篇一：铁硅铝磁粉芯生产工艺的研究
铁硅铝磁粉芯生产工艺的研究
惠州市科力磁元有限公司 王寿良
摘要
近年来对生产优良性能的铁硅铝磁粉芯进行了开发研究，摸索了生产工艺过程对磁电性能的影响。因此，总结了制作Fe-Si-AL磁粉芯的主要几个工艺因素对磁电性能的影响及指出在制作过程中要注意的问题。研究结果表明：磁粉芯的磁电性能主要取决于粉末材料的成份、粉末粒度的分布、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺。化学成份偏离Sendust或Kool Μμ范围太大会导致Fe-Si-Al磁粉芯的综合性能达不到实用要求，粉末粒度分布偏粗、绝缘介质含量少、成型密度大和适当的热处理，会得到最佳的导磁率μe125或μe147的磁电性能。
前言
近年来科学技术的发展，特别是强调节能减排，减少环境污染，节省贵重资源，对电子、电器行业的推动很大。与本项目有关的是太阳能发电、风力发电、大功率照明电源、电动大型电动汽车快速充电器以及工业控制设备，都涉及开关电源，其中有频率变换、储能线路滤波、功率因数校正器、抗电磁干扰等都要应用电感，且必须要用到铁芯以提高电感量和良好的磁性能。数十赫兹的频率是大量应用硅钢片制造变压器电机、电器等的铁芯，数兆赫兹到数十兆赫兹应用软磁铁氧体制作电感铁芯，而数十千赫兹到数百千赫兹则要用金属磁粉芯，金属磁粉芯中大量应用价格低的纯铁粉芯，但铁芯损耗大，磁导率约为75。合金磁粉芯中铁镍、铁镍钼磁粉芯价格较高，而铁硅铝磁粉芯作为一种新型电子器件用磁性材料价格适中，磁性能与铁镍、铁镍钼磁粉芯相近，所以促进了铁硅铝磁粉芯的开发、研究和生产。
合金磁粉芯是用合金具有本征的磁特性，将其制成粉末与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。铁硅铝磁粉芯具有高饱和磁感应强度、高的交直流叠加特性及良好的温度稳定性、低的铁芯损耗、低成本，适合电子器件的高频化、大功率、小型化及抗电磁干扰的要求，市场应用范围不断扩大，受到电子行业极大的关注。
本(本文来自：WWW.xiaocaoFanwEn.cOM 小草范文网:惠州铁硅铝磁粉芯制造项目建议书)文试验采用直空感应炉冶炼、机械球磨制粉和模压成型方法制造成铁硅铝磁粉芯，并对其生产工艺因素对磁电性能的影响进行分析讨论。
1. 试验方法
铁硅铝磁粉芯的生产工艺流程如下：
合金冶炼---机械破碎---退火处理---绝缘包覆---模压成型---热处理---加固---
表面喷涂油漆。
1.1粉末样品的制备
用200kg真空感应炉冶炼化学成份为（A）9.5%Si、5.5%Al，余为Fe：
(B)9.0%Si、 5.0%Al，余为Fe。在真空中浇成铸锭，将合金铸锭粗破碎后进入球磨机磨粉，再进行纯氢气保护热处理。然后按-100目~ +120目，-120目~ +200目，-200目~ +325目和-325目分筛 ，以备制造不同磁导率μe进行粒度配比。
1.2磁粉芯样品的制造
将上述粉末粒度根据不同的磁导率进行不同粒度组成，再进行粉末表面化
学处理（钝化），添加绝缘剂、内润滑剂及脱模剂，模压成型为外径Φ26.92mm、内径Φ14.70 mm、高为11.18 mm的环形样品,在氮气保护下进行热处理,以消除压制应力和磁性能调整,还要进行加固处理（在环氧和酚醛组合的树脂中浸润）,表面喷涂耐200℃的改良型环氧树脂油漆，使得样品表面绝缘。
1.3磁粉芯样品的测试
用LCR数字电桥测量样品在10KHz～200KHz频率下的电感量L（μH）和
品质因数Q值（参考）、交直流叠加性能（AC=100KHz、DC Bias H=20 Oe）铁
