關于金屬軟磁材料第1頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三1.軟磁材料2.鐵硅系合金3.鐵硅鋁系合金第2頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三一.軟磁材料第3頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三概述軟磁材料-softmgneticmaterial具有低矯頑力和高磁導率的磁性材料。如硅鋼片、純鐵等。特點是易磁化、易去磁且磁滯回線較窄。軟磁材料常用來制作電機、變壓器、電磁鐵等電器的鐵心。軟磁材料易于磁化，廣泛用于電工設備和電子設備中。應用最多的軟磁材料是鐵硅合金（硅鋼片）以及各種軟磁鐵氧體等。第4頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三簡史RalphHadfield在英國中部Sheffield市，他父親的鋼鐵廠工作時，注意到一對轉動著的齒輪，由于生產上的錯誤，使硅含量過高(超過1.5%)而損壞。經過多年的試驗后，W.F.Barrett，W.Brown和B.A.Haffield在1900~1903年間，寫出了揭示硅鐵的重要性的一系列論文。他們指出:加入硅和鋁可有效的降低鐵的磁滯損失并增加導磁率和電阻率。雖然鋁對鐵的影響和硅相似，但因鋁含有氧化物，使鋁鐵不能成為工業用的重要產品。據上述的原因，制造者們都競相生產工業上理想的鐵硅合金。生產工業用理想的硅鋼制品的能力，是世界電力工業發展的重要因素。第5頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三軟磁材料-應用1.強電流器件的應用，一般在準靜態或低頻，大電流下使用；如電磁鐵，功率變壓器，電機等的鐵芯。2.弱電流器件的應用，一般在頻率較高，弱電流下使用。如通訊設備中接收天線線圈的磁芯，電子線路中的小變壓器鐵芯等。第6頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三軟磁材料-性能由于軟磁材料在不同的情況下使用，因此，根據不同使用條件，它應具備下面的不同性質。在準靜態或低頻電流下，它應具備的性能為：1.在低磁場下，就能磁化達到它的飽和磁化強度的百分之80-90，即它的起始磁導率要高，而且飽和磁化強度也要高。2.沒有（盡可能小）晶體各向異性。3.磁致神縮常數要小，避免應力使它產生各向異性；這類大都是金屬或合金軟磁材料。第7頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三如在交變磁場中使用，軟磁材料的磁滯迴線應盡可能小。因磁損失和磁滯迴線的面積成正比。低頻時，要求軟磁材料有高起始磁導率，高飽和磁化強度和低矯頑力。但在較高頻率使用時，飽和磁化強度高的要求要受限制。在十分高頻使用時，由于渦流損失與頻率的平方成正比，故要求軟磁材料有高電阻是最重要的；大都使用鐵氧體軟磁材料第8頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三軟磁材料-類別1.純鐵和鐵硅鋼，其矯頑力在2-100奧斯特之間；起始磁導率和飽和磁化強度的乘積等于1.6-2.3（T).2.鐵鈷軟磁合金，其矯頑力在15-100奧斯特之間；起始磁導率和飽和磁化強度的乘積等于1.8-2.4（T).3.鐵鎳合金：其矯頑力在0.5-10奧斯特之間。起始磁導率和飽和磁化強度的乘積等于0.6-1.5（T).4.軟磁鐵氧體，其矯頑力在2-100之間，起始磁導率和飽和磁化強度的乘積等于0.1-0.4（T).第9頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三上世紀后期出現的非晶和微晶軟磁材料發展很快。主要因為這類軟磁沒有磁各向異性；而且電阻率高，非晶的矯頑力只有0.1奧斯特，僅為鐵硅鋼的十分之一，磁滯迴線和損失都小。所以發展很快。而且還在發展中。第10頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三二.鐵硅合金第11頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三鐵硅合金Fe-Sialloy

