金属软磁复合材料研究进展

金属软磁复合材料(SMCs)是电力电子元器件的关键基础材料?在能源、信息、交通、国防等重要领域应用广泛?围绕软磁复合材料合金磁粉和绝缘包覆层两个主要方面展开综述?在合金磁粉的成分设计方面?分别从晶态、非晶和纳米晶软磁合金体系出发?对比了合金元素对磁粉微结构?以及饱和磁化强度、矫顽力、磁晶各向异性、磁致伸缩系数和电阻率等性能的影响?提出了不同体系合金磁粉的设计原则?在绝缘包覆方面?分别阐述了有机、无机和有机无机复合包覆的最新研究进展?分析了不同绝缘包覆方法的机理和关键制备参数对于绝缘层组分、结构及复合材料综合性能的作用规律?展望了绝缘包覆工艺的发展趋势?在此基础上?提出了软磁复合材料的发展方向?     

磷化工艺对铁基软磁复合材料电磁性能的影响

研究了磷化工艺对铁基软磁复合材料电磁性能的影响。XRD、SEM、EDS分析和元素面分布结果表明,合适的磷化工艺能在铁粉表面生成1层很薄的非晶或纳米晶结构磷酸盐,并且包覆完整均匀。磁性能测量结果表明,室温条件下用0.01g/mL磷酸对铁粉进行磷化30min,所得到的磷化铁粉磁芯具有优异的综合电磁性能。随着磷酸浓度的增大,磷化时间的增长和磷化温度的提高,软磁复合材料磁芯的电阻率增大,中高频磁损耗不断降低,同时磁导率也有一定程度的降低。     

颗粒包覆软磁复合材料制备和电磁特性研究进展

具有大功率、低损耗及高温使用特性的软磁复合材料是目前磁性材料领域研究的一个重要方向。这种材料可以制备特定环境使用的高性能电磁部件，如高温和高速电机的转子，在航空航天、电子电工、能源和混合动力汽车等领域有着潜在的应用前景。由于软磁复合材料具有较低的成本和较好的耐蚀性，有希望发展成为实用的新型软磁材料，弥补传统金属软磁材料和软磁铁氧体使用性能的不足，一直受到人们的重视并得到了广泛的研究。结合作者所在实验室近几年来在软磁复合材料领域的研究工作，介绍国内外在金属磁性颗粒包覆软磁复合材料的制备工艺、界面结构和电磁特性及其应用的研究进展。根据研究现状和实际应用的要求，提出软磁复合材料研究所面临一些问题，并对这类材料的发展进行展望。     

铁基软磁复合材料的SiO2包覆研究进展

软磁复合材料在诸多领域有着重要的应用，随着技术的发展，对软磁复合材料的性能要求也在不断提高中。为了满足在高频率和高功率工况下的应用需求，需要开发低损耗、高磁导率的软磁复合材料。SiO₂作为绝缘包覆介质具有高电阻率和高热稳定性，能够通过多种方法包覆在磁粉颗粒上，因此在新型软磁复合材料开发领域得到广泛的应用。总结了溶胶凝胶法、化学液相沉积法、反相微乳法、化学气相沉积法、双层包覆法和改性树脂包覆法在铁基软磁复合材料的SiO₂绝缘包覆上的应用，归纳了上述各绝缘包覆方法的特点，并按其特点进行了分类，指出了当前SiO₂绝缘包覆面临的一些问题，并对未来绝缘包覆方法的发展进行了展望。     

玻璃包覆磁性合金微丝的介电性能分析与模拟

玻璃包覆磁性合金微丝的介电性能与非磁导电微丝的不同。分别从理论上分析了平行和随机分布的玻璃包覆磁性合金微丝/电介质复合材料的介电常数公式,并模拟了典型的玻璃包覆磁性合金微丝/橡胶复合材料的介电常数,探讨了不同频率及磁畴分布的玻璃包覆磁性合金微丝/电介质复合材料的介电性能的变化规律。结果表明:玻璃包覆磁性合金微丝的介电性能在中高频及微波频率范围内通过阻抗受其磁性能的影响,可以通过控制磁性能对其高频介电性能进行调控。     