芯损耗（50KHz 500Gs）,用线径Φ0.5mm的漆包线绕25匝。根据公式 μe=L*Le/0.4πN2Ae*10-2 计算出有效磁导率,H=0.4πNI/Le计算DC Bias的磁场 ,B=E *108 /4.44fAeN计算铁芯损耗测量时的E值。常用AL=L/N2电感因子对应产品样本的磁导率。
2．试验方案、试验结果及讨论
2.1化学成份对磁性能的影响
a、二种化学成份的比较
众所周知，上世纪三十年代，日本山本达治等人在研究Fe –Si-Al系三元合金磁特性时，发现9.5% Si 、5.5% Al余为Fe的合金有优良的软磁特性被称为Sendust合金，初始磁导率μo~35100,最大磁导率μm~120000，饱和磁感应强度Bs~1.05Ts(特斯拉)，剩余磁感应强度Br~3350 Gs(高斯)，电阻率ρ~ 81μΩ.cm,还有磁晶各向异性常数K1接近于零，磁致伸缩系数λs为零，而且磁性对应力敏感性较小，唯一的缺点是合金硬度Hv~500，不能像普通硅钢片（含Si 3.5%）那样轧成薄带，但是它具有脆性容易制成粉末的特性，利用这种性能可以制成磁粉芯。随后美国ΜAGNETICS公司研究发现，化学成份9% Si 、6% Al余为Fe的合金（Kool Μμ）也具有Sendust合金类似的磁特性。为研究Sendust与Kool Μμ合金成份对磁性能的影响得到如下的差异，在同等的工艺条件下，μe125有如下的结果：
Sendust合金居里温度Tc～460℃
Kool Μμ合金居里温度Tc～500℃
μe125磁粉芯规格Φ26.92/Φ14.70X11.18mm. AL=157nH/N2±2%
Sendust DC Bias H=20 Oe μe=72～74%μ0
损耗 50KHz 500Gs Pw=75～80mw/cm3
Kool Μμ DC Bias H=20 Oe μe=74～76%μ0
损耗 50KHz 500Gs Pw=80～85mw/cm3
Kool Μμ磁粉芯的电感量及损耗的温度变化25～125℃，要优于Sendust, Kool Μμ磁粉芯电感量L(10KHz)从25～125℃下降2%，损耗上升1.5～2%,Sendust磁粉芯L(10KHz)下降4～5%，损耗上升4～5%。所以Kool Μμ的温度稳定性略好一些.
分析 Kool Μμ磁粉芯的DC Bias略高于Sendust的DC Bias的值,可能是前
者的饱和磁感应强度,即BS>1.05T。而损耗稍高于后者，可能是磁晶各向异性常数稍偏离接近于零，有待后期试验证实。
b．二种成分的冶炼偏差
根据近几年的试验及生产对Sendust合金及Kool Μμ 合金化学组成进行了对磁粉芯性能的影响，得知：合金的冶炼不可能达到理想的成份，初步结论是Sendust合金中Si可以是9.5±0.2% ，Al：5.4～5.7%,C≤0.015%,余为Fe及不可避免的微量杂质元素。Kool Μμ含金Si可以是9.0±0.2%，Al:6.0±0.1%,C≤0.015%,余为Fe及微量杂质元素（主要是原料工业纯铁中残余的）。
c．几种制粉方法的比较
现行的制粉方法有两类，一为雾化法，一为机械破碎法。雾化法又有水喷水冷和气雾化法，前者制取的粉末多为球形颗粒，模压时球形堆积，成型性差且含氧量会高，造成磁粉芯损耗加大。气雾化法制取的粉末多为规则多角形，容易压制成型，压制密度大，磁粉芯损耗小，但成本高。机械破碎法是将含金冶炼成铸锭再经粗破碎后球磨成一定粒度后再按μe值要求配制。用非真空感应炉冶炼的含氧量要比真空感应炉冶炼的高，往往会大于0.1%，造成磁导率偏低，只有加大压力增加粉重才能达到μe125的水平。机械破碎法的粉末多为不规则多角形，对压制性能没有什么影响。
2.2其他元素对磁性能的影响.
