颗粒包覆软磁复合材料制备和电磁特性研究进展

具有大功率、低损耗及高温使用特性的软磁复合材料是目前磁性材料领域研究的一个重要方向。这种材料可以制备特定环境使用的高性能电磁部件，如高温和高速电机的转子，在航空航天、电子电工、能源和混合动力汽车等领域有着潜在的应用前景。由于软磁复合材料具有较低的成本和较好的耐蚀性，有希望发展成为实用的新型软磁材料，弥补传统金属软磁材料和软磁铁氧体使用性能的不足，一直受到人们的重视并得到了广泛的研究。结合作者所在实验室近几年来在软磁复合材料领域的研究工作，介绍国内外在金属磁性颗粒包覆软磁复合材料的制备工艺、界面结构和电磁特性及其应用的研究进展。根据研究现状和实际应用的要求，提出软磁复合材料研究所面临一些问题，并对这类材料的发展进行展望。     

金属磁粉心的研究现状及发展趋势

金属磁粉心材料由金属软磁粉末、有机或无机绝缘添加剂和粘结剂组成,其是以金属软磁粉末为原料,经过绝缘包覆、压制成型和热处理等工艺制成的软磁复合材料。本文系统阐述了金属磁粉心材料的材料分类、制备工艺、磁性能及其应用,同时对其未来的发展趋势做了预测,为今后金属磁粉心的研究与发展提供了参考。     

新型电子封装用金刚石/金属复合材料的组织性能与应用

随着微电子技术的高速发展,金刚石/金属复合材料作为新一代的电子封装材料受到了广泛的重视,它与传统的电子封装材料相比,具有更优异的性能,是未来封装、热沉材料最有潜力的发展方向之一.对金刚石/金属复合材料的性能、制备工艺及应用发展进行了综述,并提出了未来的研究开发方向.     

软磁复合材料铁芯电机特性的仿真研究

为了发挥软磁复合材料的高电阻率,低损耗,易于再利用的特点,仿真模拟将其应用在永磁电机的铁芯上.以12槽4极直流电机为仿真对象,把三维计算问题转化成二维模型,用JMAG软件对电机进行建模,阐述SMC与硅钢片铁芯差异,先用两种材料进行仿真,结果说明只靠替换铁芯材料对电机性能改进并不会产生很大改善,改进模型,得出不同延伸高度铁芯延伸长度增加引起的电流和转矩特性与功率变化的关系.利用所建模型将Somaloy500的软磁复合材料与50CS800的硅钢片制备的铁芯进行模拟实验,结果表明:相同条件下软磁复合材料铁芯的效率要更高一些.最低转速时效率增加5%,最高转速时效率增加10%;软磁复合材料铁芯模型抑制电流输出,各向同性的优势明显.结论为SMC材料在低转速电机的开发中依旧能够发挥优势,实现电机性能的提高.     

软磁材料的发展现状

评介了金属软磁材料、铁氧体软磁材料、非晶软磁材料和超微晶软磁材料四大系列。     

面向金属/树脂复合材料的纳米注塑成型技术综述

在交通运输和电子等行业,产品的能源消耗大、成本高,使得人们追求更轻、强度更高的产品。特别是在电子封装领域,与轻质、易加工、高强度的金属/树脂复合材料相比,纯金属或者纯树脂产品已逐渐失去竞争力。金属/树脂复合材料是指金属与树脂以某种形式粘接起来的复合材料,除粘接界面是两相相互贯穿的复合体外,其余部分以各自体相单独存在。因粘接界面间的化学作用和较强的物理锚栓作用,复合材料具有较强的粘接性能,而非界面区域两相的单独存在使得复合材料具有金属与树脂双重特性。金属/树脂复合材料的最大技术难点在于如何实现金属与树脂两相界面的牢固粘接。由于金属与树脂的性质差异较大,这种复合材料的加工方法不同于金属之间的焊接加工,也不同于树脂之间的熔融共混。因此,如何高效地制得低成本、性能优异的金属/树脂复合材料已成为这一领域的研究热点。目前,金属/树脂复合材料的加工方法主要有层压、激光焊接、摩擦叠焊、搅拌摩擦焊、超声焊接和纳米注塑等。其中,层压法只能用于制备结构简单、尺寸较大的产品;激光焊接、摩擦叠焊和搅拌摩擦焊会损伤制品表面,影响美观;超声焊接工艺复杂。而纳米注塑成型技术(Nano-molding technique,NMT)可实现金属/树脂复合材料的一体化制备,同时兼顾两相的粘接强度和制品的灵活设计,从而成为制备金属/树脂复合材料的重要技术方法并得到广泛研究。为了制得性能优异的金属/树脂复合材料,NMT的原理与工艺技术被不断探索与完善。目前较为被认可的NMT原理是:胺系化合物和特定树脂发生反应并产生热量,促进树脂在纳米孔中的流动;嵌入金属表面的树脂固化后在两相间形成锚栓作用,极大地增强了两相界面的粘接强度。NMT所适用的金属由原来的铝合金推广到了铜、不锈钢、钛、镁等金属。所用的树脂也由原先的几种工程树脂扩展到了聚苯硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸丁二醇脂(PBT)、聚醚醚酮(PEEK)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)和聚酰胺(PA)等一系列树脂。文章重点概述了NMT技术的粘接原理、工艺流程、性能测试、技术研究进展以及相关应用,并对其今后发展方向与亟待解决的问题进行了相关讨论。     

