鐵-鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、軟磁復(fù)合材料是目前國際上新興的一種軟磁材料，如何減小鐵粉的內(nèi)應(yīng)力，發(fā)揮出應(yīng)有的磁性能是研究的焦點。本文以研制可高溫去應(yīng)力退火的新材料體系為目標(biāo)，采用溶膠凝膠法及粉末冶金方法制備了鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料。利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、軟磁測試系統(tǒng)、電子拉伸試驗機(jī)和熱膨脹儀等分析測試手段，對復(fù)合材料的微觀組織及性能進(jìn)行了研究。分析鐵粉的平均粒徑、體積分?jǐn)?shù)、退火溫度對鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料熱膨脹行為、電學(xué)、磁

2、學(xué)和力學(xué)性能的影響機(jī)理。設(shè)計制備出國際上目前已有的性能最優(yōu)的復(fù)合材料，并對軟磁復(fù)合材料和硬磁復(fù)合材料的未來進(jìn)行了展望。
　　本文通過理論計算和熱膨脹系數(shù)的測試，最終確定了制備鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料的玻璃相成分及配比為SiO254wt％、Na2O41wt%、CaO5wt%，并比較了不同偶聯(lián)劑對鐵粉包覆SiO2膜的效果，最終確定了硅烷偶聯(lián)劑KH550作為給鐵粉包覆 SiO2膜的偶聯(lián)劑。然后對鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料的制備

3、方法進(jìn)行了比較，確定使用溶膠凝膠法給鐵粉包覆SiO2膜和硅酸鹽玻璃干凝膠，并采用冷壓配合退火處理的方式制備軟磁復(fù)合材料。
　　本文觀察到了鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料的界面反應(yīng)物 FeO和Fe3O4，并呈不連續(xù)分布，當(dāng)退火溫度大于等于700℃時，基體玻璃相析出了Na12Ca3Fe2(Si6O18)2微晶。鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料的鐵粉內(nèi)的殘余應(yīng)力的主要是熱殘余應(yīng)力，鐵粉內(nèi)的熱殘余應(yīng)力在退火溫度小于700℃時為壓應(yīng)力，大于7

4、00℃時為拉應(yīng)力，等于700℃時約為零。研究了鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料的靜態(tài)磁性能隨鐵粉的平均粒徑、體積分?jǐn)?shù)和退火溫度的變化規(guī)律及機(jī)理。靜態(tài)磁性能的影響因素包括熱殘余應(yīng)力、內(nèi)部退磁場、兩相界面的面積、鐵粉內(nèi)的摻雜和磁疇數(shù)量，其中，熱殘余應(yīng)力是靜態(tài)磁性能隨退火溫度變化的主要影響因素。鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料的最佳退火溫度為700℃，與此同時鐵粉的平均粒徑和體積分?jǐn)?shù)越大越有利于其靜態(tài)磁性能。
　　鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合

5、材料的磁損耗的影響因素包括熱殘余應(yīng)力、內(nèi)部退磁場、兩相界面的面積、鐵粉內(nèi)的摻雜數(shù)量、磁疇數(shù)量、鐵粉的平均粒徑、復(fù)合材料的直流電阻率和“磁物”數(shù)量。對于鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料，磁滯損耗是磁損耗的主要部分，熱殘余應(yīng)力是磁滯損耗和磁損耗隨退火溫度變化的主要影響因素。另外，剩余損耗較之文獻(xiàn)報道的軟磁復(fù)合材料小一個數(shù)量級左右。
　　研究了鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料的斷裂過程和機(jī)理。復(fù)合材料的斷裂過程可以分為彈性變形、形變硬化和損

6、傷軟化三個階段。當(dāng)復(fù)合材料達(dá)到斷裂強(qiáng)度后，裂紋開始擴(kuò)展，斷裂擴(kuò)展發(fā)生在兩相界面和玻璃相中。裂紋擴(kuò)展的方式有兩種，一種是裂紋偏轉(zhuǎn)即裂紋直接繞過鐵粉沿加載方向連續(xù)擴(kuò)展，另一種是裂紋繞過即裂紋遇到鐵粉停止擴(kuò)展，隨著加載的繼續(xù)，在鐵粉周圍衍生出新的裂紋，然后與原來的主裂紋連通后繼續(xù)擴(kuò)展。研究了鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復(fù)合材料隨鐵粉的平均粒徑、體積分?jǐn)?shù)和退火溫度的變化規(guī)律和影響因素，發(fā)現(xiàn)其彎曲性能的影響因素為復(fù)合材料的密度和玻璃相中的熱殘余應(yīng)力，斷