铁硅铝磁粉芯磁导率的研究.docx

铁硅铝磁粉芯磁导率的研究金 丹, 孙可为, 姚燕燕, 袁蝴蝶（西安建筑科技大 学 材料科学与工程学院, 陕 西 西 安 710055）摘 要：采用粉末冶金法制备铁硅铝磁粉芯，研究了绝缘粘结剂用量、成型压力、退火温度和磁粉粒度对铁硅铝磁粉芯磁导率的影响。 结果表明，随着绝缘粘结剂用量的增多，磁粉芯的磁导率减小；去应力退火有助于提高磁粉芯的磁 导率，随退火温度的升高，磁粉芯的磁导率增大；随着磁粉粒度及成型压力的增大，磁粉芯的磁导率增大。关键词：铁硅铝磁粉芯； 磁导率； 成型压力； 退火处理中图分类号：tg113.22+5文献标识码：a文章编号：1001-3814(2011)14-0087-02study on permeability of fesial magnetic powder corejin dan, sun kewei, yao yanyan, yuan hudie(school of material science and engineering, xian university of architecture & techonology, xian 710055, china)abstract：fesial magnetic powder core was prepared by powder metallurgy. the permeability of fesial magnetic powder core was studied by insulating material, shaping pressure, annealing temperatures and granularity. the results indicate that increasing insulating material can decrease the permeability of magnetic powder core. the stress relief annealing is helpful to improve the permeability, increasing annealing temperature can increase the permeability. increasing the granularity of magnetic powder and shaping pressure can increase the permeability of magnetic powder core.key words：fesial magnetic powder core; permeability; shaping pressure; annealing treatment磁粉芯是由磁性材料粉末与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。 由于其可在较高的频率及较 高的功率下使用， 在许多应用场合具有其他磁性材 料难以比拟的优势，已被广泛应用于电讯、雷达、电 视和电源等技术中的电感滤波器、 扼流线圈及开关 电源铁芯等。 根据磁性材料粉末的不同，磁粉芯可 分为以下几类：铁粉芯、钼坡莫合金粉芯、高磁通量 粉芯、 铁硅铝粉芯及非晶纳米晶磁粉芯。 其中铁硅 铝磁粉芯由于具有良好的磁性能、 频率及温度稳定 性、低损耗及低成本等特点，市场需求日益增加。 磁铁硅铝磁粉芯的工艺流程如下： 母合金冶炼机械球磨分筛绝缘包覆压制成型退火处理性 能检测。取适量的磁粉与水玻璃均匀混合，进行绝缘包覆 处理。 将绝缘包覆的磁粉均匀装入模具中，在室温下 压制成 20.6 mm 12.5 mm 6.2 mm 的环形磁粉芯样品，在 600720的氩气气氛中进行去应力退火。用 th2828 precision lcr meter 测 量 样 品 在 选 定频率下的电感，由公式(1)计算出磁粉芯的磁导率。l lee =(1)n 2 0 ae粉芯的磁导率是衡量其磁性能的重要参量，要讨论制备工艺对磁粉芯磁导率的影响1-4。本文主式中：l 为装有磁芯线圈的电感(h)，n 为线圈匝数，le 为有效磁路长度(m)，ae 为有效截面积(m2 )， 0 为 真空磁导率(4 10-7 h/m)。实验材料与方法实 验 选 用 成 分 为 si-9% al-6% fe-85% 的 母 合 金，将母合金粗破碎后放入球磨罐中进行机械球磨， 球磨后筛分，获得实验所需的不同粒度分布的磁粉。