含硅0.5%～4.5%的鐵合金。為硅在鐵中的置換固溶體，屬立方晶系。飽和磁感應強度為1.6～1.9T，鐵損1～8W/kg。除了沖片使用外，常做成薄帶，卷繞成鐵芯。采用冷軋或進而熱處理的方法獲取結構(晶粒定向排列)。電力工業中用于電機、變壓器等。電子工業中主要用于電源變壓器、磁放大器等。第12頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第13頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三鐵硅相圖第14頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三產品規格①硅鋼片為減少渦流損耗，需將鐵硅合金熱軋成0.35或0.5毫米的片材，沖成一定形狀，疊片使用，因此一般稱為硅鋼片。它在電力工業中的用量最大，所以也常叫電工鋼。②冷軋鐵硅合金帶，在沿軋制方向形成高斯織構，在軋制方向使用時能充分利用其磁性能，降低損耗。根據使用頻率不同，帶的厚度也不同（一般為0.02—0.2毫米）。實際應用時要將冷軋鐵硅合金帶絕緣，卷繞，最后制成一定形狀（如E形，C形等）的磁芯。第15頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三鐵硅合金鐵芯第16頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三電機變壓器第17頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三電源變壓器磁放大器第18頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三鐵硅合金的磁性能鐵心損耗隨Si含量上升而下降，其主要原因是可降低磁晶各向異性能，通過高溫退火可消除有害雜質和缺陷（因壓縮γ相范圍）以及提高電阻率。在高飽和磁感應強度材料中，Si含量對損耗的影響明顯。鐵硅合金的飽和磁致伸縮系數λs、電阻率ρ、飽和磁感應強度Bs、磁晶各向異性常數K1、居里溫度TC等磁性能隨硅質量分數的變化第19頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三幾種不同混合比例且經退火處理的鐵硅混合粉末與商用Fe87Si13混合粉末在不同頻率下的磁導率給出了5.85～8.2GHz頻段鐵硅混合粉末的磁導率。除了Fe87Si13混合粉末之外，其他樣品均為機械混合，并對其進行300℃的退火處理。其中Fe75Si25的磁導率最高，接近于純鐵，而工業品的Fe87Si13卻很低，這表明鐵硅合金的磁性能與制造工藝也有很大關系。第20頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三

當Si含量為6.5wt%時，其磁導率高，矯頑力低，磁滯損耗低，電阻率高，磁致伸縮極小，經過單輥（gǔn）法淬火處理的鐵硅合金可用作變壓器鐵心。研究發現，鑄造出的合金不具有取向性，1373K的溫度下處理1h，可使合金再結晶，形成再結晶組織，從而改善合金的磁性能，提高了磁導率并且降低了矯頑力。

鐵硅合金晶體的[001]方向是易磁化方向，因此，除了提高硅含量、減小片材厚度及控制磁疇結構等方法可以降低鐵損外，還可通過冷軋和退火的辦法獲得[001]方向的擇優取向來獲得高性能取向硅鋼片。同時退火溫度和速率也會影響到Fe87Si13的磁性能，其中500℃油淬火樣品的磁性能最優，損耗低，相對磁導率高。第21頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三當代研究成果展示鐵硅合金的放電等離子燒結行為：以霧化Fe粉和FeSi合金粉末為原料,采用放電等離子燒結(SPS)制備Fe-6.5%Si高硅硅鋼片,通過XRD,SEM等測試手段對樣品進行分析。結果表明,鐵硅合金的燒結過程可以分為4個階段;當溫度為1100℃時氣孔率為1.48%;燒結過程中主要發生以Fe3Si顆粒為核心反應擴散,燒結初期為顆粒間的緊密結合,燒結中期顆粒的界面處有Fe3Si相生成,形成FeSi過渡層,燒結后期直接形成了Fe(Si)的單一固溶體相。

第22頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三當代研究成果展示低能離子束方法制備磁性Fe-Si合金薄膜：利用質量分離的低能離子束技術,獲得了磁性FeSi合金薄膜。利用俄歇電子能譜法(AES)、X射線衍射法(XRD)以及交變梯度樣品磁強計(AGM)測試了樣品的組分、結構以及磁特性。測試結果表明在室溫下制備的FeSi合金是Fe組分漸變的非晶薄膜,具有室溫鐵磁性。當襯底溫度為300℃時制備的非晶FeSi薄膜中有Fe硅化物FeSi相產生,樣品的鐵磁性被抑制。第23頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三當代研究成果展示Fe-Si合金的機械合金化及其相變研究：為了探討機械合金化法制備Fe-Si合金的有效性,研究了Fe-Si的機械合金化及其相變.用掃描電子顯微鏡、X射線能譜儀和X射線衍射儀研究了Fe-Si粉體的機械合金化過程,結果表明:球磨初期,韌性的Fe粉體磨成塊狀,脆性的Si粉體磨成小顆粒;隨著球磨強度的增加,韌性的Fe粉體形成層片狀而脆性的Si顆粒則分布在Fe的層片間或層片上;最后,Fe-Si粉體通過原子擴散實現機械合金化.因此,Fe,Si粉體在球磨機轉速400r/min、球料比40∶1的條件下,球磨15h可以合金化.機械合金化后的Fe-Si合金經過1243K退火1h可得到單相的α-FeSi2;機械合金化后的Fe-Si合金經過1243K退火1h再冷卻到1073K保溫1h可得到單相的β-FeSi2.因而,單相的α-FeSi2或β-FeSi2可通過對機械合金化的Fe-Si合金進行熱處理獲得.第24頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三當代研究成果展示

