片式电感用fesicr软磁合金的包覆改性

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1、片式电感用FeSiCr软磁合金的包覆改性(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：材料学院工程领域：材料工程申请人：任劲松指导教师：李勃副研究员联合指导教师：郭海高级工程师二〇一七年五月CoatingModificationofFeSiCrSoftMagneticAlloysUsedforMultilayerInductorsThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMast

2、erofEngineeringbyRenJinsongThesisSupervisor:ProfessorLiBoAssociateSupervisor:SeniorEngineerGuoHaiMay,2017摘要摘要相对于软磁铁氧体材料，铁基软磁合金具有来源广泛、价格低廉的成本优势，同时具有更高的饱和磁感应强度，可满足在更高的磁感应强度下工作。近年来，铁基软磁合金被广泛用作片式电感、交流电感等电感元件的铁磁性基材，实现了对部分铁氧体的替代。然而铁基软磁合金的电阻率比软磁铁氧体要低数个数量级，在交流磁场中，面临着损耗严重的重大问

3、题。本论文分别采取聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和3-氨丙基三乙氧基硅烷（ATPES）为偶联剂，利用正硅酸乙酯（TEOS）水解反应，对FeSiCr软磁合金进行表面SiO2绝缘包覆处理，制备了高频下低损耗的FeSiCr/SiO2软磁复合材料。论文中采取X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅氏变换红外光谱仪（FTIR）、X射线光电子能谱仪（XPS）等表征手段对包覆粉末表面微结构、成分、物相进行研究，采取四探针电阻仪、阻抗分析仪、B-H分析仪等对材料电阻率和磁性能进行测试。结果表明：采取PVP或ATPES作偶联剂，利用TEOS的

4、水解反应，可在FeSiCr软磁合金粉体表面均匀包覆上非晶态SiO2绝缘层，绝缘层在600MPa压制压力下可保证结构完整性不被破坏。包覆处理后，材料磁导率下降，电阻率显著提高，高频下功率损耗骤减，品质因数提升。同时，可在1MHz~10MHz高频段内获得恒定磁导率区。PVP和ATPES起表面改性作用的机理不同，导致包覆产物表面微结构也不同。采取PVP作偶联剂时，包覆产物为纳米尺度的SiO2球形颗粒；采取ATPES作偶联剂时，包覆产物为表面光滑的壳层结构。ATPES偶联作用强于PVP。包覆剂添加量及其添加方式对包覆产物的表面微结构和磁

5、性能有重要影响。采取PVP作偶联剂时，TEOS最佳添加量为12ml；采取ATPES作偶联剂时，TEOS最佳添加量为10ml。此时包覆产物包覆达到最均匀致密状态，在保证具有较高磁导率情况下，显著降低高频损耗，提升了品质因数。采取包覆剂分步添加工艺可以进一步提升磁导率和品质因数，改善磁性能。提升热处理温度有利于释放压制材料的内应力，调整磁筹结构。随着热处理温度的提升，FeSiCr/SiO2材料磁导率和品质因数随之提高。温度过高时，SiO2壳层遭到破坏，电阻率急剧下滑，品质因数骤降。该实验条件下制备的FeSiCr/SiO2材料最佳热处

6、理温度为800℃。关键词：软磁复合材料；FeSiCr；偶联剂；SiO2绝缘包覆；磁性能IAbstractAbstractComparedwithsoftferritematerials,Iron-basedsoftmagneticalloyshaveadvantagesintherawmaterialsourcesandprices.BecauseofthehigherSaturationmagneticinduction,itcanmeettheworkinthehighermagneticinductionintensity

7、.Inrecentyears,Iron-basedsoftmagneticalloysarewidelyusedasFerromagneticmaterialforChipinductancecomponents,achievingthereplacementofsomeferritematerials.However,theresistivityofiron-basedsoftmagneticalloysisseveralordersofmagnitudelowerthanthatofsoftferrite,causingse

8、riouslossprobleminACmagneticfield.Inthispaper,silicainsulationcoatingsweresynthesizedonthesurfaceofFeSiCrSoftmagneticalloypowderwit