金属软磁材料.ppt

关于金属软磁材料关于金属软磁材料现在学习的是第1页，共41页1.软磁材料2.铁硅系合金3.铁硅铝系合金现在学习的是第2页，共41页 一.软磁材料现在学习的是第3页，共41页概述软磁材料-soft mgnetic material 具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。如硅钢片、纯铁等。特点是易磁化、易去磁且磁滞回线较窄。软磁材料常用来制作电机、变压器、电磁铁等电器的铁心。软磁材料易于磁化，广泛用于电工设备和电子设备中。应用最多的软磁材料是铁硅合金（硅钢片）以及各种软磁铁氧体等。现在学习的是第4页，共41页简史RalphHadfield在英国中部Sheffield市，他父亲的钢铁厂工作时，注意到一对转动着的齿轮，由于生产上的错误，使硅含量过高(超过1.5%)而损坏。经过多年的试验后，W.F.Barrett，W.Brown和B.A.Haffield在19001903年间，写出了揭示硅铁的重要性的一系列论文。他们指出:加入硅和铝可有效的降低铁的磁滞损失并增加导磁率和电阻率。虽然铝对铁的影响和硅相似，但因铝含有氧化物，使铝铁不能成为工业用的重要产品。据上述的原因，制造者们都竞相生产工业上理想的铁硅合金。生产工业用理想的硅钢制品的能力，是世界电力工业发展的重要因素。现在学习的是第5页，共41页软磁材料-应用1.强电流器件的应用，一般在准静态或低频，大电流下使用；如电磁铁，功率变压器，电机等的铁芯。2.弱电流器件的应用，一般在频率较高，弱电流下使用。如通讯设备中接收天线线圈的磁芯，电子线路中的小变压器铁芯等。现在学习的是第6页，共41页软磁材料-性能由于软磁材料在不同的情况下使用，因此，根据不同使用条件，它应具备下面的不同性质。在准静态或低频电流下，它应具备的性能为：1.在低磁场下，就能磁化达到它的饱和磁化强度的百分之80-90，即它的起始磁导率要高，而且饱和磁化强度也要高。2.没有（尽可能小）晶体各向异性。3.磁致神缩常数要小，避免应力使它产生各向异性；这类大都是金属或合金软磁材料。现在学习的是第7页，共41页如在交变磁场中使用，软磁材料的磁滞迴线应尽可能小。因磁损失和磁滞迴线的面积成正比。低频时，要求软磁材料有高起始磁导率，高饱和磁化强度和低矫顽力。但在较高频率使用时，饱和磁化强度高的要求要受限制。在十分高频使用时，由于涡流损失与频率的平方成正比，故要求软磁材料有高电阻是最重要的；大都使用铁氧体软磁材料现在学习的是第8页，共41页软磁材料-类别 1.纯铁和铁硅钢，其矫顽力在2-100奥斯特之间；起始磁导率和饱和磁化强度的乘积等于1.6-2.3（T).2.铁鈷软磁合金，其矫顽力在15-100奥斯特之间；起始磁导率和饱和磁化强度的乘积等于1.8-2.4（T).3.铁镍合金：其矫顽力在0.5-10奥斯特之间。起始磁导率和饱和磁化强度的乘积等于0.6-1.5（T).4.软磁铁氧体，其矫顽力在2-100之间，起始磁导率和饱和磁化强度的乘积等于0.1-0.4（T).现在学习的是第9页，共41页上世纪后期出现的非晶和微晶软磁材料发展很快。主要因为这类软磁没有磁各向异性；而且电阻率高，非晶的矫顽力只有0.1奥斯特，仅为铁硅钢的十分之一，磁滞迴线和损失都小。所以发展很快。而且还在发展中。现在学习的是第10页，共41页二.铁硅合金现在学习的是第11页，共41页铁硅合金 Fe-Si alloy 含硅0.5%4.5%的铁合金。为硅在铁中的置换固溶体，属立方晶系。饱和磁感应强度为1.61.9T，铁损18W/kg。除了冲片使用外，常做成薄带，卷绕成铁芯。采用冷轧或进而热处理的方法获取结构(晶粒定向排列)。电力工业中用于电机、变压器等。电子工业中主要用于电源变压器、磁放大器等。现在学习的是第12页，共41页现在学习的是第13页，共41页铁硅相图现在学习的是第14页，共41页产品规格硅钢片为减少涡流损耗，需将铁硅合金热轧成0.35或0.5毫米的片材，冲成一定形状，叠片使用，因此一般称为硅钢片。它在电力工业中的用量最大，所以也常叫电工钢。冷轧铁硅合金带，在沿轧制方向形成高斯织构，在轧制方向使用时能充分利用其磁性能，降低损耗。