a、碳含量的影响
一般在磁粉芯中碳含量要在0.015%以下，不论C是固溶在合金还是以游离碳化物存在，均会造成磁导率下降，磁芯损耗增加，特别是磁滞损耗，矫顽力也会增高，此现象称磁时效现象。
b.氧含量的影响
过高的氧含量都会使磁性能变坏，不管它是形成非金属氧化物夹杂（如Al2O3、SiO2 等)还是以固溶于铁磁性元子之间，都会阻碍磁畴的运动状态，一般是0.1%以下，最好是0.04%以下。
c.氮含量的影响
一般成品中氮含量控制在0.04%以下，过高的氮含量固溶于合金中，会使矫顽力Hc增加，μ值下降，当以氮化物（如ALN）存在时，磁性能会变坏，这是引起磁时效的原因。
d. 硫含量的影响
据资料介绍，过高的硫含量，会使合金的μ0、Bs下降，磁滞损耗、矫顽力升高，但是若形成 ΜnS夹杂对磁性能影响较小。
e. 磷含量的影响
据资料介绍，磷固溶于α—Fe可显著提高其电阻率而使涡流损耗降低，为此曾试验添加少量磷（0.15%）的Kool Μμ 磁粉芯，发现球磨效率有所提高，这可能是磷使合金变脆的原因，对磁性能影响不明显。
f. 钛含量的影响
为改善合金钛锭的粗结晶状态，试验添加Ti 0.3～0.5%结晶明显变小，μe值略有提高，对其他性能影响不明显。
2.3粒度分布对磁性能的影响
为了得到最佳的不同磁导率的磁粉芯的磁电性能。经过试验，还是要有不同的粒度分布为好，结果如下：
磁导率 -100~+120目 -120~+200目-200~+325目-325目
125 ≤5.0% 15±3% 余量≥30%
90 ≤2.0%15±3% 余量≥35%
75 ≤1.0%15±3% 余量≥40%
60 0 ≤10%余量≥50%
有的专利报道，制造μe60磁粉芯全部用-325目粉料，这就要求较好的造粒工艺才能保证压制时的粉料流动性，至于μe26磁粉芯可以用μe60的粒度分布，添加
篇二：正在迅速崛起的铁硅铝(FeSiAl)磁粉芯
铁硅铝磁粉芯正在迅速崛起，全球正以40%以上的速度在发展。2006年在1.12亿美元。我国2010年计在5亿美元左右。我国2006年大约在500万元人民币。促进这一新型节能化材料的发展，晋升磁性强国！我们已开发成功国际上公认的磁导率：ui=26,60,75,90,125,并已产业化，最高频率达到20MHz。
正在迅速崛起的铁硅铝（FeSiAl）磁粉芯
海宁市伊尔曼格电子有限公司
祁峰祁关泉
铁硅铝磁粉芯是新型复合电子材料，国外称为Sendust或KoolMu磁粉芯。国内常称铁硅铝（FeSiAl）磁粉芯。我国正在发展之中，全球正在以40%以上的速度在发展，下面介绍铁硅铝磁粉芯的发展情况。
一、正在迅速崛起的铁硅铝磁粉芯
进入二十一世纪以来，逆变电路高频化，高功率密度小，小型化及抗电磁干扰的更高要求，加上人们对金属磁粉芯认识的提高，全球铁硅铝磁粉芯以40%以上的速度在发展，超过了任何其他软磁材料[1]。铁硅铝磁粉芯在静悄悄地迅速崛起！
据不完全统计，2005年产值0.8亿美元，2006年产值应在1.12亿美元，据此，到2010年将近有5亿美元的产值。
