文 献 综 述

一．研究现状

软磁材料在国民经济和日常生活中都具有十分重要和非常广泛的应用。传统的软磁材料主要包括纯铁与合金，硅钢以及铁氧体等。这四类软磁材料均在工业上得到广泛运用，尤其是硅钢片和铁氧体。^[1]软磁材料总特点是有对外加磁场的高灵敏性反应，磁导率很高。为此，希望材料的矫顽力尽量低。性能优异的软磁材料，矫顽力一般低于100A/m。另外，人们一般希望软磁材料具有很高的饱和磁感应强度。又因为软磁材料许多情况下应用于交流电磁场中，此时，磁性材料的损耗也是其中一个非常重要的指标。二十世纪以来，在工业化潮流的推动下，软磁材料发展异常迅速。首先出现的是硅钢，这种软磁材料具有数倍于电工纯铁的电阻率，具有低矫顽力和高饱和磁通密度等优点，成为历史上第一种可以经济地运用于交变强磁场中的软磁材料，使电力的普遍应用成为现实，也是目前用量最大的软磁材料，特别是各种发电机变压器中。但同时其高损耗的特点制约其发展。之后的20世纪30年代，随着市场需求从电力到通讯的不断扩大，迫切需要适用于更高频率下工作的，电阻率更高，涡流损耗更低的软磁材料。为适应这种要求，铁氧体（以Fe₂O₃为主要成分的氧化物磁性材料）应运而生，并已达到实用化。^[2]铁氧体的出现，给电子技术带来了翻天覆地的变革。铁氧体是软磁材料中品种最多，运用最广的。但同时，铁氧体的低饱和磁通密度日益成为阻碍其发展的突出问题。我们可以发现，在一般的制备条件下所得到的金属及合金材料都是晶态的。但到了20世纪60年代，杜威慈（P.Duwez）等首先通过液态熔融合金高速冷却成功获得了非晶态合金，为合金材料开辟了新的领域。这种磁材料具有优异的磁性能，而且耐腐蚀、耐磨、韧性好、不容易破碎。^[4]经历了40年的研发和开发，今天的非晶态合金已经在许多方面得到广泛应用，其中，非晶态软磁合金应用早，用量大。^[3]非晶软磁合金材料中原子排布呈现无序状态，原子的空间排列不具有长程有序，因此，晶体材料中的磁晶各向异性现象消失，所以其矫顽力比较低，且电阻率也显著高于晶态合金，因此，是非晶合金软磁材料的铁损耗很低，特别适用于高频交流场中。在1988年，日本学者吉泽克仁等在研究非晶软磁合金时通过添加不同合金元素，并且经过适当晶化处理后得到的微观组织结构非常细微的软磁合金材料，^[3]我们称之为纳米晶软磁合金。这类在1990年前后发现的软磁材料我们习惯称为新型软磁材料，而之前的硅钢，坡莫合金，金属磁粉芯，铁氧体等我们称为常规软磁材料。且非晶和纳米晶合金软磁材料兼具有硅钢的高饱和磁通密度和铁氧体高电阻率的优点，可在较宽频率范围替代硅钢和铁氧体，极大地降低器件损耗。特别是现在电力电子器件的高频化^[5]、节能化、高效化、小型化的发展趋势对于元件配套软磁铁芯的要求越来越高。目前，电力电子器件普遍使用的软磁铁芯包括硅钢、铁氧体、非晶纳米晶合金等。其中，硅钢虽然饱和磁化强度高，但损耗也很大，不符合器件节能化趋势；铁氧体虽然高频损耗低，但是饱和磁化强度太低，不适合器件小型化趋势；非晶纳米晶合金虽然饱和磁化强度较高，损耗较低，但具有工作噪音较大、成本较高、无法加工特定形状、密度低等缺点。在此背景下，软磁粉芯由于兼具较高的饱和磁化强度、较低的损耗与成本、可加工成各种形状等优点，已经被电力电子器件市场广泛接受，越来越多地用于替代传统的硅钢和铁氧体磁芯和新兴的非晶纳米晶卷绕铁芯等。

本课题的研究现实意义在于，它将采用自有的合金成分与磁粉配比和绝缘包覆工艺以及与之相配套的粉芯成型和热处理工艺，全面开发高饱和磁化强度、低损耗的非晶微晶软磁粉芯产品，用于在新能源、通讯、智能电网、家电等领域，替代硅钢叠片铁芯、铁氧体磁芯、非晶薄带卷绕铁芯以及传统软磁粉芯，为电力电子系统提供高端配套元件，同时为电力电子器件产品向小型化、高频化、节能化、高效化的方向发展提供技术选择。

另外，电力电子器件市场的持续扩大为软磁铁芯产业提供了广阔发展空间，但器件高效、节能、小型化发展趋势使硅钢叠片铁芯、铁氧体磁芯、非晶薄带卷绕铁芯等逐渐无法符合下游市场的要求。而金属软磁粉芯符合器件发展需要，已成为软磁领域发展最快的行业。^[6]目前国内金属软磁粉芯的市场年需求已达120亿人民币，且今后五年将以5-15%的速度增长。国内软磁粉芯市场目前主要被韩国和美国等外企占据，国内企业受自身技术制约，市场占比低于5%。因此市场成长空间很大，具有良好的发展潜力。

但制备纳米晶合金软磁难度较大，所以本课题主要制备和研究非晶和微晶合金软磁粉芯材料。来了解并研究新型软磁材料的制备工艺和相关性能分析和检测。

二．拟完成任务

1.文献调研和学习基本原理

2.熟悉使用不同工艺的磁粉制备装置。研究不同合金成分与制备工艺，重点采用固相重结晶法、水热法以及速凝甩带等方法。

3.采用不同的分析测试方法进行合金微粒的晶相变化过程，确定最佳工艺路线和后处理方式。如进行相关显微结构的测试，利用热分析确定晶化温度，然后进行晶化热处理。