太陽能專用鐵硅合金軟磁材料及其制造方法：本發明涉及磁性物體的制造方法,尤其涉及種太陽能專用鐵硅合金軟磁材料及其制造方法。太陽能專用鐵硅合金軟磁材料,該鐵硅合金軟磁材料由以下的組分壓制成型：鐵硅粉末,其中Si的重量含量為2%～8%,余量為Fe；對鐵硅粉末表面處理的磷酸,為鐵硅合金粉末重量的1.0%～1.5%；酚醛樹脂,為鐵硅合金粉末重量的0.3%～0.8%。本發明具有以下優點：1、制作工藝簡單,使用設備簡單；2、采用價低的鐵硅粉末,生產成本大大降低；3、采用此種方法制作的產品,具有良好的電感量,較高的品質因數,較低的功率損耗值；4、在較高的溫度條件下,鐵硅合金仍能保持優異的軟磁性能。第25頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三當代研究成果展示鐵硅合金(XFLUX?)提供中低頻率的電感器和扼流圈下一種經濟型的高飽和度(1.6T)解決方案。高飽和度有利于在負載設計下電感是關鍵的應用，如使用新能源(太陽能/風能/混合動力)的變頻器，功率因數校正推動，和不間斷電源UPS。鐵硅合金磁粉芯具有分布式氣隙，由6.5％的硅鐵粉末制成，其磁芯損耗比鐵粉芯更低。第26頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三鐵硅(Fe-Si)合金復合磁粉芯第27頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三三.鐵硅鋁合金第28頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三鐵硅鋁合金是由85%鐵,9%硅,6%鋁的合金粉末,經過特殊工藝處理.壓制成環狀或E型磁粉芯，市場上通常稱之為KoolMμ磁粉芯或Sendust磁粉芯.在二元鐵鋁合金中加入硅獲得。其硬度、飽和磁感應強度、磁導率和電阻率都較高。缺點是磁性能對成分起伏敏感，脆性大，加工性能差。主要用于音頻和視頻磁頭。第29頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三鐵硅鋁系合金具有高起始磁導率的軟磁合金。典型成分為含硅、鋁、鐵。鐵硅鋁系合金分為Sendust合金和Supersendust合金兩類。前者的標準成分是9.6%Si一5.4%Al一Fe，后者的標準成分是6%Si一4%Al一3.2%Ni一Fe。Sendust合金的磁性對成分、合金的純度以及熱處理工藝極為敏感。它與高Ni坡莫合金一樣。Supersendust合金對磁場處理敏感。應用Fe一51一Al系合金由于價廉，起始磁導率和飽和磁感強度Bs較高，硬度（HV）和電阻率戶也高，耐磨性好，適合用作磁頭材料，特別是與高矯頑力的金屬磁帶匹配使用的錄音或錄象磁頭；也可作價廉的磁卡磁頭芯片材料。第30頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第31頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三基本特征1.鐵硅鋁合金原材料中不含貴金屬,如Ni,M0,成本低于含Ni的高磁通磁粉芯和鐵鎳鉬磁粉芯。價格比鐵粉芯略貴些。磁滯系數低,可制成低噪聲濾波器。2.鐵硅鋁合金磁粉芯，溫度穩定性好,溫度系數可與其他電容構成復合部件，有很好的溫度補償作用。第32頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三3.鐵硅鋁合金磁粉芯最大磁感應強度達到10500高斯。4.鐵硅鋁合金磁粉芯損耗低,遠低于鐵粉芯。高頻工作條件下，磁粉芯的溫升還遠低于鐵粉芯,可以和MPP和HighFlux磁粉芯相比。5.鐵硅鋁合金磁粉芯有很好的直流迭加特性，可在大電流狀態下工作。第33頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三第34頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三應用1)開關調整器電感.EMB最適合于用在開關電源儲能源電感中。有高達10500高斯和磁感比開口鐵氧體的能量儲存能力高，磁粉芯溫升比鐵粉芯低得多,在同樣應用前提下,比鐵粉芯尺寸小。2)線性噪聲濾波器EMB磁粉芯是可做的理想的線性噪聲濾波器,它與鐵氧體磁芯相比有較小的尺寸，可用較少的線圈，磁芯的伸縮接近于零,所以用在音頻范圍內,降低噪聲。3)功率因數校正脈沖變壓器和回掃變壓器，由于EMB磁粉芯具有高頻低損耗的特點,所以成功應用于功率因數校正器中,同時也適合于脈沖變壓器和回掃變壓器.第35頁，講稿共41頁，2023年5月2日，星期三鐵-硅-鋁合金吸波材料以高純鐵、硅、鋁粉為原料,采用機械合金化(MA)法制備了鐵-硅-鋁合金粉,用XRD和矢量網絡分析儀分別研究了不同球磨時間粉體的物相組成和鐵-硅-鋁合金吸波材料在1~18GHz頻率范圍內的電磁性能。結果表明:用MA法制備鐵-硅