纳米高频软磁薄膜材料研究进展

由于高频软磁薄膜材料具有巨大的应用前景因此获得了人们广泛的关注。对纳米合金软磁薄膜、纳米软磁颗粒膜、多层膜以及图形化薄膜进行了分类综述,分别介绍了各类薄膜的制备方法、化学成分、微观结构特点和高频物理性能,并对影响其性能的主要因素进行了讨论。由于纳米高频软磁薄膜材料相对于传统磁性材料具有显著优势,所以纳米合金软磁薄膜有望取代铁氧体作为制作高频磁性器件的主要应用材料。由于纳米软磁颗粒膜、多层膜以及新兴的图形化薄膜具有材料结构设计和物性剪裁的自由度,因此将是今后的重点研究方向。     

软磁复合材料绝缘处理技术的研究进展

概述了降低软磁材料磁损耗的工艺方法,并分类介绍了有机包覆、无机包覆和复合包覆对软磁复合材料的结构与性能的影响,最后指出新型包覆剂和表面处理技术的开发及相关理论模型的构建将成为未来研究的重点。     

低功耗高性能软磁复合材料及关键制备技术

正1.技术类别:新材料2.适用部门:磁性材料领域3.技术介绍及经济性:本项目提出了在软磁粉末基体表面原位生成高电阻率软磁壳层,降低涡流损耗并保持高磁性能的技术思路,发明了多软磁相核壳结构复合材料,并发明了适用于不同磁粉的绝缘包覆技术,显现著降低了功率损耗。掌握了成分配方对合金相结构、显微组织和磁性能的作用规律及机理,构建了一高性能软磁合金     

NiZnFe_2O_4包覆铁基软磁复合材料的制备及性能

采用溶胶-凝胶法制备的NiZnFe_2O_4作为绝缘剂包覆铁粉来制备铁基软磁复合材料,并研究了NiZnFe_2O_4含量和成型压力对复合材料磁性能的影响。采用SEM,EDX线扫描及元素面分布分析显示在铁粉颗粒表面存在一层均匀的NiZnFe_2O_4包覆层,绝缘包覆层的存在可以有效地提高软磁复合材料的电阻率。实验结果表明,随着NiZnFe_2O_4包覆剂含量的增加,软磁复合材料的复数磁导率实部值逐渐降低,与其他含量的样品相比,NiZnFe_2O_4含量为3%(质量分数,下同)的样品具有最低的复数磁导率虚部值和相对较高的复数磁导率实部值。NiZnFe_2O_4包覆剂的加入,可以大幅降低材料内部的磁损耗,在100kHz时其磁损耗仅为未包覆样品的16.2%。当NiZnFe_2O_4的含量为3%,成型压力为1000MPa时,软磁复合材料的密度达到7.14g/cm~3,饱和磁感应强度为1.47T。     

铁硅铝/锰锌铁氧体复合软磁薄膜成型工艺及磁性能研究

研究了基于高饱和磁感应强度的铁硅铝软磁材料的复合软磁材料薄膜的低温成型工艺和磁性能。绝缘包覆工艺上,使用高电阻率的锰锌铁氧体软磁粉末做绝缘剂。粘结工艺上,使用水玻璃做粘结剂,低温固化粘结。与传统工艺比,低温成型工艺与微加工工艺兼容。应用该工艺制作了软磁薄膜,采用超景深三维显微系统VHX-2000观测复合材料的微观结构;运用振动样品磁强计测试薄膜的静态磁性能参数;使用交流磁化率测量仪测试薄膜动态磁性能参数。针对软磁磁粉颗粒度、绝缘包覆、粘结成型等不同工艺因素,制作了薄膜样品,总结了不同工艺因素对薄膜综合磁性能的影响。     

Evaluation of experimental permanent-magnet brushless motor utilizing new magnetic material for stator core teeth

We prepared motors with experimental cores using a soft magnetic composite and an amorphous metal and evaluated their performance. We measured the magnetic and motor characteristics, such as iron loss, when the new materials were used in the stator core teeth. The amorphous metal was found to have very high permeability and low iron loss, whereas the soft magnetic composite had low permeability and had a comparable iron loss as low-grade magnetic steel. The soft magnetic composite had the added benefits of being able to form a three-dimensional shape and having relatively low core loss in high frequency conditions. The magnetic properties we measured were able to predict the motor characteristics with high accuracy based on numerical and finite-element-method analysis.     