金属软磁复合材料研究进展

金属软磁复合材料(SMCs)是电力电子元器件的关键基础材料?在能源、信息、交通、国防等重要领域应用广泛?围绕软磁复合材料合金磁粉和绝缘包覆层两个主要方面展开综述?在合金磁粉的成分设计方面?分别从晶态、非晶和纳米晶软磁合金体系出发?对比了合金元素对磁粉微结构?以及饱和磁化强度、矫顽力、磁晶各向异性、磁致伸缩系数和电阻率等性能的影响?提出了不同体系合金磁粉的设计原则?在绝缘包覆方面?分别阐述了有机、无机和有机无机复合包覆的最新研究进展?分析了不同绝缘包覆方法的机理和关键制备参数对于绝缘层组分、结构及复合材料综合性能的作用规律?展望了绝缘包覆工艺的发展趋势?在此基础上?提出了软磁复合材料的发展方向?     

反应熔渗制备ZrC-SiC/(C/C)复合材料组织结构及耐烧蚀性能

采用反应熔渗法（RMI）制备出密度为3.288 g/cm3的ZrC-SiC/（C/C）复合材料,采用SEM-EDS、XRD和TEM等分析手段研究了ZrC-SiC/（C/C）复合材料的微观组织结构。结果表明:陶瓷相填充充分且均匀分布在C/C复合材料基体中,其内部组织主要由ZrC、SiC、热解炭（PyC）和碳纤维（CF）组成。熔渗剂反应充分,复合材料内部未检测到残余未反应金属Zr、Si。采用氧乙炔烧蚀设备检测ZrC-SiC/（C/C）复合材料在2 500℃下,烧蚀时间分别为30 s、60 s和90 s的烧蚀性能,其质量烧蚀率分别为5.667 mg/s、2.907 mg/s和3.030 mg/s,线烧蚀率分别为1.001 μm/s、4.662 μm/s和4.450 μm/s。试验结果表明,在高温烧蚀过程中,ZrC-SiC/（C/C）复合材料烧蚀中心区陶瓷相逐渐氧化生成ZrO₂和SiO₂;生成的ZrO₂和SiO₂混合物保护并填充复合材料烧蚀孔隙,阻止氧化反应向材料内部进行,有效提高了材料的烧蚀性能。      

超高分子量聚乙烯/金属复合材料的摩擦磨损性能

用MM-200型摩擦磨损试验机研究了Ag、Cu、Co、Cr、Fe、Mo、W、Ni、Zn、Pb、Sn、Al等金属粉末填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌.结果表明:在低速条件下,金属填料可降低UHMWPE复合材料的摩擦系数;在高速条件下,金属填料对UHMWPE复合材料的摩擦系数影响不尽相同.Ag、Cu、Co、Cr、Fe、Mo、W、Ni、Zn、Pb等金属填料可使UHMWPE的耐磨性显著提高, 而Sn、Al导致UHMWPE的磨损率增大;Ag的减摩抗磨效果最佳.     

