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铁硅铝简介 一 简介二 性能三 制备四 应用 一 简介 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 由于其电阻率要比合金大得多 因此涡流损耗小 可在较高的频率下使用 又由于其饱和磁化强度较高 也可用于较高的功率下 这些特性使磁粉芯在许多应用场合具有其它磁性材料难以比拟的优势 已广泛应用于电讯 雷达 电视 电源等产品中的电感滤波器 扼流线圈及开关电源铁芯 磁粉芯根据含磁性材料粉末的不同大致分为以下几类 铁粉芯 铁硅铝粉芯 高磁通密度粉芯 坡莫合金粉芯和铁氧体粉芯 铁氧体磁粉芯虽然可用于高频范围 但其低的饱和磁感应强度也限制了其应用场合 铁粉芯虽然价格低廉 但高频特性和损耗特性不佳 高磁通密度粉芯 fe ni粉芯 和坡莫合金粉芯 mpp 虽然具有高饱和磁感应强度 直流叠加特性及温度稳定性好等优点 但成本高 只用于航空航天等特殊场合 随着电子技术的迅猛发展 对电子器件的高频化 高功率密度化 小型化及抗电磁干扰的要求日益突出 市场需求日益增加 铁硅铝磁粉芯作为一种新型复合电子材料 由于其具有良好的高频磁性能 良好的温度稳定性 宽恒导磁及低损耗 低成本等特点 已快速发展起来 在输出电感 线路滤波器 功率因素校正器等器件中得到了广泛的应用 铁硅铝是一种低损耗和相对高饱和度 10500高斯 的材料 所以非常适用于功率因数校正电路 以及单向驱动器的应用 例如脉冲变压器和回扫变压器 由于接近零磁致伸缩 铁硅铝是消除在线噪音滤波器和电感器中的可听频率噪声的最佳选择 铁硅铝磁粉芯的组成包含有85 铁 fe 9 硅 si 和6 铝合金粉 al 并具有高储能 以及高温下性能稳定的优点 二 性能 初始磁导率随频率的变化 有效磁导率随频率的变化 磁导率随频率的变化曲线 磁导率随温度的变化曲线 铁粉芯与铁硅铝功耗对比 铁硅铝与铁氧体的对比 铁硅铝的磁通量是间隙铁氧体的2倍以上 这使磁芯的尺寸可缩小35 设计时可以把磁芯的尺寸缩小30 至35 铁氧体磁性能随温度变化 而铁硅铝保持相对稳定 很多铁氧体供应商或者厂家会给出产品在25 到100 不同环境下材质的差异 由于铁硅铝的材质及结构和间隙铁氧体不同 随着温度改变 变化不会很大 在边缘损耗方面 铁硅铝不会发生边缘损耗 而间隙铁氧体有很大的边缘损耗 铁芯的间隙部分随着温度的增加损耗会增加 铁硅铝也有间隙 但是这是均匀的分布式间隙 因为这个形式 在高功率的应用上会更好 铁硅铝与铁粉芯的对比 交流电流会产生高频磁场 造成磁芯损耗并导致磁芯变热 这种情况在铁硅铝中会减少 因此电感更有效率 温度更低 铁硅铝的磁芯损耗低于铁粉芯 关于接近零的磁致伸缩问题 铁硅铝非常适用于消除滤波电感中的音频噪音 铁硅铝在制造时没有使用有机粘结剂 因此 没有任何热老化的问题 所有铁硅铝磁芯都能在200 下连续操作 相对的 铁粉芯有磁致伸缩 铁硅铝的优点 铁硅铝合金磁粉芯原材料中不含贵金属 成本低于含ni的高磁通磁粉芯和铁镍钼磁粉芯 价格比铁粉芯略贵些 铁硅铝合金磁粉芯 磁滞系数低 可制成低噪声滤波器 铁硅铝合金磁粉芯最大磁感应强度达到10500高斯 铁硅铝合金磁粉芯损耗低 远低于铁粉芯 高频工作条件下 磁粉芯的温升还远低于铁粉芯 可以和铁镍钼粉芯 mpp粉芯 和铁镍合金磁粉芯 高磁通粉芯 相比 铁硅铝合金磁粉芯有很好的直流迭加特性 可在大电流状态下工作 三 制备 粉末退火 粉末筛分 绝缘包覆 压制成型 热处理 1 粉末退火由于杂质大多以氧化物形态存在 而金属氧化物粉末是硬而脆的 而且存在于金属粉末的表面 压制时使得粉末的压制阻力增加 压制性能变坏 粉末的预先退火可以降低碳 氧和其他杂质的含量 提高粉末的纯度 如将粉末在1000 下热处理1h 并通入h2作为保护气体 2 粉末筛分筛分的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级 如采用100目 150目 