现在，发展铁硅铝磁粉芯的主要国家是美国、韩国、日本、俄罗斯、英国、印度、中国等。现在，我们国家2006年，大约不到500万元人民币！
我国的市场主要由美国、韩国占领，江苏省进口大约5000万元人民币。 现在，我们国家，具有国家独立技术的公司主要有我们海宁伊尔曼格电子有限公司、上海钢铁研究所附属工厂、武汉钢铁所的浩源。还有进口粉料的北京七星飞行、湖州柯达、杭州波峰、及美国独资企业建立的厦门工厂。这大体是国内的情况。
二、铁硅铝磁粉芯在磁性材料中的位置
随着电子技术的高节能化，新型的电子节能材料——铁硅铝磁粉芯，越来越显得重要。我们可以从下列磁性材料中可看到铁硅铝磁粉芯的位置。具体是如下：
可见铁硅铝磁粉芯是金属软磁植材料的重要组成部分，具有十分重要的位置。
它是金属磁粉芯——铁镍钼磁粉芯、高磁通磁粉芯、铁硅铝磁粉芯，由于金属价格的原因，铁硅铝磁粉芯发展特别迅速。
三、铁硅铝磁粉芯是高频化的必经趋势
随着电子技术的发展，设备小型化、轻型化、导致电子器件的必须小型化。而小型化、功率密度化、必须使磁粉芯材料的高频化及低损耗化，而铁硅铝磁粉芯具有高频率化，低损耗化的特点，从下面的公式可见：
V=3/4（WR JBF）
V：磁粉芯的体积；
W：功率；
R：电阻；
J：电流密度；
B：磁感应强度；
F：频率
从式可见，在一定的功率下，铁硅铝磁粉芯的频率越高，体积就越小。所以高频化必须要发展高频电子材料，而铁硅铝磁粉芯，已经具有高频化，低损耗的条件。
现在铁硅铝磁粉芯实际上已分为五大类，分成
最高频率8MHz; i=75,最高频率3MHz; i=26,最高频率20MHz, i=60,i=90,最高频率2MHz, i=125,最高频率1MHz.例,
损耗以 i=26,≤54±8% u H,Q值在300KHz,￠0.26路径，V=1V。 i=125，FeSiAl磁粉芯来说，功率损耗P=140/Kg;而铁粉芯是P=680W/Kg,铁粉芯比铁硅铝磁粉大3.8倍。
四、节能化必然要发展铁硅铝磁粉芯
金属磁粉芯，主要有铁镍钼磁粉芯，高磁通磁粉芯，铁硅铝磁粉芯三类。这三类均具有优越的性能。但是铁镍钼磁粉含Ni81%,Mo2%,Fe17%;高磁通磁粉芯含Ni50%，Fe50%；铁硅铝磁粉芯均不含贵金属Ni，Mo材料，在今天的形式下，Ni，Mo价格昂贵，用户除军事领域之外，均用铁硅铝磁粉芯取代。
铁粉芯，具有优越的性能，价格便宜，广泛应用，但功率损耗太大。 铁硅铝磁粉芯 i=125，是 i=26，60，75，90中损耗最大，但与铁粉芯相比，功耗应相当小，铁硅铝磁粉芯功率损耗P=140W/KG，铁粉芯的磁损耗P=680W/KG，铁硅铝磁粉芯比铁粉芯小3.8倍。
节能环境的条件下，铁硅铝磁粉芯是必然的选择。
五、铁硅铝磁粉芯「2」，主要有哪些技术特性？
1.频率特性
i=26，fe=20MHz,……
描述，则有：i=125,fe=1MHz,我们用磁导率的百分数与频率来
从图可见，磁导率具有好的频率特性。
2.直流偏置磁场
与MnZn铁氧体相比，即使开气隙，偏置电流用的是很小的；NiZn铁氧体相比，却是弱流中应用，而铁硅铝磁粉芯可用很大的电流，是大电流中应用，可以从0-几百安培。其磁场可大到500奥斯特。磁场与电流，可用H=