根据使用频率不同，带的厚度也不同（一般为0.020.2毫米）。实际应用时要将冷轧铁硅合金带绝缘，卷绕，最后制成一定形状（如E形，C形等）的磁芯。现在学习的是第15页，共41页铁硅合金铁芯现在学习的是第16页，共41页电机变压器变压器现在学习的是第17页，共41页电源变压器磁放大器磁放大器现在学习的是第18页，共41页铁硅合金的磁性能铁硅合金的磁性能n铁心损耗随铁心损耗随Si Si含量上含量上升而下降，其主要原升而下降，其主要原因是可降低磁晶各向因是可降低磁晶各向异异性性能，通过高温退能，通过高温退火可火可消除有害杂质和消除有害杂质和缺陷（因压缩缺陷（因压缩 相范相范围）以及提高电阻率。围）以及提高电阻率。在高饱和磁感应强度在高饱和磁感应强度材料中，材料中，Si Si含量对损含量对损耗的影响明显。耗的影响明显。铁硅合金的饱和磁致伸缩系数铁硅合金的饱和磁致伸缩系数s、电阻、电阻率率、饱和磁感应强度、饱和磁感应强度Bs、磁晶各向异性、磁晶各向异性常数常数K1、居里温度、居里温度TC等磁性能随硅质量等磁性能随硅质量分数的变化分数的变化现在学习的是第19页，共41页n几种不同混合比例且经退火处理几种不同混合比例且经退火处理的铁硅混合粉末与商用的铁硅混合粉末与商用Fe87Si13混合粉末在不同频率下的磁导率混合粉末在不同频率下的磁导率n给出了5.858.2GHz频段铁硅混合粉末的磁导率。除了Fe87Si13混合粉末之外，其他样品均为机械混合，并对其进行300的退火处理。其中Fe75Si25的磁导率最高，接近于纯铁，而工业品的Fe87Si13却很低，这表明铁硅合金的磁性能与制造工艺也有很大关系。现在学习的是第20页，共41页 当当Si含量为含量为6.5wt%时，其磁导率高，时，其磁导率高，矫顽力低，磁滞损耗低，电阻率高，磁矫顽力低，磁滞损耗低，电阻率高，磁致伸缩极小，经过单辊致伸缩极小，经过单辊（gn）法淬火法淬火处理的铁硅合金可用作变压器铁心。处理的铁硅合金可用作变压器铁心。研究发现，铸造出的合金不具有取向研究发现，铸造出的合金不具有取向性，性，1373K的温度下处理的温度下处理1h，可使合，可使合金再结晶，形成再结晶组织，从而改金再结晶，形成再结晶组织，从而改善合金的磁性能，提高了磁导率并且善合金的磁性能，提高了磁导率并且降低了矫顽力。降低了矫顽力。铁硅合金晶体的铁硅合金晶体的001方向是易磁方向是易磁化方向，因此，除了提高硅含量、化方向，因此，除了提高硅含量、减小片材厚度及控制磁畴结构等方减小片材厚度及控制磁畴结构等方法可以降低铁损外，还可通过冷轧法可以降低铁损外，还可通过冷轧和退火的办法获得和退火的办法获得001方向的择优方向的择优取向来获得高性能取向硅钢片。取向来获得高性能取向硅钢片。同时退火温度和速率也会影响到同时退火温度和速率也会影响到Fe87Si13的磁性能，其中的磁性能，其中500油淬油淬火样品的磁性能最优，损耗低，相火样品的磁性能最优，损耗低，相对磁导率高。对磁导率高。现在学习的是第21页，共41页当代研究成果展示铁硅合金的放电等离子烧结行为铁硅合金的放电等离子烧结行为：以雾化以雾化Fe粉和粉和FeSi合金粉末为原料合金粉末为原料,采用放电等离子烧结采用放电等离子烧结(SPS)制备制备Fe-6.5%Si高硅硅钢片高硅硅钢片,通过通过XRD,SEM等测试手等测试手段对样品进行分析。结果表明段对样品进行分析。结果表明,铁硅合金的烧结过程可铁硅合金的烧结过程可以分为以分为4个阶段个阶段;当温度为当温度为1 100时气孔率为时气孔率为1.48%;烧烧结过程中主要发生以结过程中主要发生以Fe3Si颗粒为核心反应扩散颗粒为核心反应扩散,烧结烧结初期为颗粒间的紧密结合初期为颗粒间的紧密结合,烧结中期颗粒的界面处有烧结中期颗粒的界面处有Fe3Si相生成相生成,形成形成FeSi过渡层过渡层,烧结后期直接形成了烧结后期直接形成了Fe(Si)的单一固溶体相。的单一固溶体相。现在学习的是第22页，共41页当代研究成果展示低能离子束方法制备磁性低能离子束方法制备磁性Fe-Si合金薄膜合金薄膜：利用质量分离的低能离子束技术利用质量分离的低能离子束技术,获得了获得了磁性磁性Fe Si合金薄膜。