綜述納米晶軟磁材料及其制備.doc

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1、綜述納米晶軟磁材料及其制備摘要：本文首先回顧了納米晶軟磁材料的發(fā)展過(guò)程，對(duì)其中的鐵基納米晶材料的制備進(jìn)行了介紹，并介紹了納米晶軟磁材料的特點(diǎn)與磁特性，最后對(duì)納米晶軟磁材料的發(fā)展趨勢(shì)作了展望。關(guān)鍵詞：納米晶，軟磁材料，制備，鐵基合金ThereviewoffabricationofNano-CrystallineSoftMagneticMaterialAbstract:Thedevelopingprocessofnano—crystallinesoftmagneticmaterialisreviewedinthebeginningofthispaper.Introducethef

2、abricationofFe-basedalloysandAdetaileddiscussioniscarriedoutonitscharactersandmagnetidprop—ertiesandThedevelopingtrendsisprospectedatlast．Keywords:Nano-CrystallineSoftMagneticMaterialfabricationFe-basedalloys1引言軟磁材料在工業(yè)中的應(yīng)用始于十九世紀(jì)末。隨著電力工業(yè)及電訊技術(shù)的興起，開(kāi)始使用低碳鋼制造電機(jī)和變壓器，在電話線路中的電感線圈的磁芯中使用了細(xì)小的鐵粉、氧化鐵、細(xì)鐵

3、絲等。到二十世紀(jì)初，研制出了硅鋼片代替低碳鋼，提高了變壓器的效率．降低了損耗。直至現(xiàn)在，硅鋼片在電力工業(yè)用軟磁材料中仍居首位。到二十年代，無(wú)線電技術(shù)的興起，促進(jìn)了高導(dǎo)磁材料的發(fā)展，出現(xiàn)了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。從四十年代到六十年代，是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期，雷達(dá)、電視廣播、集成電路的發(fā)明等，對(duì)軟磁材料的要求也更高，生產(chǎn)出了軟磁合金薄帶及軟磁鐵氧體材料。進(jìn)人七十年代，隨著電訊、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等行業(yè)的發(fā)展，研制出了磁頭用軟磁合金，除了傳統(tǒng)的晶態(tài)軟磁合金外，又興起了另一類(lèi)材料一非晶態(tài)軟磁合金。八十年代以來(lái)，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)，高密度記錄技術(shù)和高頻微磁器件等的發(fā)展和需要

4、，越來(lái)越要求所用各種元器件高質(zhì)量、小型、輕量，這就要求制造這些器件所用的軟磁合金等金屬功能材料不斷提高性能，向薄小且高穩(wěn)定性發(fā)展[1]。正是根據(jù)這種需要，1988年日本的Yoshizawa等人首先發(fā)現(xiàn)，在Fe—Si—B非晶合金的基體中加人少量Cu和M(M=Nb，F(xiàn)a，Mo，W等)，經(jīng)適當(dāng)?shù)臏囟染Щ嘶鹨院?，可獲得一種性能優(yōu)異的具有b．c．c結(jié)構(gòu)的超細(xì)晶粒(D約10nm)軟磁合金[2]。這時(shí)材料磁性能不僅不惡化，反而非常優(yōu)良，這種非晶合金經(jīng)過(guò)特殊的晶化退火而形成的晶態(tài)材料稱(chēng)為納米晶合金。其典型成份為Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9，牌號(hào)為Finemet。其后，Suzuk

5、i等人又開(kāi)發(fā)出了Fe—M—B(M=Zr，Hf，Ta)系。到目前為止，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多納米晶軟磁材料，包括：Fe基、Co基、Ni基[3]。由于Co基和Ni基易于形成K、λs同時(shí)為零的非晶態(tài)或晶態(tài)合金，如果沒(méi)有特殊情況，實(shí)用價(jià)值不大。故本文主要介紹鐵基納米晶軟磁合金。鐵基納米晶合金是以鐵元素為主，加人少量的Nb、Cu、Si、B元素所構(gòu)成的合金經(jīng)快速凝固工藝所形成的一種非晶態(tài)材料，這種非晶態(tài)材料經(jīng)熱處理后可獲得直徑為l0—20納米的微晶，彌散分布在非晶母體上，被稱(chēng)為微晶、納米晶材料或納米晶材料。納米晶材料具有優(yōu)異的綜合磁性能：高飽和磁感(1.2T)、高初始磁導(dǎo)率(8萬(wàn))、低Hc(0.

6、32A／M)，高磁感下的高頻損耗低(P0.5T／20kH=30W／kg)，電阻率為80微歐厘米，比坡莫合金(50—60微歐厘米)高，經(jīng)縱向或橫向磁場(chǎng)處理，可得到高Br(0.9T)或低Br值(1000Gs)。是目前市場(chǎng)上綜合性能最好的材料。2鐵基納米晶材料的制備制備Finement納米晶薄帶和細(xì)絲基于快速凝固和納米晶化技術(shù)，首先采用中，高頻感應(yīng)加熱或電弧加熱將前驅(qū)物熔化，然后采用極冷方法得到非晶材料。薄帶一般采用單輥極冷淬取法制備，熔融的合金通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)甩出形成薄帶。轉(zhuǎn)盤(pán)用Cu制成，作為熱的良導(dǎo)體，它可以對(duì)甩出的合金產(chǎn)生高達(dá)106k/S的冷卻速度，制取的薄帶厚度為幾十微米

7、，寬度可達(dá)幾十毫米。制備非晶絲則采用旋轉(zhuǎn)水冷紡絲法[4],將熔融的合金經(jīng)過(guò)冷卻水后形成非晶絲，制取的非晶絲直徑約在100-150微米之間，通過(guò)冷拔技術(shù)可使直徑變?yōu)?5-30微米的非晶絲。用Talor-Ulitovsky[5]方法制備的玻璃包裹細(xì)絲，內(nèi)部為一圓柱形金屬芯，未免包裹一層玻璃。把裝有鐵基合金的Pyrex玻璃經(jīng)高頻感應(yīng)線圈加熱，熔融的鐵基合金軟化玻璃后被一同拉出，經(jīng)水或油冷卻后繞在轉(zhuǎn)盤(pán)上。玻璃包裹絲的中間圓柱形芯的直徑一般為1-50微米，玻璃層厚度在1-10微米之間。利用磁控濺射法制備鐵基非晶薄