Fe基金属玻璃/铁氧体SPS微纳米组装体的电阻率及其软磁特性

采用放电等离子烧结（SPS）技术，利用其局域微区短时放电的特性，固结表面包覆铁氧体纳米粉末的气雾化Fe基金属玻璃粉末，制备块体大尺寸微纳米组装微胞结构的Fe基金属玻璃/铁氧体软磁复合材料。研究环绕Fe基金属玻璃颗粒的高电阻率铁氧体界面相阻断Fe基金属玻璃颗粒间涡流通路并耦合其磁路的双重效应；研究组装结构特征尺寸及界面结构对材料电阻率、磁导率及矫顽力的影响；Fe基金属玻璃在过冷液相温区的粘滞流动特性及纳米铁氧体的烧结度对组装体致密度、饱和磁感应强度及磁导率的影响；压力及SPS脉冲电流作用下Fe基金属玻璃组分的热稳定性，及在烧结过程中直接纳米晶化对材料各向异性常数及磁致伸缩系数的影响。研究不同特性软磁材料的微纳米组装提高复合材料软磁性能及综合机械性能的规律，为新型高性能软磁复合材料的研究及开发提供新的方法及理论依据。

进入21世纪，信息化、自动化、机电一体化深入到国防、国民经济的方方面面，关键核心材料之一就是软磁材料，在各种器件中起到信息、能量的耦合传递及转换作用。传统软磁材料具有局限性，提高软磁材料的性能，在节约能源及控制环境污染等方面具有重大意义。本课题采用放电等离子烧结（SPS）技术，研究了一种新型高性能软磁复合材料的制备方法及相关科学问题。利用SPS技术的局域微区瞬时放电特性，固结表面包覆铁氧体纳米粉末的气雾化Fe 基金属玻璃粉末，制备了块体大尺寸微纳米组装的微胞结构Fe 基金属玻璃/铁氧体软磁复合材料。获得了高电阻率铁氧体界面相的电磁双重效应，即阻断颗粒间涡流通路和耦合其磁路。这种软磁复合材料兼具金属软磁的高饱和磁化和铁氧体软磁的高电阻率特性，同时具有高强度、高填充系数、耐高温、易于高温热处理等优点，超越了当前软磁复合材料典型技术磁粉芯技术。研究了组装结构特征尺寸及界面结构对材料电阻率、磁导率及矫顽力的影响；纳米铁氧体的烧结度对组装体致密度、饱和磁感应强度及磁导率的影响；压力及SPS脉冲电流作用下Fe 基金属玻璃及铁氧体组分原子的界面扩散行为，及对材料磁性能和电阻率的影响。研究不同特性软磁材料的微纳米组装适用性和提高复合材料软磁性能及综合机械性能的规律。研究发现，SPS微纳米组装合成的微胞结构软磁复合材料，能够实现粉末状Fe基软磁材料的低温快速高致密度固结，保持Fe基软磁材料原有结构和优异软磁性能并提高其电阻率1~2个数量级。微胞软磁复合结构高的烧结致密度为材料提供了优异的高频软磁性能和综合机械性能。该方法广泛适用于传统电工纯铁、电工钢，及新型各向同性Fe基非晶、纳米晶软磁材料的高频化、小型化。为新型高性能软磁复合材料的研究及开发提供了新的方法及理论依据。