【摘 要】
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软磁复合材料是由金属软磁颗粒经界面绝缘包覆复合而成的软磁材料,其作为一种磁-电转换功能材料,兼具金属软磁高饱和磁化强度和铁氧体软磁高电阻率、低损耗的优点,被广泛应用于电力工程、现代通讯和新型能源等领域。但与此同时,软磁复合材料也面临有效磁导率低,高频损耗居高不下等诸多问题,目前采取的方法主要是改变绝缘层的成分,在提升有效磁导率的同时尽可能降低磁损耗。理论上,优化磁体结构改变可以很大程度上影响材料性
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软磁复合材料是由金属软磁颗粒经界面绝缘包覆复合而成的软磁材料,其作为一种磁-电转换功能材料,兼具金属软磁高饱和磁化强度和铁氧体软磁高电阻率、低损耗的优点,被广泛应用于电力工程、现代通讯和新型能源等领域。但与此同时,软磁复合材料也面临有效磁导率低,高频损耗居高不下等诸多问题,目前采取的方法主要是改变绝缘层的成分,在提升有效磁导率的同时尽可能降低磁损耗。理论上,优化磁体结构改变可以很大程度上影响材料性能,通过施加磁场进行合理的结构设计改变磁阻、优化工作磁路、减少气隙数量,从而改善材料的软磁性能。本文以球形和片状非晶FeSiB为基体,掺杂Al2O3和Ni-Zn铁氧体为绝缘介质,通过磁场取向的方法优化磁体结构。研究基体和界面氧化物在外磁场影响下的结构和磁性能,具体研究内容和结论如下:（1）磁场取向对球形非晶FeSiB/Al2O3软磁复合材料的结构和磁性能影响的研究。论文分别设计了平行取向、垂直取向和无磁场取向条件下的磁环结构,结果表明:通过外磁场的影响会导致磁粉沿其取向方向形成链状有序排列,发现不取向磁环的有效磁导率比垂直取向的磁环明显提高,但低于水平取向的磁环;在590 k Hz、10 m T时,水平取向磁环的磁损耗为43.693 k W/m~3,仅为同等条件下垂直取向的磁环的85%,无磁场磁环的92%。（2）磁场取向对片状非晶FeSiB/Al2O3软磁复合材料的结构和磁性能影响的研究。论文在设计磁场3种不同取向方向的同时,改变非晶FeSiB颗粒的长宽比,探究颗粒形貌以及磁场取向的变化对其磁性能的影响。结果显示:外磁场平行的磁环在20-590 k Hz测试场中水平取向磁环的有效磁导率比垂直取向磁环提高13%;对比球形非晶态FeSiB/Al2O3软磁复合材料,片状非晶FeSiB/Al2O3软磁复合材料不同磁场取向的磁环有效磁导率之间的差距,由相差不到1增大到4。在磁损耗方面,磁场取向的影响进一步加大,水平取向与垂直取向的磁环损耗相差300 k W/m~3左右;同时对比不同形状的影响,片状相比于球形非晶FeSiB/Al2O3的损耗值高出几十倍。（3）磁场取向对球形非晶FeSiB/Ni-Zn铁氧体软磁复合材料的结构和磁性能影响的研究。比较Al2O3和Ni-Zn铁氧体不同成分掺杂在3种磁场环境下对结构和磁性能的影响。结果表明:不同磁场取向对磁粉结构有很大影响,发现水平取向的磁环较垂直取向的磁环有效磁导率提高了将近3%;而磁性氧化物的加入可以将有效磁导率由原先的不到24提高到27左右。在磁损耗方面,磁场取向的影响仅相差几十k W/m~3;而磁性氧化物的加入,使得与之前非磁性氧化的软磁复合材料的损耗相比几乎翻了一倍。（4）磁场取向对球形非晶FeSiB/Ni-Zn铁氧体软磁复合材料的结构和磁性能影响的研究。本章在设计3种不同磁场取向方向的同时,通过改变非晶FeSiB颗粒的长宽比,探究颗粒形貌以及磁场取向的变化对其磁性能的影响。结果显示:磁场平行取向片状非晶FeSiB/Ni-Zn铁氧体磁环有效磁导率高达39,但同时磁损耗也是最高的,达到了2500 k W/m~3。相比于掺入氧化物的成分不同,发现非晶FeSiB的形貌对于磁场取向的响应更为明显。本文深入分析了经过合理的结构设计的非晶FeSiB软磁复合材料,其可以有效降低铁基非晶软磁复合材料磁损耗、增大其有效磁导率。因此,被认为一种非常有前景的研究方向。
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