【摘 要】
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金属软磁粉芯是一种新型复合材料,主要由金属磁性颗粒,绝缘物质和分布式气隙组成。金属磁性粉末能够提供较高的饱和磁化强度和居里温度,绝缘物质和分布气隙可以降低涡流损耗,提高磁粉芯的抗饱和能力。但非磁性的绝缘物质和分布气隙会造成磁粉芯有效退磁场的增大,并导致磁导率的下降与磁滞损耗的增加。本文首先采用不同树脂作为基础绝缘剂,采用纳米二氧化硅作为辅助绝缘剂,制备了铁硅磁粉芯。研究了不同树脂对铁硅磁粉芯磁性能
【基金项目】
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江苏瑞德磁性材料有限公司委托项目(W2017JSZX0729):面向电力器件的高性能金属软磁粉芯若干技术问题; 合肥工业大学应用培育计划项目:面向大功率开关电源器件的铁硅磁粉芯关键生产工艺开发(JZ2016YYPY0055);
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金属软磁粉芯是一种新型复合材料,主要由金属磁性颗粒,绝缘物质和分布式气隙组成。金属磁性粉末能够提供较高的饱和磁化强度和居里温度,绝缘物质和分布气隙可以降低涡流损耗,提高磁粉芯的抗饱和能力。但非磁性的绝缘物质和分布气隙会造成磁粉芯有效退磁场的增大,并导致磁导率的下降与磁滞损耗的增加。本文首先采用不同树脂作为基础绝缘剂,采用纳米二氧化硅作为辅助绝缘剂,制备了铁硅磁粉芯。研究了不同树脂对铁硅磁粉芯磁性能的影响,优选出综合性能较好的树脂用于后续复合粉芯的制备。然后采用化学共沉淀法在不同工艺参数下制备了Mn-Zn铁氧体纳米颗粒,将铁氧体纳米颗粒与优选的树脂相结合对羰基铁粉进行绝缘,制备了Mn-Zn铁氧体/羰基铁复合粉芯,分析了铁氧体制备工艺参数对铁氧体相结构及复合粉芯磁性能的影响,优选出导磁性较好的Mn-Zn铁氧体纳米颗粒制备工艺参数用于后续研究。最后利用优选出的有机树脂与锰锌铁氧体对铁硅磁粉进行绝缘,制备了Mn-Zn铁氧体/铁硅复合粉芯,研究了铁氧体包覆量以及成型压强对复合粉芯磁性能的影响并进行了损耗分离研究。研究发现:(1)环氧树脂(A)制备的铁硅磁粉芯具有远高于工业产品的磁性能,60μ牌号样品100Oe有效磁导率百分比高达79.16%,50k Hz/100m T损耗低至501.33m W/cm~3,同时具有较高的拉断强度较高和相对最高的密度和粉末流动速度,综合性能优异。(2)Mn-Zn铁氧体制备过程中,升高p H值、升高反应温度、延长反应时间均有助于改善铁氧体的晶化质量,但反应时间过长会造成铁氧体平均晶粒尺寸的下降。(3)p H值13、反应温度95℃、反应时间1h所制备的Mn-Zn铁氧体纳米颗粒的导磁性最好,用于制备Mn-Zn铁氧体/羰基铁复合粉芯时可以获得相对最高的磁导率。(4)适量的铁氧体绝缘大幅提高了磁粉芯的有效磁导率,降低了损耗,铁氧体绝缘量不足和过量绝缘分别会导致高频涡流损耗的快速增长和磁滞损耗的增加。适量地增大压制压强有利于提高磁粉芯的有效磁导率,降低损耗。磁粉芯密度及铁氧体的导磁性所决定的有效退磁场、磁粉芯密度与铁氧体的高电阻率所决定的电阻率以及成型压强所决定的内应力,是直接影响粉芯磁性能的物理因素。(5)损耗分离研究表明,在低于120k Hz频率范围内,磁粉芯的磁滞损耗远高于涡流损耗,因此,在该频段提高有效磁导率和降低损耗的方法应该集中于减弱粉芯内部的有效退磁场。
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