利用俄歇电子能谱合金薄膜。利用俄歇电子能谱法法(AES)、X射线衍射法射线衍射法(XRD)以及交变以及交变梯度样品磁强计梯度样品磁强计(AGM)测试了样品的组测试了样品的组分、结构以及磁特性。测试结果表明在分、结构以及磁特性。测试结果表明在室温下制备的室温下制备的Fe Si合金是合金是Fe组分渐变的组分渐变的非晶薄膜非晶薄膜,具有室温铁磁性。当衬底温度具有室温铁磁性。当衬底温度为为300时制备的非晶时制备的非晶Fe Si薄膜中有薄膜中有Fe硅化物硅化物FeSi相产生相产生,样品的铁磁性被抑制。样品的铁磁性被抑制。现在学习的是第23页，共41页当代研究成果展示Fe-Si合金的机械合金化及其相变研究合金的机械合金化及其相变研究：为了探讨机械合金化法：为了探讨机械合金化法制备制备Fe-Si合金的有效性合金的有效性,研究了研究了Fe-Si的机械合金化及其相变的机械合金化及其相变.用用扫描电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱仪和射线能谱仪和X射线衍射仪研究了射线衍射仪研究了Fe-Si粉体粉体的机械合金化过程的机械合金化过程,结果表明结果表明:球磨初期球磨初期,韧性的韧性的Fe粉体磨成块状粉体磨成块状,脆性的脆性的Si粉体磨成小颗粒粉体磨成小颗粒;随着球磨强度的增加随着球磨强度的增加,韧性的韧性的Fe粉体形粉体形成层片状而脆性的成层片状而脆性的Si颗粒则分布在颗粒则分布在Fe的层片间或层片上的层片间或层片上;最后最后,Fe-Si粉体通过原子扩散实现机械合金化粉体通过原子扩散实现机械合金化.因此因此,Fe,Si粉体在球粉体在球磨机转速磨机转速400r/min、球料比、球料比40 1的条件下的条件下,球磨球磨15h可以合金化可以合金化.机械合金化后的机械合金化后的Fe-Si合金经过合金经过1 243K退火退火1h可得到单相的可得到单相的-FeSi2;机械合金化后的机械合金化后的Fe-Si合金经过合金经过1 243K退火退火1h再冷却到再冷却到1 073K保温保温1h可得到单相的可得到单相的-FeSi2.因而因而,单相的单相的-FeSi2或或-FeSi2可通过对机械合金化的可通过对机械合金化的Fe-Si合金进行热处理获得合金进行热处理获得.现在学习的是第24页，共41页当代研究成果展示 太阳能专用铁硅合金软磁材料及其制造方法太阳能专用铁硅合金软磁材料及其制造方法：本本发明涉及磁性物体的制造方法发明涉及磁性物体的制造方法,尤其涉及种太阳尤其涉及种太阳能专用铁硅合金软磁材料及其制造方法。太阳能能专用铁硅合金软磁材料及其制造方法。太阳能专用铁硅合金软磁材料专用铁硅合金软磁材料,该铁硅合金软磁材料由该铁硅合金软磁材料由以下的组分压制成型：铁硅粉末以下的组分压制成型：铁硅粉末,其中其中Si的重量的重量含量为含量为2%8%,余量为余量为Fe；对铁硅粉末表面处；对铁硅粉末表面处理的磷酸理的磷酸,为铁硅合金粉末重量的为铁硅合金粉末重量的1.0%1.5%；酚醛树脂酚醛树脂,为铁硅合金粉末重量的为铁硅合金粉末重量的0.3%0.8%。本发明具有以下优点：本发明具有以下优点：1、制作工艺简单、制作工艺简单,使用设使用设备简单；备简单；2、采用价低的铁硅粉末、采用价低的铁硅粉末,生产成本大大生产成本大大降低；降低；3、采用此种方法制作的产品、采用此种方法制作的产品,具有良好的具有良好的电感量电感量,较高的品质因数较高的品质因数,较低的功率损耗值；较低的功率损耗值；4、在较高的温度条件下在较高的温度条件下,铁硅合金仍能保持优异的铁硅合金仍能保持优异的软磁性能。软磁性能。现在学习的是第25页，共41页当代研究成果展示铁硅合金(XFLUX)提供中低频率的电感器和扼流圈下一种经济型的高饱和度(1.6T)解决方案。高饱和度有利于在负载設計下电感是关鍵的应用，如使用新能源(太阳能/风能/混合动力)的变频器，功率因数校正推动，和不间断电源UPS。铁硅合金磁粉芯具有分布式气隙，由6.5的硅铁粉末制成，其磁芯损耗比铁粉芯更低。现在学习的是第26页，共41页铁硅(Fe-Si)合金复合磁粉芯现在学习的是第27页，共41页三.