高性能软磁合金的研究进展EI北大核心CSCD

软磁材料是一种极为重要且应用十分广泛的能源材料,近年来,随着磁性元件的日益高频化和小型化,以及节能环保的号召,开发和研究高性能软磁材料具有重要意义。本工作概述了软磁合金的发展历史,重点归纳出各类软磁合金(包括传统软磁合金、非晶/纳米晶软磁合金、高熵软磁合金)的成分、微观组织、磁性能以及应用范围,并总结出不同软磁合金的优、缺点;指出典型合金的微观组织对合金软磁性能(尤其矫顽力)具有关键性的主导作用,进而探讨了影响软磁合金矫顽力的因素及其微观机制,发现控制晶粒尺寸(或纳米粒子尺寸)是获得低矫顽力的关键,并描述了矫顽力的微观影响机制在高熵软磁合金中的发展;最后,展望了高熵软磁合金因多主元混合的成分特性带来的组织多样化,更有利于实现对合金性能的调控,并有望作为新一代高温软磁体材料。     

软磁复合材料铁芯电机特性的仿真研究

为了发挥软磁复合材料的高电阻率,低损耗,易于再利用的特点,仿真模拟将其应用在永磁电机的铁芯上.以12槽4极直流电机为仿真对象,把三维计算问题转化成二维模型,用JMAG软件对电机进行建模,阐述SMC与硅钢片铁芯差异,先用两种材料进行仿真,结果说明只靠替换铁芯材料对电机性能改进并不会产生很大改善,改进模型,得出不同延伸高度铁芯延伸长度增加引起的电流和转矩特性与功率变化的关系.利用所建模型将Somaloy500的软磁复合材料与50CS800的硅钢片制备的铁芯进行模拟实验,结果表明:相同条件下软磁复合材料铁芯的效率要更高一些.最低转速时效率增加5%,最高转速时效率增加10%;软磁复合材料铁芯模型抑制电流输出,各向同性的优势明显.结论为SMC材料在低转速电机的开发中依旧能够发挥优势,实现电机性能的提高.     

Formation of copper-containing fiber composite materials for microwave radiation screens

A new method is proposed for the synthesis of radio-wave-absorbing metal-containing composite materials based on polyacrylonitrile fibers. The interaction of electromagnetic radiation with samples of machine-knitted fabric made of copper-containing fibers has been studied in an 8–12 GHz frequency range. The chemical composition of the synthesized materials has been determined. The possible applications of new materials and related structures for the screening of stray electromagnetic radiation of data-processing devices and electronic components and suppressing negative effects of high-frequency electromagnetic fields are considered.     

纳米Mn-Zn铁氧体的制备研究进展

Mn-Zn铁氧体是应用最广泛的软磁铁氧体材料.目前,电子器件及产品逐渐向小型化、轻量化和高性能化方向发展,因此要求Mn-Zn铁氧体粉体接近或达到纳米级.作为一种新材料,纳米Mn-Zn铁氧体的研究已经成为磁性材料研究的热点领域.综述了纳米级Mn-Zn铁氧体制备的有效方法,包括化学共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法、回流法、超临界法等,介绍了作者在纳米Mn-Zn铁氧体制备方面的最新工作.结合相关技术的发展,展望了纳米Mn-Zn铁氧体制备方法的发展趋势.     

Structure and magnetic properties of ZrO2-coated Fe powders and Fe/ZrO2 soft magnetic composites

Fe particles were coated with ZrO₂ nanopowders using mechanical milling method combined with high temperature recovery annealing process. The effect of milling time on particle size, phase structure and magnetic properties of the core-shell structure powders was studied. Scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) revealed that the surfaces of the composite powders comprised thin and uniform layers of ZrO₂ insulating powders after milling. Also, the SEM images showed the morphology of micro-cellular structured compacts with cell-body of Fe particles and indicated that Fe particles were well separated and insulated by thin ZrO₂ layers. The Fe/ZrO₂ soft magnetic composites displayed much higher electrical resistivity, lower core loss than that of the pure Fe powder cores without ZrO₂ layers at medium and high frequencies. The preparation method of ZrO₂-insulated Fe powders provides a promising method to reduce the core loss and improve the magnetic properties for soft magnetic composite materials.     

