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寧波材料所優化鐵基非晶磁粉芯絕緣包覆層及磁粉芯性能

        鐵基非晶磁粉芯是由非晶軟磁合金粉末和絕緣介質混合壓制而成的一種軟磁復合材料,在高頻下具有恒磁導率、高電阻率、低損耗、溫度穩定性好、價格適中等特點,滿足電子設備和器件向高頻化、小型化和大電流方向發展的趨勢,是磁粉芯材料的重要發展方向,得到了科研工作者越來越廣泛的關注,在其制備工藝和應用研究方面取得了顯著的進步。但是,由于受傳統鐵基非晶軟磁合金非晶形成能力較低的限制,導致實際應用的非晶磁粉只能采用帶材破碎法來制備,存在著尖銳的棱角,難以絕緣,使磁粉芯的損耗較高;同時,為了提高非晶磁粉芯的高頻性能,在制備過程中加入了大量的非磁性物質,導致其飽和磁感應強度降低,不利于電子元器件的小型化和高頻化。因此,如何提高非晶磁粉芯的飽和磁感應強度,降低高頻損耗,是提高磁粉芯性能的關鍵,也是推廣非晶磁粉芯應用的前提和基礎,是該領域研究的重要課題。 
  中國科學院寧波材料技術與工程研究所非晶軟磁研究團隊通過系統研究,開發了具有高非晶形成能力和優異軟磁性能的FeSiBP系塊體非晶合金,可采用氣霧化法制備出球狀非晶粉末,有效解決了傳統非晶帶材破碎法制備的粉末存在著尖銳的棱角,難以絕緣,導致磁粉芯損耗較高的問題。此外,針對納米軟磁鐵氧體粉末具有高的電阻率(~107 W•m)和一定的磁性的特點,研究人員在非晶磁粉芯制備過程中將其作為絕緣劑使用,降低了非磁性物質的含量,提高了磁粉芯的飽和磁感應強度和軟磁性能,同時,采用超聲振蕩分散的方法,解決了納米軟磁鐵氧體粉末在環氧樹脂丙酮溶液中易團聚、難以均勻分散的技術難題,實現了其在鐵基非晶粉末表面的均勻包覆(如圖1所示),可降低磁粉芯的損耗,有利于電子元器件的高頻化和小型化。研究發現,采用納米軟磁鐵氧體粉末取代環氧樹脂,當納米軟磁鐵氧體粉末的含量為3%時,磁粉芯的磁導率得到大幅提高,從57提高到了89,通過進一步優化熱處理工藝(430 ℃,1h),磁導率提高到121,同時,其損耗也大幅降低,在100kHz, 0.1T條件下,損耗僅為900mW/cm3 (如圖2所示),與高磁通鐵鎳磁粉芯相比,其磁導率提高了近一倍,而損耗降低了30%,相關研究結果發表在Intermetallics, 71 (2016) 1-6和 Journal of Alloys and Compounds, 696 (2017) 1323-1328等國際期刊上,并申請了國家發明專利(201610914730.1)。這種性能優異的新型鐵基非晶磁粉芯有望作為電感濾波器、調頻扼流圈、開關電源主振鐵芯及逆變器等元器件,廣泛用于電訊、雷達、電視、電源、太陽能發電等技術中。 
  該研究得到了國家自然科學基金(51601205、51671206)和浙江省公益技術應用研究計劃(2016C31025)等項目的支持。

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