玻璃纤维芯铅丝增强橡胶复合材料阻尼性能研究

本文根据材料性能互补原理,结合阻尼减振机制,设计并制备了一种(金属/无机纤维/橡胶)三元阻尼材料-玻璃纤维芯铅丝增强橡胶复合材料(GF/Pb/R).研究了具有不同界面结合强度(弱、中等、强结合)的GF/Pb/R在-30℃～50℃、5Hz和27℃、1～50Hz两种条件下的存储模量和阻尼性能.结果表明,三种复合材料的力学性能均比橡胶高,其刚度随界面结合强度提高而提高;复合材料损耗因子按照界面弱结合、强结合和中等强度结合的顺序降低,其阻尼性能随温度的变化比橡胶平缓.     

Effects of gas nitridation on microstructures and magnetic properties of Fe3N/Fe soft magnetic composites

Journal of Materials Science: Materials in Electronics - Fe3N/Fe soft magnetic composites (SMCs) are a kind of promising materials with excellent magnetic properties. In this work, Fe3N/Fe...     

SPS界面反应增强机制调控的软磁复合材料磁性能和电阻率

设计软磁复合材料(SMCs)的绝缘层要兼顾软磁性能和电阻率。本研究以Fe/Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合体系为例, 研究界面MnO₂氧化剂对样品软磁性能和电阻率的影响, 揭示提高软磁性能和电阻率的SMCs界面放电等离子烧结(SPS)氧化还原机制。采用球磨法制备添加0、0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%和1.0wt% MnO₂的核壳结构Fe@Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄(MnO₂)复合粉末, 随后SPS烧结制备Fe/Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄(MnO₂)块体SMCs样品, 通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)表征该样品的结构特征, 用精密电阻测试仪和振动样品磁强计测试该样品的电阻率和磁性能。研究发现, 添加0.5wt% MnO₂的Fe/Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄(MnO₂)块体SMCs样品比未添加样品电阻率提高33.7%、饱和磁化强度提高6.9%。研究结果表明, SPS烧结增强SMCs界面快速氧化还原反应, MnO₂氧化剂的添加使界面铁氧体离子浓度变化, 降低了B位电子跃迁频率, 提高有效波尔磁子数及B-B磁超交换作用, 表现出同时提高SMCs的软磁性能和电阻率的多重效应。     

Polyisoprene-multi wall carbon nanotube composite structure for flexible pressure sensor application

The major problem of conventional rigid sensor materials is difficulty to integer them into soft flexible structures. Piezoresistive polyisoprene/nanostructured carbon composite appears as promising materials for such application. Previous research approved high structure carbon black and carbon nanotube filled composites as finger pressure sensitive piezoresistive materials. Carbon nanotubes originate with variable length to width ratio and high electric conductivity in longitudinal direction of the tubes, which theoretically should make it possible to obtain electric percolation in polymercarbon nanotube composites at very low loads of filler. However recent experience with mechanically dispersed carbon nanotubes shows quite high values of percolation threshold and specific sensing properties. In this work we present an attempt to use ultrasound for improved dispersion of the filler in a piezoresistive polyisoprene-multi wall carbon nanotube composite as well polyisoprene-high structure carbon black composite. The noticeable shift of percolation threshold for both types of composites have been achieved. The piezoresistive behavior of sonicated composites have been determined and compared with mechanically mixed ones. The differences have been evaluated and explained.     

高性能软磁合金的研究进展EI北大核心CSCD

软磁材料是一种极为重要且应用十分广泛的能源材料,近年来,随着磁性元件的日益高频化和小型化,以及节能环保的号召,开发和研究高性能软磁材料具有重要意义。本工作概述了软磁合金的发展历史,重点归纳出各类软磁合金(包括传统软磁合金、非晶/纳米晶软磁合金、高熵软磁合金)的成分、微观组织、磁性能以及应用范围,并总结出不同软磁合金的优、缺点;指出典型合金的微观组织对合金软磁性能(尤其矫顽力)具有关键性的主导作用,进而探讨了影响软磁合金矫顽力的因素及其微观机制,发现控制晶粒尺寸(或纳米粒子尺寸)是获得低矫顽力的关键,并描述了矫顽力的微观影响机制在高熵软磁合金中的发展;最后,展望了高熵软磁合金因多主元混合的成分特性带来的组织多样化,更有利于实现对合金性能的调控,并有望作为新一代高温软磁体材料。     

形变原位铜基复合材料的研究进展

综述了形变原位铜基复合材料的制备方法、组织演变及综合性能特点,介绍了该类材料的强化和导电机理.分析指出:形变原位铜基复合材料兼顾了高强度和高导电性,已成为高强高导铜基导电材料研发领域的热点之一,降低生产成本、研究产业化制备工艺、深入完善基础理论是该类材料的发展趋势.最后探讨了该类材料的应用前景.     