复合丝巨磁阻抗效应的研究

利用化学渡方法制备了芯层为铁磁层和芯层为导电层的两种复合丝,比较研究了它们的巨磁阻抗特性,结果发现芯层为铁磁层的复合丝在60MHz时取得最大值107%,而芯层为BeCu的复合丝在300kHz时就获得最大值108%.这是因为BeCu/绝缘层/NiCoP在低频时有较大的磁电阻效应,同时,由于芯层电阻较小,R与X在较低频就可比拟.磁阻抗比不仅取决于磁电阻比、磁感抗比,还与R和X的相对比值有关.要想获得显著的磁阻抗效应,要求材料不仅具有良好的软磁特性,而且电流通过部分还具有电阻率小的特点.     

Integrated Charge Transfer in Organic Ferroelectrics for Flexible Multisensing Materials

The ultimate or end point of functional materials development is the realization of strong coupling between all energy regimes (optical, electronic, magnetic, and elastic), enabling the same material to be utilized for multifunctionalities. However, the integration of multifunctionalities in soft materials with the existence of various coupling is still in its early stage. Here, the coupling between ferroelectricity and charge transfer by combining bis(ethylenedithio)tetrathiafulvalene‐C60 charge‐transfer crystals with ferroelectric polyvinylidene fluoride polymer matrix is reported, which enables external stimuli‐controlled polarization, optoelectronic and magnetic field sensing properties. Such flexible composite films also display a superior strain‐dependent capacitance and resistance change with a giant piezoresistance coefficient of 7.89 × 10^?6 Pa^?1. This mutual coupled material with the realization of enhanced couplings across these energy domains opens up the potential for multisensing applications.     

The core-shell structured Fe-based amorphous magnetic powder cores with excellent magnetic properties

The Fe-based soft magnetic amorphous powder cores (AMPCs) with excellent comprehensive magnetic properties were successfully designed and fabricated using the core-shell structured FeSiBCCr/TiO₂ composite powders. The influence of the concentration of water (H₂O) for the magnetic performance of the AMPCs has been systematically studied based on careful analysis of the process of nucleation and growth of TiO₂ under different H₂O concentration in the reaction system. The growth process for the TiO₂ coating layer with the H₂O concentration in the range of 0.01–0.02 ml/g corresponds to the heterogeneous nucleation phase, while the mixing phase of heterogeneous and homogeneous nucleation occurs when the concentration of H₂O increases to 0.03 ml/g. Optimized soft magnetic properties have been achieved for the AMPCs with H₂O concentration of 0.02 ml/g, including high permeability of 81.5 with a high frequency stability up to 10 MHz, high quality factor of 102 at 530 kHz, low core loss of 42 mW/cm³ at 500 kHz for B_m = 0.01 T, and better DC-bias property of 52% at a bias field of 100 Oe due to the uniform and proper thickness insulation coating layer, which can be used to produce miniature magnetic components for applications in medium and high-frequency fields.     

轻质核壳结构吸波材料的研究进展

随着现代科技的发展,电磁波辐射对人类的影响越来越大,在电子电路中释放的电磁波会破坏其他设备的性能并且损害人体健康,因此吸波材料的研究显得尤为重要。此外,具有优良电磁性能的复合吸波材料还可以用于制备飞行器隐身材料。这是因为高强度的微波吸收材料具有良好的介电损耗和磁性损耗,同时具有优越的阻抗匹配,而核壳结构的吸波材料是复合吸波材料中较为理想的材料。本文详细介绍了核壳结构吸波材料的合成方法,并根据核壳结构材料的分类及具体应用,阐述了近年来国内外核壳结构吸波材料的最新研究进展。