PCVD法制备Fe-6.5wt％Si高硅钢工艺及性能研究

摘要

Fe-6.5wt％Si高硅钢具有高磁导率，近于零的磁致伸缩系数，中高频铁损低和矫顽力小等特性，因此被广泛应用于发电机、高频高速电机及变压器等。但由于其脆性大，难以通过常规方法加工成型。
　　本研究利用PCVD法在0.1mm厚的纯铁片表面沉积硅，再进行高温扩散的方法成功制备了Fe-6.5wt％Si薄片。综合利用XRD、SEM、EDS、AFM等测试手段对样品进行深入细致的分析，讨论了各种工艺参数对Fe-Si薄膜的表面相、表面及截面的微观结构、显微硬度分布及磁性能等因素的影响。
　　研究结果表明:沉积制备的高硅Fe-Si薄膜以致密的颗粒膜呈现，其组成成分为BCC结构的Fe-Si固溶体和Fe3Si相。以10％ SiH4和90％ Ar混合气体作为渗源气，在500℃下沉积20min，所得到的表层硅含量高达40.5％。另外，PCVD处理时，温度因素对样品表层硅含量的影响最为显著，随着温度升高，表层硅含量先增加，达到一定程度后降低。而沉积时间和气体流量比对样品表层硅含量的影响则相对较小。
　　然后在工业纯H2的保护下，于1050℃保温60min就能获得性能优良的高硅梯度硅钢，此时Fe-Si薄膜的致密性和均匀性均得到显著提高。
　　磁性能测试表明其铁损P1.0/50可以达到0.92 W·Kg-1，磁通密度Bs为1.58 T-1。PCVD沉积温度对样品铁损的影响最为显著，而沉积时间和气体流量比对于铁损性能几乎没什么影响。另外，随着退火温度的升高和退火时间的延长，铁损P1.0/50和磁感B50均呈下降趋势。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 本课题研究的目的及意义

1．2 硅钢

1．2．1 硅钢的发展历程

1．2．2 硅钢的分类和性能

1．2．3 硅钢的机理

1．2．4 硅钢的标准

1．3 Fe-6．5wt％Si硅钢

1．3．1 Fe-6．5wt％Si硅钢的发展历史

1．3．2 Fe-6．5wt％Si硅钢的特性

1．3．3 Fe-6．5wt％Si硅钢的应用

1．3．4 Fe-6．5wt％Si硅钢的制造方法

1．4 PCVD法制备Fe-6．5wt％Si硅钢

1．4．1 PCVD技术的发展历史

1．4．2 PCVD技术的原理

1．4．3 PCVD技术的特点

1．4．4 PCVD技术的应用

1．5 本研究的内容和基本路线

1．5．1 本研究的内容

1．5．2 本研究的目的

1．5．3 本研究基本路线

第二章 实验材料及方法

2．1 实验材料

2．1．1 基体材料

2．1．2 渗硅源

2．2 实验设备

2．3 基体材料预处理

2．4 实验流程

2．5 PCVD工艺参数对薄膜的影响

2．6 性能检测

2．6．1 形貌观察

2．6．2 显微硬度测定

2．6．3 XRD分析

2．6．4 扫描电镜及能谱分析

2．6．5 磁性能测定

第三章 Fe-6．5wt％Si高硅钢制备工艺研究

3．1 PCVD沉积工艺研究

3．1．1 PCVD沉积温度对于表面硅含量的影响

3．1．2 PCVD沉积时间对于表面硅含量的影响

3．1．3 气体流量比对于表面硅含量的影响

3．2 扩散退火工艺研究

3．2．1 扩散退火工艺的选择

3．2．2 扩散退火后表面相的组成

3．2．3 扩散退火后表面及截面的形貌

3．2．4 扩散退火后截面显微硬度分布

3．3 本章小结

第四章 Fe-6．5wt％Si高硅钢磁性能的研究

4．1 磁性能的测试方法

4．2 磁性能的测试参数

4．3 磁性能的测试结果及讨论

4．3．1 PCVD工艺对高硅Fe-Si薄膜磁性能的影响

4．3．2 扩散工艺对高硅Fe-Si薄膜磁性能的影响

4．4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