鐵-鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復合材料的制備與性能研究.pdf

1、軟磁復合材料是目前國際上新興的一種軟磁材料，如何減小鐵粉的內應力，發(fā)揮出應有的磁性能是研究的焦點。本文以研制可高溫去應力退火的新材料體系為目標，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)、電子拉伸試驗機和熱膨脹儀等分析測試手段，對復合材料的微觀組織及性能進行了研究。分析鐵粉的平均粒徑、體積分數(shù)、退火溫度對鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復合材料熱膨脹行為、電學、磁

2、學和力學性能的影響機理。設計制備出國際上目前已有的性能最優(yōu)的復合材料，并對軟磁復合材料和硬磁復合材料的未來進行了展望。
　　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合材料的制備

3、方法進行了比較，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合材料。
　　本文觀察到了鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復合材料的界面反應物 FeO和Fe3O4，并呈不連續(xù)分布，當退火溫度大于等于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合材料的鐵粉內的殘余應力的主要是熱殘余應力，鐵粉內的熱殘余應力在退火溫度小于700℃時為壓應力，大于7

4、00℃時為拉應力，等于700℃時約為零。研究了鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復合材料的靜態(tài)磁性能隨鐵粉的平均粒徑、體積分數(shù)和退火溫度的變化規(guī)律及機理。靜態(tài)磁性能的影響因素包括熱殘余應力、內部退磁場、兩相界面的面積、鐵粉內的摻雜和磁疇數(shù)量，其中，熱殘余應力是靜態(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數(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合

5、材料的磁損耗的影響因素包括熱殘余應力、內部退磁場、兩相界面的面積、鐵粉內的摻雜數(shù)量、磁疇數(shù)量、鐵粉的平均粒徑、復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合材料，磁滯損耗是磁損耗的主要部分，熱殘余應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，剩余損耗較之文獻報道的軟磁復合材料小一個數(shù)量級左右。
　　研究了鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復合材料的斷裂過程和機理。復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。當復合材料達到斷裂強度后，裂紋開始擴展，斷裂擴展發(fā)生在兩相界面和玻璃相中。裂紋擴展的方式有兩種，一種是裂紋偏轉即裂紋直接繞過鐵粉沿加載方向連續(xù)擴展，另一種是裂紋繞過即裂紋遇到鐵粉停止擴展，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)擴展。研究了鐵/鈉鈣硅酸鹽玻璃軟磁復合材料隨鐵粉的平均粒徑、體積分數(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合材料的密度和玻璃相中的熱殘余應力，斷