鐵粉芯詳細(xì)專題培訓(xùn)課件

鐵粉芯

鐵粉芯是以高純鐵粉或羰基鐵粉經(jīng)絕緣、成型、涂覆后制成的磁芯。

各種鐵粉芯的飽和磁感強(qiáng)度Bs值高達(dá)500-1300mT，磁導(dǎo)率范圍從22～100；能在高的磁化場下不被飽和，具有良好的交、直流疊加穩(wěn)定性；初始磁導(dǎo)率μi隨頻率的變化穩(wěn)定性好；價格在各種金屬軟磁粉芯中是最低的。但高頻下?lián)p耗高。羰基鐵粉

羰基鐵粉是通過CO與鐵在高溫高壓下反應(yīng)，生成5羰基鐵油狀物，經(jīng)低壓分離后得到產(chǎn)品。經(jīng)退火防氧化處理即可得到。當(dāng)溫度為200℃，200bar的條件下羰基合成反應(yīng)式如下Fe+5CO——Fe(CO)5

羰基鐵在300℃，1bar的條件下分解為Fe和COFe(CO)5——Fe+5CO

在分解過程中，因為Fe有催化CO與CO2

反應(yīng)的作用，通常采用通NH3

作為保護(hù)氣體來抑制該反應(yīng)。這樣一來羰基鐵粉中就不可避免的會有N元素的存在。從旋風(fēng)收集器中收集到的產(chǎn)品一般鐵含量約在97%左右，其中C和N的含量均小于1%。由于有Fe2O3，F(xiàn)e3N等雜質(zhì)的存在，同時，鐵粉表面也會對CO和NH3氣體有一定的吸附，這些因素造成鐵粉硬度比較大，通常被稱之為硬粉。

將鐵粉用H2氣體還原1小時，鐵含量將提高到99.0%左右，同時其他元素的含量也將明顯降低。這種還原過的羰基鐵粉，硬度稍低，也被稱之為軟粉。羰基鐵粉活性很大，正常情況放置一段時間后，因為熵的增加，會發(fā)生自動團(tuán)聚。發(fā)生團(tuán)聚的鐵粉顆粒度增加，顆粒粘結(jié)，對于注射成型應(yīng)用有比較大的影響。目前市場上質(zhì)量最好的羰基鐵粉為德國BASF公司生產(chǎn)。材質(zhì)型號：-2材質(zhì)：是一種低導(dǎo)磁率材料，它比其他沒有附加空隙損耗的材料更能降低操作時的交流通量密度。

-8材質(zhì)：這種材料在高偏流下?lián)p耗低，且線性良好，是良好的高頻材料。此種材料在鐵粉芯中價格是最貴的。真正的-8材質(zhì)型鐵粉芯是用羰基鐵粉生產(chǎn)的，較一般材質(zhì)價高達(dá)10倍以上。

-18材質(zhì)：這種材料跟-8材質(zhì)一樣損耗較低，但導(dǎo)磁率較高，且有良好的直流飽和特性，價格較低。

-26材質(zhì)：最為通用的材料，是一種使用成本效益高的材料。適于功率轉(zhuǎn)換和線路濾波等各種用途，目前使用最為廣泛。

-28/-30材質(zhì)：這種材料導(dǎo)磁率較低，具有良好的線性度，價格低廉，使用廣泛，特別是廣泛使用于大尺寸的大功率UPS抗流器。-33/-34/-35材質(zhì)：此種材料具有-8材質(zhì)類似的優(yōu)良特性，且高直流偏場下線性良好，是-8材質(zhì)的良好代用品。適合高頻下磁芯損耗可允許較-8材質(zhì)大一些的情況下使用，其價格比-8材質(zhì)大大降低。

-38材質(zhì)：是一種高磁導(dǎo)率，可替代材料-26的低成本選擇，最適合線性頻率的應(yīng)用

-40材質(zhì)：其特性及通用性類似于-26材質(zhì)。在使用較大尺寸磁芯的情況下，其價格比-26材質(zhì)便宜。

-45材質(zhì)：一種磁導(dǎo)率最高的材料，可替代材料-52，但磁芯損耗較高

-52材質(zhì)：這種材料具有與-26材質(zhì)一樣的導(dǎo)磁率，然而在高頻下?lián)p耗比-26材質(zhì)低，在新型的高頻抗流器上得到廣泛使用。

-2/93材質(zhì)：是一種可替代材料-2但不昂貴的選擇，適應(yīng)于高頻率時磁芯損耗不重要的情況。高偏流時線性良好。

-8/93材質(zhì)：是一種可替代材料-8，但不昂貴的選擇，磁芯損耗接近-8，高偏流時線性良好。材質(zhì)性能磁芯損耗對照表(mW/cm3)鐵粉芯鐵粉芯溫度特性

鐵粉芯一般適用于-65℃~125℃的溫度范圍，當(dāng)磁芯處于較高的溫度環(huán)境中，會使電感品質(zhì)因數(shù)（Q）永久性的降低，這是由于其在制造過程中使用了有機(jī)粘結(jié)劑，如環(huán)氧樹脂等；當(dāng)使用溫度超過150℃時，其材料內(nèi)部的樹脂會惡化，使磁芯的損耗增大，降低鐵粉芯的使用壽命。這種特性的偏離程度取決于時間、溫度、磁芯大小、頻率和磁通密度等。

科達(dá)磁電公司磁性材料研發(fā)中心最近新研制出使用溫度在210℃的鐵粉芯TAF208系列產(chǎn)品。磁性材料研發(fā)中心主要依靠合金磁芯的生產(chǎn)技術(shù)，對鐵粉芯的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了調(diào)整，采用了無機(jī)粘結(jié)劑，并進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，開發(fā)出TAF208系列耐高溫產(chǎn)品常用軟磁磁芯的特點比較

