铁基复合软磁材料的界面结构与交流磁特性关联研究

具有大功率、低损耗及高温使用特性的复合软磁材料是当前磁性材料领域研究的一个重要方向，在航空航天和核工业等领域有着潜在的应用前景。采用复合工艺制备磁性颗粒-有机物（或无机物）复合软磁材料是改善传统软磁材料磁性能不足的一个重要途径。单一的复合方式使得现有复合软磁材料的大功率和高温软磁性能远达不到使用要求。在我们前期的研究中，制备出一种具有Fe/Fe3O4/高温硅树脂薄膜复合结构的新型铁基复合软磁材料，表现出优良的交流磁特性，最有希望发展成实用的高性能软磁材料。本项目拟通过对Fe/Fe3O4复合软磁材料的微观结构和软磁特性的研究，考察界面结构对复合软磁材料磁性能的影响，建立界面结构、软磁特性与制备工艺参数之间的相互关系，揭示交流磁特性产生机制。研究磁化过程中界面结构对磁畴运动的作用，确立磁畴运动机制。探讨改善复合软磁材料界面结构和提高性能相关的物理和技术问题，为材料的实际应用奠定理论基础。

本项目系统研究了高性能铁基复合软磁材料制备工艺、微结构和软磁特性的相互关系，考察了界面结构对复合软磁材料磁性能的影响，揭示了交流磁特性产生的机制。初步研究了高性能铁基复合软磁材料磁化过程中磁畴运动机制及其对软磁特性的影响。探索新型混合磁体的制备工艺。探讨改善复合软磁材料界面结构和提高性能相关的物理和技术问题。得到的主要进展与结果如下：(1) 采用控制氧化法，对铁粉颗粒进行原位氧化，在颗粒表面上生成一层Fe3O4薄层，制备出具有高磁导率和低损耗的Fe/Fe3O4复合软磁材料。铁粉颗粒表面的Fe3O4包覆层提高了复合颗粒的电阻率，降低了材料在交流使用状态下的磁损耗。由于Fe3O4具有铁磁性，Fe/Fe3O4复合软磁材料同时具有高饱和磁感应强度和高磁导率。在大功率使用条件下材料最佳交流磁性参数为：W (B = 1 T, f = 800 Hz) = 23.5 W/kg，B5k (H = 5000 A/m) = 1.50 T。(2) 将不同粒径铁粉颗粒和适量高温硅树脂进行充分混合，在铁粉颗粒表面上均匀包覆一层硅树脂，采用粉末冶金压实工艺将铁粉-硅树脂复合粉末制备成致密的铁基复合磁粉芯。系统研究了高温硅树脂包覆层的厚度和铁粉粒径尺寸对复合软磁材料的密度、界面结构与磁性能的影响。在平均粒径为120 μm的铁粉表面上均匀包覆0.5% （质量分数，下同）硅树脂可制备出高密度、低损耗和较高磁感应强度的复合磁粉芯，在大功率条件下，较好软磁性能参数为：Ps (B = 1 T, f = 400 Hz) = 69 W/kg，B4k (H = 4000 A/m) = 0.96 T。(3) 将适量FeSi粉和FeNi粉与高纯铁粉按不同比例进行充分混合，在混合磁粉颗粒表面包覆适量的高温硅树脂，制备出具有高密度和良好软磁特性的混合磁体。在高纯铁粉中同时添加5%FeSi粉和5%FeNi粉可以制备具有高密度(ρ = 7.33 g/cm3)和良好软磁性能(Ps (B = 1 T, f = 400 Hz) = 66.6 W/kg, B10k (H = 10000 A/m) = 1.29 T)的混合磁体。本项目在执行过程中紧密围绕项目任务书中的内容开展相关的研究工作，已发表与本项目相关的学术论文13篇，其中SCI收录6篇；发表国家科技发明专利3项（已授权2项，在审1项）；已公示国际专利1项，完成情况良好。