铁基软磁粉末表面绝缘包覆技术研究

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软磁复合材料(Soft Magnetic Composite materials,SMCs)是一种用于电磁转换的基础功能材料,通过在金属或合金软磁粉末表面包覆绝缘物质,再辅助以粉末冶金技术制备得到。由于其具有高饱和磁化强度、高电阻率、低涡流损耗等优异性能,在中高频电磁器件中有广泛的应用前景。作为一种复合材料,包覆层的性质以及包覆技术对最终制品的性能会有很大影响。软磁铁氧体作为一种半导体材料,即具有亚铁磁性又有很高的电阻率(102~108Ω?m),是一种性能良好的绝缘包覆材料。放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)是一种先进的粉末冶金技术,广泛应用于陶瓷、合金、复合材料等粉末的致密化烧结。因此,以软磁铁氧体为绝缘包覆物质,通过放电等离子烧结技术制备的软磁复合材料得到了广泛关注。但是经研究发现,放电等离子烧结时软磁基体与绝缘包覆层之间的界面扩散及界面反应导致了包覆层电阻率的降低。为了探究影响包覆层电阻率的因素,进一步提升软磁复合材料的中高频应用性能,本文主要研究内容如下:(1)自主设计了粉末振动装置,并创造性的将其与真空蒸镀设备结合。通过使软磁粉末在蒸发镀膜时连续振动,实现了在粉末表面完整均匀沉积单质Mg包覆层的目的。在此基础上,通过控制蒸发镀膜时间,得到了不同的包覆效果。当蒸镀时间达到90 min时,包覆层最为完整均匀且致密,当时间超过90 min时,软磁粉末表面开始出现絮状团聚;(2)探究了Mg O/Zn0.5Ni0.5Fe2O4双层包覆结构对软磁复合粉末电阻率及磁性能的影响。通过表面氧化处理制备了Mg O扩散阻挡层,并通过手动研磨在Mg O扩散阻挡层外增加了Zn0.5Ni0.5Fe2O4绝缘层,得到了Fe-6.5wt%Si/Mg O/Zn0.5Ni0.5Fe2O4双层包覆结构。得到的软磁复合粉末电阻率最高达到2.39?109μΩ?cm,饱和磁化强度均在170 emu/g以上。相较于单层包覆的Fe-6.5wt%Si/Zn0.5Ni0.5Fe2O4软磁复合粉末,添加的Mg O扩散阻挡层对磁性能影响微弱;(3)采用放电等离子烧结技术制备了SMCs,探究了Mg O扩散阻挡层对烧结后SMCs的电阻率的影响。对于未包覆Mg O的Fe-6.5wt%Si/Zn0.5Ni0.5Fe2O4烧结块体,电阻率为1.8?103μΩ?cm,饱和磁化强度为172.9 emu/g。增加了Mg O扩散阻挡层后的烧结块体,电阻率最高达到了1.22?105μΩ?cm,相较前者提升了67.8倍,饱和磁化强度仍保持在170.0 emu/g。
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