250目 325目的标准分样筛筛分所需的不同粒度粉体 3 绝缘包覆绝缘处理是制造磁粉芯的关键 其目的就是用绝缘剂将合金粉末包覆起来 以阻隔粉芯之间的涡流 从而降低粉芯的涡流损耗 如采用铬酸或磷酸为钝化剂 云母为绝缘剂 硅酮树脂和水玻璃为粘结剂 正硅酸乙醋为耦联剂 硬脂酸锌为润滑剂 绝缘粘结剂总量1 5wt 6wt 4 压制成型 5 热处理目的是消除粉末在粉碎和压制成型时的内应力 从而改善磁粉芯的电磁特性 另一个目的是提高磁粉芯的机械强度 磁导率 60的铁硅铝磁粉芯的制造方法 步骤如下 a 取铁硅铝粉适量 高速粉碎 粒度达 100 300目 b 焙炒至温度达到30 100摄氏度时加入钝化剂 加入量为铁硅铝粉量的0 5 5 0 继续焙炒至温度达到200 350摄氏度时加入硅脂和绝缘剂 硅脂的加入量为铁硅铝粉量的0 1 1 0 绝缘剂加入量为铁硅铝粉量的0 3 3 0 继续焙炒至干燥 c 焙炒冷却后加入润滑剂 加入量为粉末混合物总量的0 1 5 0 d 压制成型 压强 5 22ton cm2 e 热处理 温度600 900摄氏度 空气中进行1 75min 或在n2中进行20 120min 得目标产物 所述铁硅铝粉包含4 9 的si 6 12 的al和余量的fe 所述钝化剂为中强酸 稀释20 30倍 所述绝缘剂为陶瓷粉 所述润滑剂为二硫化钼 硬脂酸锌 硬脂酸镁中任选一种 其中步骤b 中加入的硅脂 绝缘剂先进行超声粉碎 时间30 60分钟 并采用酒精作稀释剂 本发明优点 1 采用价低的铁硅铝粉 大大降低了成本 2 采用高速粉碎法 从而使粉末形成了高的电感值 高的品质因素和较低的功率损耗密度 3 制造的磁粉芯 磁导率为60 具有较低的铁芯损耗和良好的直流偏磁场性能 四 应用 1 高频功率滤波器铁硅铝磁粉芯工作频率0 200mhz 比铁氧体高 现在mnzn最高频率在1mhz 但是电流较小 nizn频率较高 但是在弱电流中应用 而铁硅铝磁粉芯是大电流中应用 可达到几十 几百安培 2 不间断电源 ups 3 脉冲变压器所谓脉冲变压器是一种宽频变压器 对通信用的变压器而言 非线性畸变是一个极重要的指标 因此要求变压器工作在磁心的起始导磁率处 以至即使象输入变压器那样功率非常小的变压器 外形也不得不取得相当大 脉冲变压器变压的信号要比普通电源变压器的频率高的多 一般为10k 100khz 而普通电源变压器为50hz 这样脉冲变压器的效率就要比普通变压器高得多 体积亦可以小很多 4 行输出变压器 高压包 行输出变压器现在习惯上应用mnzn铁氧体 开气隙损耗大 而应用铁硅铝磁粉芯不用开气隙 损耗小 而且可在大电流电应用 具有很强的优势 5 开关电源开关电源是利用现代电力电子技术 控制开关管开通和关断的时间比率 维持稳定输出电压的一种电源 与线性电源相比 开关电源更为有效的工作过程是通过 斩波 即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的 脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节 一旦输入电压被斩成交流方波 其幅值就可以通过变压器来升高或降低 通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数 最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压 模拟控制看起来可能直观而简单 但它并不总是非常经济或可行的 其中一点就是 模拟电路容易随时间漂移 因而难以调节 能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大 笨重和昂贵 模拟电路还有可能严重发热 其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比 模拟电路还可能对噪声很敏感 任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小