叠片式非晶磁环的工艺与机理

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本文采用单辊快淬法制备Fe基(Fe91.7Si5.3B3.0)非晶薄带,然后使用该薄带制备叠片式和盘绕式非晶磁环,并对其进行热处理,最后用软磁交流自动测量装置、直流特性分析仪以及阻抗分析仪测试它们的磁滞回线、损耗、饱和磁感应强度、矫顽力以及磁导率,并进行比较分析。研究结果如下:  ⑴处于非晶态的叠片式磁环的饱和磁感应强度比盘绕式磁环高27.13%,且其矫顽力比盘绕式低96.79%;当频率为5kHz时,叠片式磁环的磁导率比盘绕式高147.6%,且此频率下,叠片式磁环的损耗比盘绕式低31.26%。可以得出非晶态的叠片式磁环性能远远优于盘绕式磁环。  ⑵将经退火处理的两种方法制作的磁环进行测试,发现退火态叠片式磁环的软磁性能优于完全相同条件下热处理后的盘绕式磁环。其饱和磁感应强度比盘绕式磁环高8.1%,而其矫顽力比盘绕式低66.04%;当频率为5kHz时,叠片式磁环的磁导率比盘绕式高32.45%。所以,经退火处理的叠片式磁环性能也远优于盘绕式磁环。  ⑶经退火处理后,叠片式和盘绕式非晶磁环的软磁性能均有所改善。  ⑷退火对盘绕式磁环性能的影响大于对叠片式磁环的影响,这是因为盘绕式磁环在制备过程中引入了较大的应力,而对于叠片式来说,引入的应力比较小。  ⑸对于叠片式磁环来说,其涡流被限制在薄片之中,磁通穿过薄片的狭窄截面时,这些回路中的净电动势较小,回路的长度及电阻都比较大,这样涡流就大为减弱。再者,由于这种薄片材料的电阻率较高,从而使涡流损失大大降低。然而对于盘绕式磁环来说,由于电磁感应使得磁环内外产生电势差而产生额外的涡流,这样使得盘绕式磁环所引起的涡流损耗大于叠片式磁环的涡流损耗。因此,叠片式磁环的性能比盘绕式要好很多。  ⑹对于盘绕式磁环来说,其内外环的直径、周长的不同致使内外环的伸缩量有所不同。如果没有伸缩量的变化引起的应力,外环伸缩量的变化应与内环伸缩量变化成比例,等于其直径的比值。但是由于磁致伸缩系数非常小,外环的伸缩率大于内环的伸缩率,这样使得外环张应力与内环压应力有一定的差距,从而使得盘绕式磁环在磁化过程中引入应力,而叠片式磁环在制备过程中引入的应力比较小。所以非晶态和退火态的叠片式非晶磁环性能均优于盘绕式磁环。  ⑺经过退火处理后,非晶材料由纵向的易磁化方向变成横向的易磁化方向。而横向的磁畴结构不仅有益于横向驱动的巨磁阻抗效应,还可以在温度退火过程中加横向磁场从而改善其磁性能。这样就使非晶合金的软磁性能通过适当的热处理而有明显的提高。
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