铁基软磁复合材料绝缘包覆及粘结工艺的研究

摘要

软磁复合材料（也称为磁粉芯）由于具有比较高的饱和磁感应强度、高的电阻率、很低的涡流损耗、在较高频时比较低的损耗以及三维各向同性的磁性能等特点，被广泛应用于电子通讯、开关电源等领域。随着电子器件向高频化、高性能化、节能化方向发展，软磁复合材料也被要求具有更低的损耗、更高的频率稳定特性。
　　磁粉芯的性能与制备过程紧密相关，而绝缘包覆和粘结工艺是其中的关键工艺。本文研究了铁粉芯和铁硅铝磁粉芯的磷酸钝化机理，并探讨了热处理温度对磁粉芯磁性能和结构的影响。除此之外，本文选择了一种耐高温树脂-环氧改性有机硅树脂作为磁粉芯的粘结剂，研究了它的热稳定性，为了进一步提高树脂的热稳定性，本文利用两种方式在环氧改性有机硅树脂中引入无机纳米粒子制备无机-有机复合改性树脂，对比了两种复合方式对铁粉芯性能的影响，也讨论了热处理温度对铁粉芯磁性能以及结构的影响。得出以下结论:
　　对于铁粉芯来说，磷酸钝化铁粉后形成的绝缘包覆层成分主要为磷酸铁，在高温热处理下(600℃)，磷酸铁分解成磷化铁和氧化铁，破坏了铁粉芯的结构完整性，大幅度降低了铁粉芯的电阻率，从而恶化了铁粉芯的磁性能。而对于铁硅铝磁粉芯来说，磷酸钝化铁硅铝磁粉后主要形成Al(PO3)3的绝缘包覆层，高温热处理后，Al(PO3)3转交成了氧化物Al2O3和P2O5。这些氧化物具有比较高的电阻率并且与基体金属结合紧密，可以继续作为绝缘包覆层，从而铁硅铝磁粉芯的磁性能在高温下(600℃～700℃)具有更好的磁性能。
　　环氧改性有机硅树脂最高耐热温度可达400℃，与环氧树脂相比，环氧改性有机硅树脂制备的磁粉芯具有更好的性能。相对于未改性树脂来说，原位改性树脂和直接添加改性树脂都能提高铁粉芯的磁性能，原位改性树脂中无机纳米粒子在树脂中分散性比较好，无机粒子与树脂存在化学键的联系，原位改性树脂中ISG-2制得的铁粉芯的综合性能最好。而直接添加改性树脂中无机纳米粒子团聚严重，与树脂呈现相分离，包覆铁粉时形成双层包覆，综合性能不如原位改性树脂。原位改性树脂ISG-2和直接添加改性树脂DA-2制备的铁粉芯的最佳热处理温度相对于未改性树脂来说都提高了50℃，热失重及FTIR分析表明原位改性树脂的高温稳定性得到了提高。直接添加改性树脂DA-2包覆的铁粉芯由于铁粉外面形成了一层耐高温的无机包覆层也可以在更高的热处理温度下进行热处理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 软磁复合材料概述

1．2．1 软磁复合材料发展历程

1．2．2 软磁复合材料的分类

1．2．3 软磁复合材料的性能指标

1．2．4 软磁复合材料性能影响因素

1．3 铁基软磁复合材料的绝缘粘结剂研究现状

1．4 选题意义及研究内容

第二章 实验方法

2．1 前言

2．2 实验原材料和技术研究路线

2．3 铁基软磁复合材料的制备

2．3．1 磁粉粒度配比

2．3．2 绝缘粘结处理

2．3．3 压制成型

2．3．4 热处理

2．4 材料组织结构表征

2．4．1 X射线衍射分析(XRD)

2．4．2 扫描电子显微镜分析(SEM)

2．4．3 透射电子显微镜分析(TEM)

2．4．4 傅里叶交换红外光谱分析(FTIR)

2．4．6 热失重分析(TGA)

2．5 材料性能测试

2．5．1 密度测试

2．5．2 电阻率测试

2．5．3 抗拉强度测试

2．5．4 磁性能测试

第三章 高温下铁粉芯和铁硅铝磁粉芯磷化物的演变及其对磁粉芯性能的影响

3．1 引言

3．2 铁粉芯和铁硅铝磁粉芯的磷化机理的研究

3．2．1 热处理对磷酸钝化包覆铁粉芯和铁硅铝磁粉芯磁性能的影响

3．2．2 铁粉芯和铁硅铝磁粉芯磷化层的表征

3．3 高温热处理过程中磷化层结构的演变

3．4 本章小结

第四章 新型无机-有机复合树脂制备铁粉芯的研究

4．1 引言

4．2 粘结剂的选择

4．2．1 环氧改性有机硅树脂的热稳定性

4．2．2 环氧改性有机硅树脂与环氧树脂的对比

4．3 无机-有机复合树脂制备铁粉芯的磁性能

4．4 无机-有机复合树脂表征分析

4．5 热处理温度对改性树脂包覆铁粉芯的影响

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果