软磁复合材料研究进展

《软磁复合材料研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、http://www.paper.edu.cn软磁复合材料研究进展刘颖，AndrewPeterBaker，翁履谦哈尔滨工业大学深圳研究生院材料科学与工程学科部，深圳(518055)E-mail：liuying05@hitsz.edu.cn摘要：本文根据绝缘包覆材料的不同，综述了近年来开发的各种软磁复合材料及其生产工艺；介绍了软磁复合材料的主要性能特点及影响因素；最后简要介绍了软磁复合材料在电气设备中的应用情况，对将来研究方向提出看法。关键词：软磁复合材料，高温绝缘包覆层，压坯中图分类号：TB333文献标识码：A1

2、.引言[1]随着电气设备小型化趋势，对各式微型粉芯的需求日益显著。为了研制出能效更高，体积更小，重量更轻的粉芯，开发新型软磁复合材料（SoftMagneticComposite,SMC）已成为当前一个热点。SMC材料不仅能有效降低高频涡流损耗，而且还结合了粉末冶金技术的生产优势，在未来几年它将在航空、汽车、家用电器以及其他领域得到广泛的应用。本文从SMC材料生产工艺、研究进展、性能及影响因素、应用及前景等方面，综述了近几年来SMC材料的发展。2.软磁复合材料[2]在生产铁粉基软磁材料时，为降低涡流损耗有两种常用方

3、法。一种是利用合金添加剂来提高材料电阻率，降低涡流损耗，如铁-硅合金（通常含Si3%），铁-磷合金（一般含P0.45%-0.75%），铁-镍合金（含铁50%，含镍50%）等。但这样降低了饱和磁感应强度，而且合金含量在商业使用上还有一定限度。这种方法适合应用于直流或较低频率交流装置。[3]另一种方法则是对磁性颗粒进行绝缘包覆处理，这类就是SMC材料，其结构如图1所示。SMC材料，有时也称“绝缘包覆铁粉”，是近来逐渐发展起来的一种新型铁基粉末软磁材料。它通常选用高纯铁粉为基材，经有机材料和无机材料绝缘包覆处理，利用粉

4、末冶金[4,5]技术使混合粉末成为各向同性的体材料。[6-8]利用SMC材料生产各类铁芯具有许多突出的优点：1．各向同性：这大大增加了设计自由度，单位重量可获得更大转矩以及更大铜的填充率，实现重量更轻、体积更小的目的。2．利用粉末冶金技术能压制成型为最终形状的产品，材料利用率提高，成本损耗降低，产品控制更精准，复杂形状加工能力更强。此外，SMC电机还能采用模块式结构，装卸方便，这使材料回收和再利用容易，十分有利于环保。叠层硅钢片和软磁铁氧体是两类传统的铁芯材料。硅钢片在直流和交流较低频率时，具有高磁通密度和磁导率

5、；但随着频率增加，涡流损耗急剧增加。铁氧体铁芯虽然高频磁性能优良，电阻率大，铁损低；但存在磁通密度低的缺点。它们均在交流设备小型化过程中均遇到了困难。目前，利用粉末冶金技术生产SMC材料已成为当前研究和开发的热点。研究表-1-http://www.paper.edu.cn明，如果SMC材料能同时满足高磁导率、高磁感应强度、低铁损的要求，将能弥补叠层硅钢片和铁氧体铁芯在中、高频使用时性能的不足（如图2）。图1SMC材料结构示意图[3]图2各种软磁材料的最佳频率应用范围[5][3][5]Fig1Constructio

6、nofSMCmaterialFig2Optimumapplicableregionofeachmagneticmaterial3.软磁复合材料制备工艺与研究进展[9,10]SMC材料制备工艺主要包括以下几个步骤：1．原材料选择：以高纯度高压缩性的水雾化铁粉、海绵铁粉或铁基合金化粉末（含Si,Ni,Al,Co等元素）为原材料。2．粉末绝缘包覆以及混合过程：使用有机或无机材料绝缘包覆铁粉，添加粘结剂、润滑剂等，使粉末充分混合。3．成型压制：将混合好的粉末倒入刚性模具中进行单轴向压制，压制压力一般在300-800MPa

7、。4．热处理：温度一般控制在400-700℃之间。5．表面涂层或喷漆：制品通过喷漆或浸渍涂层来增加材料强度，提高稳定性。粉末混合压制成型热处理树脂涂覆[10]图3SMC材料生产流程[10]Fig3ProductionrouteusedforSMCmaterial3.1铁粉的绝缘包覆技术目前绝缘包覆材料主要以有机聚合物和无机氧化物为主。针对不同使用范围，最近几年国内外迅速开发了一系列SMC产品及绝缘包覆工艺。目前常用的SMC材料主要有：瑞典TMTMTMHöganäsAB公司的Permite75、ABM100.32、

8、Somaloy500和Somaloy550，加拿大Quebec公司的ATOMETEM-1、FLOMETEM-1等。根据绝缘包覆材料的不同，SMC材料大概可以分为以下几类。3.1.1有机绝缘包覆铁粉[11]采用有机聚合物作为绝缘包覆材料已经研究多年，并已商品化。90年代，人们认为可以将有机树脂包覆的铁磁粉末作为铁芯的原材料，用在中频至高频的电磁转换装置中。这-2-http: