纳米晶金属软磁合金新材料1 坡莫合金等已有100多年的发展历史；近二十多年来先后发展起来的非晶态合金和纳米晶合金等新型软磁合金材料，发展为纳米晶态，从而把软磁合金新材料的研发与应用推向了一个新的高潮。 致力于研究同时具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗的软磁材料，谓之“二高一低”的“理想”软磁材料，但、小型、节能方向发展，既对软磁材料提出新的挑战，又给软磁材料提供了一个发展机遇。正是在这种大背景情况下Fe基纳米晶软磁合金新材料，并命名新合金牌号为Finemet。 结构新颖、不同于晶态和非晶态，而且具有综合的优异软磁特性、即具有较高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗等染等特点。因而可以讲，Finemet合金的出现是软磁材料的一个突破性进展，它解决了人们长期努力研究而未能解决细化到1—20纳米（nm）、而饱和磁致伸缩系数和磁晶各向异性常数又同时趋于零的途径；（2）改变了以往各类软能与成本相矛盾的状况；首次实现了人们长期渴望追求的“二高一低”“理想”软磁材料的愿望。 史，从来没有一种甚至一类软磁材料能全面地或基本上满足软磁材料的全部技术要求。而纳米晶软磁合金通过不同方求，并具有性能、工艺及成本等全方位的优势，因而它一问世，便获得了迅速发展与应用。日立金属公司公布Finem 达5000万日元，并计划Finemet材料的年产量达600吨以上，广泛用于电子工业大量需求的磁性元器件。德国真空熔炼itroperm纳米晶软磁合金牌号，据悉其年产量也在200吨级以上，广泛用作磁芯和磁性元器件。 代研发纳米晶软磁合金以来，发展很快，已在电力工业、电子工业、电力电子技术、计算机、通讯、仪器仪表及国防合金材料的年产量约为300吨；近几年市场需求增长很快，预计目前纳米晶软磁合金材料的年产量可达800吨左右，来，在如此短的时间内获得这样广泛的发展与应用是不多见的。而纳米晶软磁合金除了具有急冷工艺技术发展的深刻是它具有生命力的标志。纳米晶金属软磁合金材料作为功能材料，其产量或用量远不能与结构材料相比，但其发挥的产、应用纳米晶金属软磁合金材料，对发展我国高新技术产业、促进和提升传统产业、带动和支持相关产业的发展和 纳米晶金属软磁合金新材料2
如果金属或合金的凝固速度非常快（例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁－硼合金熔体凝固），原子来不及整齐排列便被冻结住了，其排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金。非晶纳米晶软磁材料都有哪些？您可以咨询安徽华晶机械有限公司，下面小编为您简单介绍，希望给您带来一定程度上的帮助。 非晶软磁合金材料的种类： 1、铁基非晶合金铁基非晶合金：主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达1.4-1.7T ）、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电 变压器可降低铁损60－70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右，广泛应用于中低频变压器的铁心（一般在10千赫兹以下） ，
例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。 2、铁镍基非晶合金铁镍基非晶合金：主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成，它们的磁性比较弱（饱和磁感应强度大约为1T以下），价格较贵，但磁导率比较高，可以代替硅钢片或者坡莫合金，用作高要求的中低频变压器铁心，例如漏电开关互感器。 3、钴基非晶合金钴基非晶合金：由钴和硅、硼等组成，有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素，由于含钴，它们价格很贵，磁性较弱（饱和磁感应强度一般在1T以下），但磁导率极高，一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等，替代坡莫合金和铁氧体。 4、纳米(超微晶)软磁合金材料由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构，使得非晶合金具有一些独特的性质。
安徽华晶机械有限公司位于安庆长江大桥经济开发区。是人民解放军第4812工厂全资子公司。公司经营以机械制造为主，拥有各类专业生产、检验试验设备94台（套），涉及铸造、橡胶制品、压力容器、制造等多个行业，主要从事非晶软磁设备、空压机及气源设备、橡胶件（含特种橡胶件）、餐余垃圾处理设备、铸件、机械加工等产品的研制、生产、经营和服务。 自成立以来，公司上下高度重视技术创新和产品结构升级工作，建立了以市场为导向，努力满足用户需求的产品研发体系。公司坚持以跨越发展的思想为指导，秉承敬业、高效、求实、创新的优良传统，继续依托军工技术和“中”牌品质，为广大新老客户提供更优良的产品和服务。
铁基纳米晶合金 一、简介： 铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为的，弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。微晶直径10-20 nm, 适用频率范围50Hz-100kHz. 二、背景介绍： 1988年日本的Yoshizawa等人首先发现,在Fe-S-iB非晶合金的基体中加入少量Cu和 M(M=Nb,Ta,Mo,W等),经适当的温度晶化退火以后,可获得一种性能优异的具有bcc结构的超细晶粒(D约10nm)软磁合金。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良,这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金。其典型成份为 Fe7315Cu1Nb3Si1315B9,牌号为Finemet。其后,Suzuki等人又开发出了Fe-M- B(M=Zr,Hf,Ta)系,即Nanoperm系。到目前为止,已经开发了许多纳米晶软磁材料,包括:Fe基、Co基、Ni基[2]。由于Co基和Ni基不易于形成K、Ks同时为零的非晶态或晶态合金,如果没有特殊情况,实用价值不大。 三、铁基纳米晶软磁合金的制备方法 纳米晶软磁合金的制备一般采用非晶晶化法。它是在用快淬法、雾化法、溅射法等制得非晶合金的基础上,对非晶合金在一定的条件下(等温、真空、横向或纵向磁场等)进行退火,得到含有一定颗粒大小和体积分数的纳米晶相。近年来,也有一些研究者采用高能球磨法制备纳米晶软磁合金。 四、纳米晶软磁合金的结构与性能 纳米晶软磁合金的典型成份为Fe7315Cu1Nb3Si1315B9。随着研究的不断进行,合金化元素几乎遍及整个元素周期表。从合金的化学成份在合金中的作用看,可以分为4类: (1). 铁磁性元素:Fe、Co、Ni。由于Fe基合金具有高Bs的优势,且纳米晶合金可以实现K和Ks同时为零,因而使L值很高、损耗很低,价格便宜,成为当今研究开发的中心课题。 (2). 非晶形成元素:主要有Si、B、P、C等。对于纳米晶软磁合金带材,一般都是先形成非晶带,然后通过退火使材料出现纳米晶,因而非晶化元素是基本元素。特别是B对形成非晶有利,成为几乎所有纳米晶软磁合金的构成元素,含量在5at%~15at%之间。Si也是
纳米晶软磁材料的应用 【摘要】本文首先回顾了纳米晶软磁材料的发展过程，介绍了纳米晶软磁材料的组织结构与磁特性，并介绍了纳米晶软磁合金的应用。 【关键词】纳米晶；软磁材料；铁芯；铁基合金 引言 八十年代以来，由于计算机网络和多媒体技术、高密度记录技术和高频微磁器件等的发展和需要，越来越要求所用各种元器件高质量、小型、轻量，这就要求制造这些器件所用的软磁合金等金属功能材料不断提高性能，向薄小且高稳定性发展[1]。正是根据这种需要，1988年日本的Yoshizawa等人首先发现，在Fe—Si—B非晶合金的基体中加人少量Cu和M（M=Nb，Fa，Mo，W等），经适当的温度晶化退火以后，可获得一种性能优异的具有b.c.c结构的超细晶粒（D 约10nm）软磁合金[2]。这时材料磁性能不仅不恶化，反而非常优良，这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金。其典型成份为Fe73.5CuNb3Si13.5B9，牌号为Finemet。其后，Suzuki等人又开发出了Fe—M—B （M=Zr，Hf，Ta）系。到目前为止，已经开发了许多纳米晶软磁材料，包括：Fe基、Co基、Ni基[3]。由于Co基和Ni基易于形成K、λs、同时为零的非晶态或晶态合金，如果没有特殊情况，实用价值不大。故本文主要介绍铁基纳米晶软磁合金。铁基纳米晶合金是以铁元素为主，加人少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为l0—20纳米的微晶，弥散分布在非晶母体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。纳米晶材料具有优异的综合磁性能：高饱和磁感（1.2T）、高初始磁导率（8万）、低Hc（0.32A/M），高磁感下的高频损耗低（P0.5T/20kH=30W/kg），电阻率为80微欧厘米，比坡莫合金（50—60微欧厘米）高，经纵向或横向磁场处理，可得到高Br（0.9T）或低Br值（1000Gs）。是目前市场上综合性能最好的材料。 1 纳米晶软磁合金的性能 1.1 软磁合金的磁特性 对于纳米晶软磁合金，按性能要求，常分为高Bs型、高0型等。 （1）高型纳米晶合金，其成份至今局限于FeSiB系。以FeCuNbSiB系磁性最佳，其性能参数达到：在磁场0.08A/m下，相对磁导率达14万以上，矫顽力最低已达0 .16A/m，饱和磁感Bs高达135T，在频率lOOkHz和磁感0.2T下铁损低达250kW/1T。值得研究的是饱和磁致伸缩系数21×10-6，而不是0左右。 （2）高Bs型铁基纳米晶合金，其Fe含量在88at%以上，Bs值可达16～1.72T，典型成份为FeMB（M=Zr，Hf等）。对于FeZrB系合金，典型成份为
德国VAC公司的超微晶材料在高频开关电源（SMPS） 功率变压器上的应用 一、 VAC公司的超微晶材料用作开关电源功率变压器的优异性及其标准规格 系列 1. VAC公司的超微晶材料VITROPERM 500F用作开关电源功率变压器有着独 特的优异性： 非常低的铁损，且损耗在-40℃~+120℃范围内不随温度而变化。 非常高的饱和磁通密度(1.2T，即使在高温下也能保持)。因此开关电源设计者可以考虑选择较低的工作频率，从而节省功率半导体和EMI滤波 器件的成本。 足够高的磁导率，且磁导率随磁通密度和温度的变化都非常小。 磁芯由环氧树脂封装，具有非常高的机械强度；由于这种磁芯材料几乎没有磁滞伸缩，因此可以设计铸造元件。VITROPERM超微晶可以抵抗非 常强的振动应力。 2. VAC功率变压器磁芯的标准规格型号 目前为止，VAC可以提供外径约10mm～500mm、高度约4mm～30mm的环形磁芯，可以通过叠加磁芯来获得更高的高度。目前标准系列的磁芯外径为16mm～130mm，由这此磁芯组合可以做出功率高达40kW的功率变压器。矩形磁芯可按要求定做。 下表是VAC功率变压器磁芯的标准规格型号（注意：VITROPERM 500F 是铁基超微晶材料，用于推挽式（全桥、半桥）变换器 可参考上表，各种规格的磁芯在20kHz频率下所传输的功率（仅为典型值，条件不一样所传输的功率值也会不一样）。
在频率f=20kHz, 环境温度T≤60℃，允许的温升△T＝50K，变压器为浇铸设计时，变压器磁芯大小和所能传输的功率值列表如下（仅供参考指导）： ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 磁芯尺寸大小（外径×内径×高度mm） 所传输的功率(W) 50×40×20 1300 63×50×25 2800 80×63×25 4200 100×80×25 6100 100×80×25×2(个磁芯) 9000 130×100×25 11000 130×100×25×2(2个磁芯) 16000 130×100×25×2(2个磁芯) 20000 130×100×25×4(4个磁芯) 24000 -------------------------------------------------------------------- 如果变压器采用强迫冷却方式，所能输出的功率将可增大50%。 二、 用VAC的VITROPERM 500F超微晶材料磁芯设计功率变压器 1.室温下在各种频率下的磁芯损耗与磁通密度的变化曲线
铁基纳米材料的合成，性能及在环境中的应用 摘要：由于纳米级金属材料的特殊性能，人们开始对研究其在环境工程中的应用的研究越来越感兴趣。本文是一篇关于铁的纳米材料环境中的应用的综述文献，它们在水、废水处理以及空气污染控制中的应用。详细讨论了纳米铁基颗粒在环境中的应用，包括去除含氯有机物、重金属及无机物。 关键词：环境应用，纳米颗粒，性能 一引言 米级金属材料是指有着纳米级颗粒和结构，大小范围在在1到100nm的金属。近期的研究表明许多这些材料的性质取决于其在纳米级机制的颗粒大小【1】。此外，纳米材料的结构也同样会导致其物理化学性质新奇重大的变化。例如，磁性材料的强大磁力会发生改变【2】，表面反应和催化性能得以提高【3】，机械强度会增加五倍甚至更多【1】。在结构问题上，纳米颗粒的表明效应极其重要。例如，当从微米颗粒缩小至纳米级范围时，微晶的表面化学会下降，并且会发现它们独特的化学反应。同样，它们巨大而独特的比表面积使得纳米颗粒在宏观尺度产生表面能，因此会影响它们的综合性质。对于3mn左右的特定纳米球形颗粒，大约有50%的原子或电子是在表面，使得其控制综合性质成为可能。因此，表面结构的最优化可能有效提高纳米颗粒的整体行为。 在环境中的应用，铁基纳米材料被证明是清洁受污染土壤和地下水非常有效的工具。由于铁基纳米材料粒径较小，因此其比传统的铁粉活性更高，且可在溶液中分散并很容易直接泵送至污染区。铁元素本身没有毒性效应，考虑到它是地球上含量最丰富的金属之一，当暴露于空气中，铁元素会被氧化成砖红色的氧化铁，当有机污染物如TCA，TCE，PCE或四氯化碳等有机化合物遇到氧化铁时，会被降解成为简单的低毒含碳化合物。此外，氧化的铁可以还原重金属如铅、镍或汞等成为不可溶形式，使其能够锁在土壤中。因此，本文详细阐述详细讨论了纳米铁基材料的制备、性能以及其在环境中的应用。 二在环境中的应用 与微米颗粒相比，由于具有高的比表面积和更多的表面反应点，纳米级铁级颗粒有着更高的反应率。而且，由于它们可以在悬浮液中保持，纳米铁颗粒可以注入进污染的土壤、沉积物和蓄水层中。但由于纳米铁颗粒的聚合性，其很难在悬浮液中稳定存在。Schrick 等认为碳能够有效抑制聚合并纳米铁颗粒的传输性【4】。许多报告显示纳米铁已经被用作补救地下水、土壤和空气的通用材料，不管是在实验室还是在野外规模。同样也有报道称纳米铁可以与多种环境污染物有效反应，包括含氯有机物、重金属以及无机物。可被纳米铁降解的常见环境污染物在表1中有列举。
铁基纳米晶合金 为了得到对共模干扰最佳的抑制效果，共模电感铁芯必须具有高导磁率、优良的频率特性等。从前绝大多数采用铁氧体作为共模电感的铁芯材料，它具有极佳的频率特性和低成本的优势。但是，铁氧体也具有一些无法克服的弱点，例如温度特性差、饱和磁感低等，在应用时受到了一定限制。 近年来，铁基纳米晶合金的出现为共模电感增加了一种优良的铁芯材料。铁基纳米晶合金的制造工艺是：首先用快速凝固技术制成厚度大约20－30微米的非晶合金薄带，卷绕成铁芯后经过进一步加工形成纳米晶。与铁氧体相比，纳米晶合金具有一些独特的优势： 1.高饱和磁感应强度：铁基纳米晶合金的Bs达1.2T，是铁氧体的两倍以上。作为共模电感铁芯，一个重要的原则是铁芯不能磁化到饱和，否则电感量急剧降低。而在实际应用中，有不少场合的干扰强度较大（例如大功率变频电机），如果用普通的铁氧体作为共模电感，铁芯存在饱和的可能性，不能保证大强度干扰下的噪声抑制效果。由于纳米晶合金的高饱和磁感应强度，其抗饱和特性无疑明显优于铁氧体，使得纳米晶合金非常适用于抗大电流强干扰的场合。 2.高初始导磁率：纳米晶合金的初始导磁率可达10万，远远高于铁氧体，因此用纳米晶合金制造的共模电感在低磁场下具有大的阻抗和插入损耗，对弱干扰具有极好的抑制作用。这对于要求极小泄漏电流的抗弱干扰共模滤波器尤其适用。在某些特定场合（如医疗设备），设备通过对地电容（如人体）造成泄漏电流，容易形成共模干扰，而设备本身又对此要求极严。此时使用高导磁率的纳米晶合金制造共模电感可能是最佳选择。此外，纳米晶合金的高导磁率可以减少线圈匝数，降低寄生电容等分布参数，因而将由于分布参数引起的在插入损耗谱上的共振峰频率提高。同时，纳米晶铁芯的高导磁率使得共模电感具有更高的电感量和阻抗值，或者在同等电感量的前提下缩小铁芯的体积。 3.卓越的温度稳定性：铁基纳米晶合金的居里温度高达570oC以上。在有较大温度波动的情况下，纳米晶合金的性能变化率明显低于铁氧体，具有优良的稳定性，而且性能的变化接近于线性。一般地，纳米晶合金在－50oC----130oC的温度区间内，主要磁性能的变化率在10%以内。相比之下，铁氧体的居里温度一般在250oC以下，磁性能变化率有时达到100%以上，而且呈非线性，不易补偿。纳米晶合金的这种温度稳定性结合其特有的低损耗特性，为器件设计者提供了宽松的温度条件。而图3为不同材料的饱和磁感应强度的温度特性。
硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金 磁性材料 一. 磁性材料的基本特性 1. 磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场h 作用下，必有相应的磁化强度m 或磁感应强度b，它们随磁场强度h 的变化曲线称为磁化曲线（m～h或b～h曲线）。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度h 足够大时，磁化强度m达到一个确定的饱和值ms，继续增大h，ms保持不变；以及当材料的m值达到饱和后，外磁场h降低为零时，m并不恢复为零，而是沿msmr曲线变化。材料的工作状态相当于m～h曲线或b～h曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2. 软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整洁排列。 剩余磁感应强度br：是磁滞回线上的特征参数，h回到0时的b值。 矩形比：br∕bs 矫顽力hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的b与h的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 居里温度tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗p：磁滞损耗ph及涡流损耗pe p = ph + pe = af + bf2+ c pe ∝f2 t2 / ，ρ 降低， 磁滞损耗ph的方法是降低矫顽力hc；降低涡流损耗pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散（mw）/表面积（cm2） 3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何外形及磁化状态密切相关。设计者必须熟知材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何外形及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 二、软磁材料的发展及种类 1. 软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶
一. 磁性材料的基本特性 1. 磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2. 软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。 剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。 矩形比：Br∕Bs 矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ降低，磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散（mW）/表面积（cm2） 3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 二、软磁材料的发展及种类 1. 软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金。