1实验结果及分析22.1 磁粉粒度对磁粉芯磁导率的影响实验选用 3 种不同粒度分布的磁粉制备磁粉芯收稿日期:2011-01-18基金项目:陕西省教育厅科研计划项目资助(09jk526); 西安建筑科技 大学科技基金资助项目(jc0916)作者简介:金丹(1965- ),女,辽宁锦州人,副教授,硕士生导师,主要从事磁性材料及器件的研究; 电话e-mail:样品，在频率为 50 khz 下， 其磁导率的变化如图 1所示。 可知，随磁粉粒度的减小，磁粉芯的磁导率降低。因为当磁粉材料选定后，磁粉芯的磁导率与磁粉 芯的密度成正比5。 磁粉粒度越小，比表面积越大， 界面越多， 磁粉间的空隙越多， 故磁粉芯的密度越热加工工艺 2011 年第 40 卷第 14 期87115110 105率导磁 1009590100200200300300400粒度 / 目图 1 磁粉芯的磁导率随磁粉粒度的变化fig.1 dependence of permeability of samples on granularity1302wt%1204wt%6wt% 110率导磁 1009080255075100125150频率 / khz图 2 不同绝缘粘结剂用量的磁粉芯磁导率随频率的变化 fig.2 dependence of permeability of samples added with different amounts of insulating material on frequency130120 110率导磁 1009080600640680720退火温度 / 图 3 磁粉芯的磁导率随退火温度的变化fig.3 dependence of permeability of samples on annealing temperatures1401.5gpa1301.8gpa2.1gpa 120率导 110磁1009080255075100125150频率 / khz图 4 不同成形压力的磁粉芯磁导率随频率的变化fig.4 dependence of permeability of samples with different shaping pressure on frequency(下转第 92 页)材料热处理技术2011 年 7 月material & heat treatment从而使磁粉芯的磁导率获得良好的频率稳定性。退火温度对磁粉芯磁导率的影响将 相 同 的 磁 粉 芯 样 品 分 别 在 600、640、680 和720 退火处理，在 50 khz 频率下，其磁导率的变化 如图 3 所示。 可知，随退火温度的升高，磁粉芯的磁 导率增大。这是因为磁粉芯在压制成型过程中，压坯 中存在大量的内应力， 而内应力的存在将阻碍技术磁 化过程中磁畴的移动，导致磁粉芯的磁导率降低。通 过退火处理，可使磁粉芯的结构更加均匀，减小成型 时产生的内应力，从而提高磁粉芯的磁导率。 且退火 温度越高，内应力释放效果越好，所以磁粉芯的磁导率 越大，因此磁粉芯压制后的退火处理是必不可少的。2.3低，磁导率降低；反之，磁粉粒度越大，磁粉芯的密度就越大，则磁导率也越大。2.2 绝缘粘结剂用量对磁粉芯磁导率的影响取相同质量和粒度配比的磁粉，分别加入 2wt%、4wt%、6wt%的绝缘粘结剂制备磁粉芯样品， 在 25150khz 频率范围内，其磁导率的变化如图 2 所示。2.4 成型压力对磁粉芯磁导率的影响分 别 选 取 1.5、1.8、2.1 gpa 的 成 型 压 力 制 备 磁 粉芯样品。 在 25150 khz 频率范围内，其磁导率的 变化如图 4 所示。可知，磁粉芯的磁导率随成型压力 的增加而增大。 因为磁粉芯的磁导率与其密度成正 比。 成型压力越大，磁粉芯压得越密实，内部的空隙越小，其密度就越大，故磁粉芯的磁导率就增大。 反 之，压制出的磁粉芯密度减小，磁导率就会降低。 从 图 4 中还可知， 成型压力的增大虽可提高磁粉芯的磁粉芯的磁导率： = 3 + ( a-1)(3 -3g)(2)3+ g ( a-1)式中：a 为磁粉的磁导率，g 为绝缘粘结剂所占的体积百分数。 当 a1 时，可将上式简化为： 3 -3(3)g从图 2 可知， 磁粉芯的磁导率随绝缘粘结剂用量的增加而减小。因为随着绝缘粘结剂用量的增加， 磁粉芯中非磁性的绝缘粘结剂体积百分数增大。 由 式(3)可得出，磁粉芯的磁导率降低。 从图 2 中还可 看出， 不同绝缘粘结剂用量的磁粉芯其磁导率都随 频率的增加而减小， 且绝缘粘结剂用量越多的磁粉 芯，其磁导率随频率的变化越小。其中绝缘粘结剂用 量为 6wt%的磁粉芯， 其磁导率的频率特性明显好 于其他粘结剂用量的磁粉芯。 