,也经常用来设计新型高速电动机并且具有较少的能量损失。但是由于软磁复合材料的密度相对较低,导致的材料强度较低,以及包覆层材料的热稳定性差致使成型后的材料热处理温度低,这两个缺点严重的限制了其取代硅钢材料以及其他多方面的应用。
　　本课题利用热液合成法在不同条件下制备了五种包覆材料,并且用SEM, XRD, FT-IR和VSM对材料性能进行表征。用不同的方法包覆高纯度铁粉制备了软磁材料粉末,并用粉末冶金技术在900MPa下压制成型,然后在不同的气氛和预定热处理条件下热处理。测量了样品热处理前后的密度和电阻率。用TGA/DTA对绝缘层的热稳定性进行分析。
　　研究得出pH=5的时候制备的Ni-Zn铁氧体材料颗粒尺寸为17nm左右。当热处理到500℃和700℃时,颗粒分别长大到73nm和390nm。通过 TGA/DTA分析由于 Ni-Zn铁氧体与铁在高温下发生反应导致电阻率非常低。制备的Mg-Al双层氢氧化物在SEM下颗粒形状很均匀,尺寸约为223nm。当热处理后,Mg-Al双层氢氧化物失效。TGA/DTA分析得出水和羟基的丢失及随后双层氧化物的形成。这并不能阻止高活性的表面铁原子氧化形成导体。制备的P-Si-Al胶包覆的软磁材料在热处理到500℃后电阻率可达255×10-4Ω*cm,密度为7.02g/cm3。但当热处理到700℃时,电阻率降低到6×10-4Ω*cm。与铁粉反应生成的磷酸铁包覆层在550℃左右时由于磷酸铁发生晶化使电阻率降低。第四种B-Si胶包覆层在热处理后会融化增加材料的结合强度,但是由于包覆材料融化渗出,使材料电阻率降低使包覆失效。而最后制备 P-Si-Al-B胶包覆材料用加热箱包覆方法制备的软磁材料在500℃热处理后电阻率可达283×10-4Ω*cm,在600℃热处理后样品表面电阻率可达到219×10-4Ω*cm,甚至在热处理到700℃后表面电阻率仍可达到156×10-4Ω*cm。样品内部电阻率在600℃后为72×10-4Ω*cm,而在700℃后降低到37×10-4Ω*cm。这在商业化的软磁粉末是一个很重要的改进,但是这种材料的密度依然很低。P-Si-Al-B包覆的样品600℃热处理后,在200Hz下的能量损失与Somaloy550相同,但是磁导率很低,仅为后者的四分之一。

目录

新型铁基软磁复合材料制备及包覆层热稳定 性研究

新型铁基软磁复合材料制备及包覆层热稳定 性研究

RESEARCH ON PREPARATION AND COATING THERMOSTABILITY OF NEW IRON-BASED SOFT MAGNETIC COMPOSITE MATERIALS

摘 要

ABSTRACT

ACKNOWLEDGEMENTS

CONTENTS

NOMENCLATURE

LIST OF TABLES

LIST OF FIGURES

CHAPTER 1 INTRODUCTION

1.1 Background of soft magnetic composite (SMC)

1.2 The overviews of soft magnetic composites

1.3 Coating materials

1.4 Coating methods

1.5 Compaction

1.6 Heat treatment

1.7 Advantages and disadvantages

1.8 Applications of soft magnetic composites

1.9 Overview of soft magnetic composites research

1.10 The main research content of this subject

CHAPTER 2 EXPERIMENTAL METHODS

2.1 Introduction

2.2 The preparation process of iron based soft magnetic composite materials

2.3 Techniques and equipment of properties measurement

2.4 Brief summary

CHAPTER 3 RESULTS AND DISCUSSION

3.1 Ni-Zn ferrite coating materials

3.2 Mg-Al layered double hydroxides (LDHs) coating materials

3.3 P-Si-Al gel coating materials

3.4 B-Si gel coating materials

3.5 P-Si-Al-B gel coating material

3.6 Magnetic properties of compacted samples with P-Si-Al-B gel coating

3.7 Brief summary

CHAPTER 4 CONCLUSION

4.1 Conclusion

4.2 Prospect

REFERENCES

APPENDICES

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

新型铁基软磁复合材料制备及包覆层热稳 定性研究 （中文详细摘要）

新型铁基软磁复合材料制备及包覆层热稳 定性研究

RESEARCH ON PREPARATION AND COATING THERMOSTABILITY OF NEW IRON-BASED SOFT MAGNETIC COMPOSITE MATERIALS

摘 要

Abstract

目 录

Contents

第 1 章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 软磁复合材料

1.3 包覆层材料

1.4 包覆方法

1.5 压制成型

1.6 热处理

1.7 软磁复合材料的优缺点

1.8 软磁复合材料的应用

1.9 软磁复合材料的研究现状

1.10 本课题的主要研究内容

第2 章 实验方法

2.1 引言

2.2 铁基软磁复合材料的制备过程

2.3 性能测试方法与设备

2.4 本章小结

第3 章 实验结果与分析

3.1 引言

3.2 Ni-Zn 系铁氧体包覆软磁复合材料

3.3 Mg-Al 双层氢氧化物包覆软磁复合材料

3.4 P-Si-Al 胶体包覆软磁复合材料

3.5 B-Si 胶体包覆软磁复合材料

3.6 P-Si-Al-B 胶体包覆软磁复合材料

3.7 P-Si-Al-B 胶体包覆软磁复合材料成型后磁性能测试

3.8 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