核壳结构二氧化硅/磁性纳米粒子的制备及应用

核壳结构二氧化硅/磁性纳米粒子作为一种新型功能复合材料在生物医学方面有重要应用前景.综述了核壳结构二氧化硅/磁性纳米粒子的各种制备方法以及国内外在核壳结构二氧化硅/磁性纳米粒子制备方面的研究新进展,并对其在生物医学上的应用作了介绍.     

FeSiCrB amorphous soft magnetic composites filled with Co2Z hexaferrites for enhanced effective permeability

Z-type Sr₃Co₂Fe₂₄O₄₁ hexaferrites (Co₂Z hexaferrites) were synthesized with sol–gel method and were mechanically mixed with spherical Fe₈₈Si₇Cr_2.5B_2.5 (FeSiCrB) amorphous powders, and then compacted to form toroidal Co₂Z hexaferrites/FeSiCrB amorphous soft magnetic composites (Co₂Z/FeSiCrB SMCs). The compositions, morphology and soft magnetic performance were characterized through SEM, XRD, VSM, EDS, B-H analyzer and impedance analyzer. All results reveal that Co₂Z hexaferrites in Co₂Z/FeSiCrB SMCs should mainly exist in air gaps between spherical FeSiCrB amorphous powders, leading to the increasing density. Saturation magnetization decreases a little for magnetic dilution and coercivity increases for the stronger magnetic interaction of Co₂Z/FeSiCrB SMCs. The introduction of Co₂Z hexaferrites in air gaps increases the conduction area of magnetic circuits and decreases the demagnetization effect, leading to the higher effective permeability of 27.4 for Co₂Z/FeSiCrB SMCs, much higher than 25.0 for FeSiCrB SMCs. Furthermore, Co₂Z/FeSiCrB SMCs present the smaller core loss and more stable DC bias characteristics owing to the insulating Co₂Z hexaferrites.     

Ti元素掺杂对Fe-3Si基软磁复合材料组织结构及磁特性的影响

采用气雾化制粉技术并结合模压成形方法制备xTi/Fe-3Si-0.5Al-2Ni（x=0,1,2）软磁复合材料,通过XRD、SEM、综合物性测量系统（PPMS）以及软磁交流测量仪等装置表征和分析了合金粉末的相结构、形貌、磁特性及Ti/Fe-3Si-0.5Al-2Ni软磁复合材料的磁性能,探讨了Ti元素掺杂对合金粉末居里温度、饱和磁化强度等性能的影响,并着重研究了Ti元素添加对Ti/Fe-3Si-0.5Al-2Ni软磁复合材料有效磁导率、功率损耗、矫顽力等动态磁学特性的影响。结果表明：气雾化合金粉末只存在单一的α-Fe（Si）固溶相,球形度高;Ti元素的掺杂可提高粉末居里温度,但饱和磁化强度有小幅度的弱化;另外,随着Ti元素含量的增加,Ti/Fe-3Si-0.5Al-2Ni软磁复合材料有效磁导率升高,而功率损耗和矫顽力降低,当Ti元素含量为2wt%时,软磁复合材料获得较佳的综合磁性能。     

纳米高频软磁薄膜材料研究进展

由于高频软磁薄膜材料具有巨大的应用前景因此获得了人们广泛的关注。对纳米合金软磁薄膜、纳米软磁颗粒膜、多层膜以及图形化薄膜进行了分类综述,分别介绍了各类薄膜的制备方法、化学成分、微观结构特点和高频物理性能,并对影响其性能的主要因素进行了讨论。由于纳米高频软磁薄膜材料相对于传统磁性材料具有显著优势,所以纳米合金软磁薄膜有望取代铁氧体作为制作高频磁性器件的主要应用材料。由于纳米软磁颗粒膜、多层膜以及新兴的图形化薄膜具有材料结构设计和物性剪裁的自由度,因此将是今后的重点研究方向。