非晶/纳米晶软磁材料 一．应用领域 非晶态软磁合金材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损 耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们 的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。其技术特点为：采用超急冷凝 固技术使合金钢液到薄带材料一次成型；采用纳米技术，制成介于巨观和微观之 间的纳米态(10-20nm)软磁物质。非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其 特殊的组织结构，非晶合金中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶合金的晶粒尺 寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以 使其磁致伸缩趋近于零。【表1】列出了非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要 应用领域。 材料铁基非晶铁镍基非晶钴基非晶铁基纳米晶饱和磁感(T) 1.56 0.77 0.6-0.8 1.25 矫顽力(A/m) <4 <2 <2 <2 Br/Bs -- -- >0.96 0.94 最大磁导率45×104>200,000 >200,000 >200,000 铁损(W/kg) P50Hz,1.3T <0.2 P20KHz,0.5T<90 P20KHz,0.5T<30 P20KHz,0.5T<30 磁致伸缩系数27×10-615×10-6<1×10-6<2×10-6居礼温度(℃) 415 360 >300 560 电阻率(mW-cm) 130 130 130 80 应用领域 配电变压器 中频变压器 功率因子校正器 磁屏蔽 防盗标签 磁放大器 高频变压器 扼流圈 脉冲变压器 饱和电抗器 磁放大器 高频变压器 扼流圈 脉冲变压器 饱和电抗器 互感器
非晶/纳米晶软磁材料应用市场概况 非晶态软磁合金材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。其技术特点为：采用超急冷凝固技术使合金钢液到薄带材料一次成型；采用纳米技术，制成介于巨观和微观之间的纳米态(10-20nm)软磁物质。非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其特殊的组织结构，非晶合金中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶合金的晶粒尺寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以使其磁致伸缩趋近于零。【表1】列出了非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要应用领域。 表1 非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要应用领域
近年来，随着信息处理和电力电子技术的快速发展，各种电器设备趋向高频化、小型化、节能化。 在电力领域，非晶、纳米晶合金均得到大量应用。其中铁基非晶合金的最大应用是配电变压器铁芯。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5～1/3，利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60﹪～70﹪。因此，非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用前景。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁芯。电力互感器是专门测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级（如级、级、级）的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁芯往往达不到精度要求，虽然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求，但价格高。而采用纳米晶铁芯不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。 在电力电子领域，随着高频逆变技术的成熟，传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大，已不能满足使用要求。铁氧体虽然高频损耗较低，但在大功率条件下仍然存在很多问题，一是饱
