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纳米晶软磁材料开发动向
[发布日期:2018-10-25  点击次数:464]

减小磁晶各向异性常数(K)对于获得优良的软磁材料十分重要。多晶体的K基本上由软磁材料的组成决定。对于普通的晶粒尺寸大的Fe基多晶体材料来说,大幅度提高软磁性十分困难。

但将晶粒微细化到纳米尺度,可有效地减轻材料的磁各向异性、降低Hc。Fe-Si-B-Nb-Cu系纳米晶软磁材料的Bs=1.2-1.35,低于配电变压器用Fe-Si-B系非晶态合金的Bs=1.56-1.63,高于Co基非晶态合金的Bs。Fe-Si-B-Nb-Cu系纳米晶软磁材料具有与上述高导磁率材料相匹敌的优良软磁性,已经在漏电断路器、电流传感器、高频变压器等装置实用化。
    后来又进一步对更高Bs的纳米晶软磁材料进行开发。1990年开发出Bs=1.5-1.7T的Fe-(Nb、Zr)-B系材料,1998年开发出高Tc、优良高温特性的含有残留非晶态相的(Fe、Co)-Zr-b-Cu系纳米晶体材料。2000年代后期,开发出不含降低磁性的Nb和不含高价的Co、但Bs更高的Fe基纳米晶体软磁材料。2007年开发出Bs=1.85T的Fe-B-Si-Cu系材料,2009年开发出含P的Bs=1.7-1.85T的Fe-B-Si-P-Cu系纳米晶软磁材料。这些材料分为原始细晶型和快速加热型两种类型。
    原始细晶型纳米晶体材料,在制作合金薄带过程中,在非晶态相中弥散微细晶粒。然后进行常规热处理,形成均匀微细的纳米晶体组织。快速加热型纳米晶体材料,在合金薄带制作后,进行快速加热热处理,形成均匀微细的纳米晶体组织。原始细晶型纳米晶体材料存在的问题是,制作合金薄带时的适宜冷却条件狭窄。快速加热型纳米晶体材料存在的问题是,进行大量材料热处理时不能快速加热以及急速结晶引起发热使材料内部过度升温,导致材料整体不能形成微细纳米晶粒组织。因此,快速加热型纳米晶体材料的实用化门槛很高,目前正在进行实用化的技术开发。
    对扼流圈、传感器等电子部件使用的纳米晶软磁材料的要求是,低Hc、其磁化曲线呈扁平形状、难于磁饱和、导磁率较低。为此,开发出(Fe、Co、Ni)-Si-B-Nb-Cu系合金,用对合金进行磁场热处理方法,控制磁各向异性,使合金的初始比导磁率为300-5000。此外开发出的纳米晶软磁材料还有对Fe-Si-B-Nb-Cu系合金非晶态合金薄带在施加张力的同时,进行结晶化热处理,诱发磁各向异性,使薄带长度方向成为难磁化轴,从而在很大的范围内控制导磁率,形成不同导磁率的纳米晶软磁材料。
    这些低导磁率型纳米晶软磁材料的特点是磁滞小,可以在更高的频率和磁场重叠的情况下抑制导磁率的下降,所以可以应用于高频区的直流叠加。

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