双层绝缘包覆设计制备高频低损耗铁基软磁复合材料

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong550
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软磁复合材料广泛应用于能源、信息、交通、国防等领域,通常要求获得的材料具有低矫顽力、高磁导率、高饱和磁化强度、以及较低的磁损耗,若材料的高频磁损耗较高,会影响材料的实际使用情况。因此国内外研究学者,以具有一定软磁性能的材料为主体材料,通过物理或化学的方法,在软磁颗粒表面包覆上具有更高电阻率的绝缘物质,从而提升材料整体的电阻率,保留材料基本的软磁性能,并在高频下获得较低磁损耗。本文以羰基铁粉为原料,结合溶胶凝胶技术制备了一系列以微米级羰基铁粉为核心,以纳米SiO2或Ni ZnFe2O4为绝缘层的具有核壳结构的羰基铁软磁粉末颗粒,特别是制备了SiO2/Ni ZnFe2O4双层绝缘包覆粉末颗粒,并采用放电等离子烧结技术将粉末制备成块体软磁复合材料,对比研究了绝缘包覆工艺对软磁性能的影响,并对绝缘层中元素扩散问题进行了初步的探讨。具体研究内容如下:(1)为确定包覆的绝缘物质具体的实验参数。采用溶胶凝胶法,对羰基铁粉进行绝缘处理,以包覆SiO2绝缘层时使用的硅源比和加入的硅源量,以及包覆Ni ZnFe2O4绝缘层时前驱体溶液中的镍锌比为实验因素,以制得的软磁复合粉末的磁化强度为实验指标,通过改变实验因素和反应时间,合理的安排了实验,获得一系列Fe/SiO2和Fe/Ni ZnFe2O4软磁绝缘粉末,最终确定,实验过程中硅源比KH540:TEOS为4:6,硅源总量为0.002mol,Ni ZnFe2O4前驱体溶液中的镍锌比为5:5,获得的材料具有最佳绝缘包覆效果。(2)结合具体的实验参数,制备出双层绝缘包覆软磁复合材料,为确定SiO2作为中间绝缘层是否对Fe颗粒和Ni ZnFe2O4绝缘层之间的元素扩散有阻挡作用。通过SEM、VSM等手段分析,对三种软磁复合材料的结构和性能进一步研究。发现单层包覆Fe/SiO2软磁复合材料的电阻率和高频损耗均有明显改善,交流软磁测试条件为8)=0.05T,1)=10k Hz时,矫顽力(8)是原材料的42.38%,材料的总磁损耗较原材料的降低了85.15%,在频率为1=100k Hz时,降低了77.68%。而双层绝缘包覆制得的Fe/SiO2/Ni ZnFe2O4软磁复合材料,其软磁性能在Fe/SiO2基础上得到改善,材料的矫顽力(8)是原材料的13.29%,振幅磁导率(6)超出原材料204.71,测试条件为8=0.05T,测试频率1为10k Hz和100k Hz时,Fe/SiO2/Ni ZnFe2O4软磁复合材料的分别较原材料降低了95.6%和88.7%。本文通过溶胶凝胶法和SPS放电等离子烧结工艺,获得的软磁复合材料,有效的抑制了材料在高频下的磁损耗。
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