节，H是磁场，N是导线匝数，I是电流，le是有效磁场度。下面我们用图形来
描述： 来调
从图可见，有效磁导率与直流磁场的关系，明显优越。
3.有效磁导率与交流（AC）磁通密度
我们用有效磁导率的变化值与交流磁通密度（GAUSS）来表示。明显具有交流磁通密度大，变化小的优点。我们用图来描述：
4.有效磁导率对温度的变化率；
有效磁导率对温度的变化率；-50℃——+100℃，
i=60，100×10-5 /℃；
i=125，200×10-5 /℃。
温度的变化率随着磁导率的增加而变大，
125，200×10-5 /℃，具体如下： i=26，80×10-5 /℃，而 i=i=75，120×10-5 /℃； i =26，80×10-5 /℃；i=90，160×10-5 /℃；
篇三：铁硅铝磁芯的优势
铁硅铝磁芯的优势 究竟是选择磁粉芯，还是铁粉芯？相信这个许多工程师在进行开关电源方案的设计中经常碰到。在高功率电感磁芯选择的问题上，磁芯、粉芯、铁硅铝以及铁氧体中的选择和比较是工程师经常探讨的问题。市场上高功率电感的磁芯选择还是挺多的，可供选择的电感材料有：铁硅铝（KoolMμ）、铁粉芯、铁硅（硅钢叠片）、间隙铁氧体、钼坡莫（MPP）和高磁通（HighFlux）等。那么他们究竟有什么特性适合怎么样的应用呢？
磁芯材料比较
铁硅铝与间隙铁氧体 铁硅铝和间隙铁氧体是两种常用的材质，在软饱和方面，间隙铁氧必须在下降曲线的安全区进行设计。铁硅被设计在受控制的下降曲线范围中，这样就能够提供的容错特性，特别是在高功率时候。
在磁通量比较方面，假设特定的50%下降设计点，铁硅铝(Kool Mμ)的磁通量是间隙铁氧体的2倍以上，这使磁芯的尺寸可缩小35%，设计时可以吧磁芯的尺寸缩小30%至35%。
软饱和曲线使铁硅设计本身具有容错能力，而间隙铁氧体则没有。
铁氧体磁通能力随温度变化，而铁硅保持相对稳定。很多铁氧体供应商或者厂家会给出产品在25%℃到100%℃不同环境下材质的差异。由于铁硅铝的材质及结果和间隙铁氧体不同，随着温度改变，变化不会很多。 在边缘损耗方面，铁硅不会发生边缘损耗，而间隙铁氧有很大的边缘损耗。铁芯的间隙部分随着温度的增加损耗会增加。铁硅铝（KoolMμ）也有间隙，但是这是均匀的分布式间隙，因为这个形式，在高功率的应用上会更好。
对于尺寸和储能，从铁硅铝（KoolMμ）与锰锌铁氧体在LI2值比较中可以看出，当尺寸都是55mm的大小，测试铁硅铝用60μ，铁硅铝（KoolMμ）在体积大小的情况下，储能大概是锰锌铁铁氧体的2倍多。而当储能一样的时候，LI2值一样，铁硅铝（Kool Mμ）体积缩小了很多，对于设计者来说，这有效缩小了设计尺寸。
间隙铁氧体也有很多优点，间隙铁氧体可以有很高的有效磁导率μeff，铁氧体可以在500以上而铁硅目前受限于μeff=125。间隙铁氧体使用在一些低功率的设计时更为合适。
铁硅铝与铁粉芯
除了承受直流偏置外，开关稳压电感器还有一定交流电，通常在10kHz至300kHz。这种交流电流会产生高频磁场，造成磁芯损耗并导致磁芯变热。这种情况在铁硅铝（KoolMμ）中会减少，因此电感更有效率，温度更低。