这是因为绝缘粘结剂 用量增多，则磁粉芯的电阻率提高，磁芯损耗降低，88hot working technology 2011, vol.40, no.14材料热处理技术2011 年 7 月material & heat treatment料中可消除mo5si3c 相14。通过原位合成 sic/mosi2 复合材料的热力学分 析及试验， 在反应体系合适的元素粉末配比及制备 条件下，通过原位反应合成了 sic/mosi2 复合材料。 mo-si-c 三元系制备 sic/mosi2 复合材料的总反应 为式(15)，通过设计 m、n 值，可得到理论上有不同 sic 含量的 sic/mosi2 复合材料。席俊杰，陈华辉，吴中，等mosi2 材料的强韧化j金属热处理，2006，31(8)：32-35沈建 兴 ， 田 文 莉 ， 李 传 山 ， 等 mosi2 含量对原位生成 mosi2/ si3n4 复合材料高温氧化性能的影响j热加工工艺，2007，36 (12)：7-10henager jr c h， brimhalla j l， hirthb j psynthesis of amosi2-sic composite in situ using a solid state solid displace- ment reaction jmater. sci. eng.，1992，a155：109-114ke peng， maozhong yi， ran l p， et alreactive hot pressing2345结论(1) 采用 mo、si、c 原始粉末为原料， 进行机械 球磨混合，采用不锈钢球磨罐，磨球为 准10 mm 的玛 瑙球，球料比 3 : 1，转速选择 300 r/min，球磨时间为14 h，所制备的混合粉仍为单质相 mo、si、c，没有发 生机械合金化。(2) mo-si-c 三 元 系 混 合 粉 在 1450 下 烧 结2040 min，然后升温至 1650 并保温 3060 min，在 28 mpa 压力下进行热压成形，获得相组成为 sic 与 mosi2 的 sic-40 vol%/mosi2 复合材料。 该复合材 料的组织致密，各相分布均匀，颗粒细小，没有发现 sic 和 mosi2 颗粒的异常长大。(3) 探 讨 了 mo-si-c 三 元 系 原 位 反 应 制 备sic/mosi2 复合材料的原位反应途径，得到了与热力 学 分 析 结 果 一 致 的 结 论 ， 反 应 体 系 的 总 反 应 为 mmo+(2m+n)si + ncmmosi2 + nsic，m 和 n 为实验 设计的化学计量数。3ofsic/mosi2 nano-composites jj. am. ceram. soc.，2007，90(11)：3708-3711桂尤国，徐金富，叶以富mosi -sic 原位复合材料的制备及其62性能研究j中国钼业，2005，29(4)：43-46许剑光 ， 张厚安 ， 张宝林 ， 等sicw/mosi2 的化学炉自蔓延高 温合成及反应过程研究j矿冶工程，2008，28(4)：98-100张来启mosi2-sic 复合材料的制备、组织结构及性能d. 北 京：北京科技大学，199978席俊杰，阿米娜艾拜，吴中sic/mosi 复合材料的原位反应92热压烧结工艺j金属热处理，2009，34(11)：38-41schwarz r b， srinivasan s r， petrovic j j， et alsynthesis of molybdenum disilicide by mechanical alloying jmater. sci. eng.，1992，a155：75-83ma e， pagan j， cranford g， et alevidence for self-sustained1011mosi formation during room-temperature high-energy ball2milling of element powders jmater. res.，1993，18(8)：1836-1844张红耀，甘国友，孙加林，等1600 mo-si-c 三元系组元化学 势相图及其应用j昆明理工大学学报(理工版)，2004，29(2)：14-18boettinger w j， perepezko j h， frankwicz p s application of ternary phase diagram to the development of mosi2-basedmaterialsjmater. sci. eng.，1992，a155：33-44康鹏超 ， 尹钟大 ， 李明伟 ， 等机械合金化反应烧结