非晶納米晶軟磁范文

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非晶態(tài)合金是一種有別于晶態(tài)合金的完全各向同性的材料。非晶態(tài)金屬具有晶態(tài)金屬難以達(dá)到的高強(qiáng)度、高硬度、高延展性、優(yōu)異軟磁性能、高耐蝕性及優(yōu)異的電性能、抗輻照能力和較好的催化及儲氫能力。

美國為非晶納米晶合金的研究開發(fā)做了大量創(chuàng)造性工作，投入了大量人力、物力和資金。非晶態(tài)軟磁合金帶材生產(chǎn)集中于聯(lián)信(Allied)公司及其附屬廠家；而快淬NdFeB則主要集中于通用汽車公司(GM)及其合作廠家。非晶納米晶合金應(yīng)用研究一直以配電變壓器為重點(diǎn)，近幾年來在電子和電力電子應(yīng)用方面獲得了相當(dāng)大的進(jìn)展。除美國之外，日本和德國在非晶納米晶合金應(yīng)用開發(fā)方面擁有自己的特色，重點(diǎn)是電子和電力電子元件，例如高級音響磁頭、高頻電源(含開關(guān)電源)用變壓器、扼流圈和磁放大器等。

與美、日、德相比，我國非晶納米晶合金的產(chǎn)業(yè)規(guī)模與日本和德國相當(dāng)，但遠(yuǎn)小于美國。在工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量方面與上述國家差距很大。國內(nèi)現(xiàn)有制帶設(shè)備尚無法批量生產(chǎn)厚度小于20μm的超薄帶。因此，嚴(yán)重制約了國內(nèi)非晶納米晶合金在各個領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。但通過前4個五年科技攻關(guān)計劃的實(shí)施，我國基本實(shí)現(xiàn)了非晶納米晶合金帶材及其制品的產(chǎn)業(yè)化。在十五期間，納米晶帶材及其制品的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)又被列入重大科技攻關(guān)計劃，國家給予重點(diǎn)支持，旨在推動納米晶材料應(yīng)用開發(fā)快速發(fā)展，滿足電力電子和電子信息等高新技術(shù)領(lǐng)域日益增長的迫切需求。

非晶納米晶軟磁合金優(yōu)異的磁學(xué)性能

由于晶粒尺寸小，晶粒界面密度大，因此非晶納米晶材料具有許多優(yōu)越性，其中有強(qiáng)度和硬度的提高、擴(kuò)散性的增大、延展性和韌性的提高、密度的減小、彈性模量的變小、電阻率的增大、比熱的增大、熱膨脹系數(shù)的增大、熱導(dǎo)率的降低和優(yōu)異的軟磁學(xué)特性等。

1988年Yoshizawa等研究的Fe-Cu-Nb-Si-B(也叫Finmet)合金具有高達(dá)1.25T的BS(飽和磁化強(qiáng)度)以及高達(dá)十萬的初始磁導(dǎo)率(μi)和相當(dāng)于鈷基非晶的低鐵損。最近，用快速凝固方法制備部分晶化鐵基合金得到了深入的研究，這種bccα-Fe納米晶鑲嵌在非晶體的新材料后表現(xiàn)出良好的磁學(xué)性能：低矯頑力、高滲透性、磁致伸縮幾乎為零和低的損耗。

1、高飽和磁化強(qiáng)度

通過控制晶化過程，可以得到納米微晶鑲嵌在非晶體的非晶納米晶復(fù)合材料。適當(dāng)組成的非晶納米晶材料表現(xiàn)出優(yōu)良的機(jī)械和磁學(xué)性能，F(xiàn)e-Si-B非晶納米晶的矯頑力大約為0.05Oe(相同成分非晶態(tài)的矯頑力為0.11Oe，納米晶的矯頑力為4.96Oe)。為了獲得更高的飽和磁化強(qiáng)度，Suzuki等人發(fā)明了新型納米晶系Fe-M-B(M=Zr,Nb,Hf)合金，其結(jié)構(gòu)為bcc相納米晶(10~20nm)與非晶相基體的混合組織，其BS=1.5~1.7T。進(jìn)一步研究證實(shí)，復(fù)合添加過渡族金屬(Zr,Nb,Hf,Ti,V,Ta,W等)及副族金屬(Cu,Au,Ag等)，可以大大改善Fe-M-B合金的軟磁性能，但BS值有所降低。因而通過合理調(diào)整成分可以得到不同的磁學(xué)性能，

如Fe91Zr7B2合金具有高達(dá)1.70T的BS值。

2、低矯頑力

Fe-Si-B非晶納米晶的矯頑力大約為0.05Oe(相同成分非晶態(tài)為0.11Oe，納米晶4.96Oe)，F(xiàn)e-Si-B-Nb-Cu系納米復(fù)合相，BS為1.2~l.3T，1kHz下μi最高為1.0×105，Hc(矯頑力)約為0.5A/m。Fe-Zr-Nb-B系BS為l.4~1.6T，μi最高為1.6×105，Hc約1.2A/m,是當(dāng)前軟磁材料中最優(yōu)良的軟磁材料。

這些優(yōu)良的磁特性是由于：(1)減少了納米bcc相的磁晶各向異性；(2)鐵磁性殘余非晶相介于bcc相之間發(fā)生磁耦合；(3)bcc相和非晶相間的元素再分配達(dá)到低的磁致伸縮；(4)在bcc相和非晶相界面上Nb和Zr的低擴(kuò)散和偏析有控制bcc相顆粒長大的效果等。

3、高磁導(dǎo)

Fe-M-B(M=Zr,Nb,Hf)合金，其結(jié)構(gòu)為bcc相納米晶(10~20nm)與非晶相基體的混合組織，其動態(tài)磁導(dǎo)率大于2.00×104，F(xiàn)e88.7Zr7B3Co1.3合金具有很高BS值并有1.00×105的有效磁導(dǎo)率。