铁硅铝（Kool Mμ）的磁芯损耗低于铁粉芯。关于接近零的磁致伸缩问题，铁硅铝（Kool Mμ）非常适用于消除滤波电感中的音频噪音。铁硅铝（Kool Mμ）在制造时没有使用有机粘结剂，因此，没有任何热老化问题。所有铁硅铝（Kool Mμ）磁芯都能在200℃下连续操作，相对的，铁粉芯有磁致伸缩。
铁硅铝与硅铁
大型电感器中也会使用特级的硅铁叠片，通常是块状或条状。硅铁的优势在于饱和磁通密度较高。铁硅形状（E、U、I型的磁芯）也可以经过适当的构造应用于大型电感器。虽然硅铁有较高的饱和磁通密度，但铁硅具备更多优点，例如较好的软饱和度、很低的磁芯损耗、温度稳定性和较低的成本。
硅铁块具有离散间隙，与铁硅铝（KoolMμ）的分布式间隙不同，因此随着电流增加，饱和出现要快的多。铁硅铝（KoolMμ）可利用饱和曲线的优点，设计出较小的电感器。
硅钢装配件中所用的环氧树脂中一般不能像铁硅铝（KoolMμ）在200℃操作。
铁硅铝（Kool Mμ）成本低于同等大小的硅钢快。
在铁损的部分，铁硅的磁芯损耗远低于硅钢叠片。用20μ铁硅铝和硅铁相比较，在10kHz和50kHz的频率情况下，硅铁的磁损更厉害。
铁硅铝的特点和应用
铁硅铝（Kool Mμ）是什么呢？简单来说，它是由铝-硅-铁组成，它拥有相当高的Bmax(1050tM),它的磁芯损耗远低于铁粉芯及高磁通，有低磁致伸缩（低噪音），是低成本的储能材料，无热老化，可以用于替代铁粉芯，在高温下性能非常稳定。
总结一下铁硅铝的特点：适当的成本，优于钼坡莫合金/高磁通以及复合合金；较低的损耗，优于铁粉芯；高饱和度，优于间隙铁氧体；接近零的磁致伸缩，优于铁粉芯；无热老化现象，优于铁粉芯；软饱和，优于间隙铁氧体及复合合金。
铁硅铝（Kool Mμ）有六种磁导率（26μ、40μ、60μ、75μ、90μ和125μ）和三种形状Toroids、Ecore、Ucore&Blocks。
铁硅铝应用包括功率因数校正扼流圈，升压/降压稳压器，直流输出电感器和回归变压器。
大型铁硅铝Kool Mμ应用在高电流（功率）电感器、太阳能转换、UPS不断电系统、混合动力汽车、风能转换和其他高电流应用。
平板型的铁硅铝有两种选择，有传统的方形和圆形。 相对方形的，圆形的有诸多优点，比如缩小整个电感器因绕制而增加的体积，在相同的匝数下减少绕线线长的使用，最小化的DCR（直流电阻），降低铜损，降低使用铜导线的成本和整个电感器的绕制成本。 铁硅铝（Kool Mμ）（平板型）的特点有应用于高电流的设计，漏磁减少至非常低，较佳的直流偏置特性、良好的散热效果和温度稳定性、具存储能量的高性能，可直接安装在PCB上。铁硅铝（Kool Mμ）（平板型）的应用有在DC/DC转换器、大电流扼流圈、电脑中的中央处理器。
综上所诉，在磁芯的选择上，要着重注意四个问题：第一，选择合适的磁芯材料，铁硅铝（KoolMμ）、钼坡莫合金、高磁通、铁硅合金或铁氧体；第二，选择合适的磁芯尺寸，包括形状和大小；第三，选择时要注意绕制上的考量，比如电流密度、绕线的长短和匝数；第四，选择时要兼顾性能和成本。