铁硅铝合金现在学习的是第28页，共41页铁硅铝合金是由85%铁,9%硅,6%铝的合金粉末,经过特殊工艺处理.压制成环状或E型磁粉芯，市场上通常称之为Kool M磁粉芯或Sendust磁粉芯.在二元铁铝合金中加入硅获得。其硬度、饱和磁感应强度、磁导率和电阻率都较高。缺点是磁性能对成分起伏敏感，脆性大，加工性能差。主要用于音频和视频磁头。现在学习的是第29页，共41页铁硅铝系合金具有高起始磁导率的软磁合金。典型成分为含硅、铝、铁。铁硅铝系合金分为Sendust合金和 Supersendust合金两类。前者的标准成分是9.6%Si 一5.4%Al一Fe，后者的标准成分是6%Si一4%Al一3.2%Ni一Fe。Sendust合金的磁性对成分、合金的纯度以及热处理工艺极为敏感。它与高Ni 坡莫合金一样。Supersendust合金对磁场处理敏感。应用Fe一51一Al系合金由于价廉，起始磁导率和饱和磁感强度Bs较高，硬度（HV）和电阻率户也高，耐磨性好，适合用作磁头材料，特别是与高矫顽力的金属 磁带匹配使用的录音或录象磁头；也可作价廉的磁卡磁头芯片材料。现在学习的是第30页，共41页现在学习的是第31页，共41页基本特征基本特征1.铁硅铝合金原材料中不含贵金属,如Ni,M0,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。磁滞系数低,可制成低噪声滤波器。2.铁硅铝合金磁粉芯，温度稳定性好,温度系数可与其他电容构成复合部件，有很好的温度补偿作用。现在学习的是第32页，共41页3.铁硅铝合金磁粉芯最大磁感应强度达到10500高斯。4.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MPP和High Flux磁粉芯相比。5.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。现在学习的是第33页，共41页现在学习的是第34页，共41页应用应用1)开关调整器电感.EMB最适合于用在开关电源储能源电感中。有高达10500高斯和磁感比开口铁氧体的能量储存能力高，磁粉芯温升比铁粉芯低得多,在同样应用前提下,比铁粉芯尺寸小。2)线性噪声滤波器 EMB磁粉芯是可做的理想的线性噪声滤波器,它与铁氧体磁芯相比有较小的尺寸，可用较少的线圈，磁芯的伸缩接近于零,所以用在音频范围内,降低噪声。3)功率因数校正脉冲变压器和回扫变压器，由于EMB磁粉芯具有高频低损耗的特点,所以成功应用于功率因数校正器中,同时也适合于脉冲变压器和回扫变压器.现在学习的是第35页，共41页铁铁-硅硅-铝合金吸波材料铝合金吸波材料以高纯铁、硅、铝粉为原料,采用机械合金化(MA)法制备了铁-硅-铝合金粉,用XRD和矢量网络分析仪分别研究了不同球磨时间粉体的物相组成和铁-硅-铝合金吸波材料在118 GHz频率范围内的电磁性能。结果表明:用MA法制备铁-硅-铝合金粉的完全合金化时间为80 h;制备的铁-硅-铝合金粉比原始铁粉具有更优异的电磁性能;铁-硅-铝合金体积分数为43%的吸波材料,在厚度为3 mm时,在24 GHz频段内具有较低的反射率,在3 GHz处反射率最小为-16 dB。现在学习的是第36页，共41页铁硅铝合金磁粉芯铁硅铝合金磁粉芯铁硅铝合金磁粉芯正以40%以上的速度在发展，比任何磁性材料发展都快，最主要原因:饱和磁通密度高，BS为11000高斯;磁导率。=14、26、60、75、90、125，可变化选择;适合于小型化、高频化，频率从46MHZ，1MHZ;并且具有节能、环保、无污染，符合国家节排条件的要求;有利于促进我国成为世界电子器件发展中心。发展这一电子材料，具有特别重要的意义。现在学习的是第37页，共41页铁硅铝合金磁粉芯主要应用于大电流开关电源(SmPs)电感器;不间断电源(LJPS)功率因素校正器(PFC);汽车ABS控制系统电感器;大尺寸液晶显示器电感器;差模放大电感器;自动控制系统电感器以及脉冲变压器、行输出变压器等，应用十分广泛现在学习的是第38页，共41页现在学习的是第39页，共41页 谢谢观看！谢谢观看！现在学习的是第40页，共41页2022/10/8感谢大家观看现在学习的是第41页，共41页