由于鐵粉芯的磁通量比鐵氧體多近三倍，在通常衰減50%的情況下，如果設(shè)計方案使用適度飽和的鐵粉芯，那么就可以在磁芯體積減少35%的情況下獲得更佳性能。高溫時二者的磁通量差異會更加明顯，因為鐵氧體的磁通量會隨溫度升高而降低，而鐵粉芯則相對保持穩(wěn)定。鐵粉芯：使用安匝數(shù)>800,能在高的磁化場下不被飽和,能保證電感值最好的交直流疊加穩(wěn)定性。在200kHz以內(nèi)頻率特性穩(wěn)定；但高頻損耗大，適合于10kHz以下使用。MPP磁芯（鉬坡莫合金粉芯81%Ni,2%Mo,17%Fe）：使用安匝數(shù)<200，50Hz~1kHz，μe

：125~500；1~10kHz；μe

：125~200；>100kHz：μe：10~125HF磁芯（高磁通量粉芯,50%Ni,50%Fe）：使用安匝數(shù)<500，能使用在較大的電源上，在較大的磁場下不易被飽和，能保證電感的最小直流漂移，μe：20~125FeSiAl磁芯：代替鐵粉芯使用，使用頻率可大于8kHz。DC偏壓能力介于MPP與HF之間。

鐵氧體：飽和磁密低(5000Gs)，DC偏壓能力最小四種金屬磁粉芯性能和價格對比

金屬磁粉芯與其它鐵磁材料應(yīng)用對比

1.應(yīng)用之功率變壓器2.應(yīng)用之RF變壓器3.應(yīng)用之精密變壓器4.應(yīng)用之純電感鐵粉芯生產(chǎn)工藝

日本專利申請公開(JP-A)72102/1987提出了一種用于鐵粉芯的鐵粉，其氧含量為0.15wt％----0.5wt％。平均顆粒尺寸為40—170μm，平均長徑比為4／1～25／1。在鐵顆粒上的氧化物涂層提供了顆粒之間的絕緣以減小渦流損失。因為目標(biāo)是高于約1MHz的高頻帶，所以氧含量較高。使用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑制備的鐵粉芯產(chǎn)生較高的磁滯損失，因為為了降低矯頑磁力必須在高溫下進(jìn)行退火處理。JP-A222207/1986提出了一種通過使磁性金屬粉末與氧化硅溶膠或氧化鋁溶膠接觸，然后干燥和成形來制備鐵粉芯的方法。據(jù)描述，由于干燥引起氧化硅溶膠或氧化鋁溶膠凝膠化，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，高溫下的熱處理不會對金屬顆粒之間的絕緣層有不良影響。但是，由于干燥的氧化硅溶膠或氧化鋁溶膠沒有較好的粘結(jié)作用，在熱處理后只有很小的形狀保持能力，從而導(dǎo)致了低強(qiáng)度。由于熱處理溫度限制在500℃或更低，所以不能取得足夠的退火效果。JP-A219902/1992提出了一種含有鐵磁粉末的鐵粉芯組合物，可以在高到600℃的溫度下退火，用3.9wt%的SiO2作為粘合劑，使該組合物壓實和成形。所說的二氧化硅通過硅酸乙酯水解而獲得。但是，從硅酸乙酯水解得到的涂層沒有足夠的粘結(jié)作用，不能產(chǎn)生高機(jī)械強(qiáng)度的鐵粉芯。1997年，日本研發(fā)出一種用于鐵粉芯的鐵粉組合物，包括由顆粒尺寸維75~200μm的顆粒組成的鐵粉、按固體計0.015~0.15wt%（以鐵粉為基準(zhǔn)）的二氧化硅溶膠、0.05~0.5wt%（以鐵粉為基準(zhǔn)）的硅氧烷樹脂、和10~50wt%（以硅氧烷樹脂為基準(zhǔn)）的有機(jī)鈦化合物。鐵粉組合物還可以包括最多29wt%的（以硅氧烷樹脂和有機(jī)鈦化合物的總量為基準(zhǔn)）的分散劑。所說的分散劑優(yōu)選的是乙基纖維素。優(yōu)選的是鐵粉經(jīng)過氧化處理。本發(fā)明提供一種鐵粉芯，主要由顆粒尺寸為75~200um的鐵粉顆粒、0.03~0.1wt%的硅、15~210ppm的鈦和300~2500ppm的氧組成。1.提供一種在第一方面中定義的制備鐵粉芯的鐵粉組合物。2.把所說的制備鐵粉芯的鐵粉組合物在50~250℃下進(jìn)行固化處理。3.把所說的粉末組合物壓成塊體。4.在550~650℃把所說的塊體在惰性氣氛下退火。

本發(fā)明在硅氧烷樹脂中添加一種有機(jī)鈦化合物作為硅氧烷樹脂的交聯(lián)劑，并且在壓塊之前，在較低的溫度下進(jìn)行固化處理使硅氧烷樹脂的交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度。這種部分固化不僅避免了鐵粉在壓塊之前的團(tuán)聚和絕緣涂層在壓塊過程中的開裂，而且改進(jìn)了所說的塊體的保形性。壓塊后進(jìn)行退火處理，是硅氧烷樹脂在作為交聯(lián)劑的有機(jī)鈦化合物的存在下完全固化。因此所說的退火處理導(dǎo)致了鐵粉芯具有極高的機(jī)械強(qiáng)度。二氧化硅溶膠和硅氧烷樹脂是耐熱的，使得即使在高溫退火處理使鐵粉釋放應(yīng)力以減小矯頑磁力，在鐵顆粒之間仍能保持足夠的絕緣以防止渦流損耗增大。

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