FeSiAl软磁复合材料的导热及吸波性能研究

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在现代通信技术和计算机行业飞速发展的今天,由于FeSiAl软磁复合材料(SMCs)具有高磁导率、高饱和磁化强度,低成本等特点而被广泛应用。本论文采用表面高温氧化法在FeSiAl表面生长出均匀的、致密的,具有高电阻率的氧化绝缘层,同时,以硝酸铝作为铝源,采用溶胶凝胶法制备出了Al2O3包覆FeSiAl磁性粉体复合材料。通过XRD、扫描电镜和EDS分析了包覆粉末的相组成、表面形貌和元素组成。采用波导法测试了包覆粉体的复介电常数和复磁导率,并通过计算得到了包覆粉体在不同厚度条件下的反射率。研究了FeSiAl软磁复合材料的导热吸波性能。FeSiAl粉末高温氧化实验研究表明,高温氧化后FeSiAl粉末表面平整且没有裂纹,全部衍射峰均为Fe3.0Si0.7Al0.3相,粉末没有发生高温分解化学反应,粉末表面氧含量随氧化温度的升高而增加。在反应初期,是氧分子和金属原子的离子化过程。铝和氧气反应优先形成一层连续的外氧化膜,致密的氧化铝膜层阻止了内部FeSiAl粉末的进一步氧化。氧化温度对FeSiAl粉末的复介电常数和复磁导率有明显的影响,随着氧化温度的增加,FeSiAl粉末的复介电常数和复磁导率都有明显的降低。所有样品的反射率最低峰值随样品绝缘层厚度的增加向低频移动。氧化温度700℃时,FeSiAl粉末的反射率最小值相比原始粉末有了极大的降低,同时反射率小于-5 dB时的频段达到了4.8 GHz。随着氧化温度的增加,FeSiAl粉末的热导率也随之降低,700℃氧化后热导率为2.2 W/m·K。以硝酸铝作为铝源,采用溶胶凝胶法制备出Al2O3包覆FeSiAl磁性粉体复合材料实验中,在pH=3和pH=8两种条件下包覆FeSiAl粉末,在粉末表面形成了氧化物外壳,包覆后的FeSiAl粉末相组成全部为初始的FeSiAl相,没有发现包覆氧化物,包覆后粉末表面粗糙,且有大量细小包覆粉末散落。pH=3条件下包覆粉末表面较为致密,pH=8条件下包覆后的粉末表面发现大量裂纹和孔洞。包覆后氧元素含量明显增加,Si和Al元素分布均匀,无明显团聚。pH=3时,FeSiAl粉末的包覆机理主要是通过水解包覆过程为主,pH=8时,包覆机制主要以Al(OH)3的沉淀包覆为主。pH=3包覆条件下由于包覆厚度较大,致使粉末极化能力受到限制,表现为样品复介电常数和复磁导率降低较为明显。所有样品的反射率最低峰值随样品绝缘层厚度的增加向低频移动。当包覆pH=3时,FeSiAl软磁复合材料厚度为2.4 mm时,在7.9 GHz处可达到反射率最小值为-46.7 dB,反射率小于-5 dB的频段为5.8 GHz9.9 GHz。热导率测试表明,pH=8条件下包覆后FeSiAl粉末的热导率为1.9 W/m·K,pH=3条件下包覆后FeSiAl粉末的热导率为1.5 W/m·K,较厚的包覆层厚度导致粉末热导率较低。
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