块体纳米材料的制备和加工技术 摘要:纳米材料的制备技术及性能研究，是当前纳米材料领域内的一个热点。由于纳米材料具有奇异的结构和特殊性能，而且在力学、电学、光学和磁学等方面发生了巨大的变化。文中较为详细地介绍了国内外块状纳米材料的制备技术，针对块体纳米材料在烧结过程主要问题进行了探讨，提出了通过加入第二相微粒、强烈塑性加工措施来改善块体纳米材料的热稳定性；采用烧结、挤压辅助工艺来提高块体纳米材料的致密性的方案，并对块体纳米材料研究的发展进行了展望。关键字: 纳米材料结构和性能制备和加工技术烧结展望 Abstract: Nanomaterial technology and performance is a hot topic in the field of nanomaterials. Singular structure and special properties of nanomaterials, but also in terms of mechanical, electrical, optical and magnetic undergone a huge change. More detailed descriptions of the domestic and international bulk nanomaterials fabrication techniques for bulk nanomaterials discussed the main issues in the sintering process, proposed by the addition of second phase particles, strong plastic processing measures to improve bulk nanocrystalline materials thermal stability; sintering, extrusion auxiliary process to improve bulk nanomaterials dense program, and the development of bulk nanocrystalline materials research conducted prospect. Keywords: Nanomaterials; structure and performance; preparation and processing technology;sintering; prospect 1 引言 l984年德国学者H. Gleiter［l］利用气体冷凝法制得表面清洁的超细微粒，并利用原位加压法压制成型，制成块体纳米材料，首次提出纳米材料的概念，引起国际上物理、化学、材料等不同领域的关注，成为材料学科研究的热点，并极大推动了相关学科的发展，形成了纳米机械、纳米电子、纳米生物、纳米物理、纳米化学、微工程学等纳米技术新的科学领域［2］。
目录 一引言 (2) 二纳米晶体材料的种类及用途 (3) 2.1 纳米晶体材料的种类 (3) 2.2 纳米晶体材料的用途 (4) 三性质特点 (4) 3.1耐腐蚀性能 (5) 3.2 力学性能 (5) 3.3 延展性 (6) 3.4 光学性质 (6) 四纳米晶体材料的研究展望 (7) 4.1纳米晶体相与应变速率、晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程 (7) 4.2晶界相与应变速率、晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程 (7) 致谢 (8) 参考文献 (8)
纳米晶体材料的研究进展 摘要：纳米晶体材料具有优异的力学性能，近年来，不少国内外研究者对纳米晶体材料进行了深入的研究。本文主要是对纳米晶体材料的种类及用途、性质特点、纳米晶体材料的本构模型研究进展等进行研究，并进一步分析纳米晶体材料在标记生物材料、发光材料、国防的应用，以及制备方法进行探究，指出了纳米晶体材料的发展方向。 关键词：纳米晶体材料性质特点本构模型研究展望 Research Progress of Nanocrystalline Materials Wu Changxuan (China university of geosciences (Beijing) Materials Science and Engineering 10031011 class) Abstract：Nanocrystalline materials have excellent mechanical properties, in recent years, many researchers at home and abroad studied on nanocrystalline materials. This article is mainly to the category of nanocrystalline materials、property and characteristic、Nanocrystalline material constitutive model of research progress were studied and so on, and further analysis of nanocrystalline materials in marker of biological materials, luminescence materials, national defense applications, as well as preparation methods, points out the development direction of nanocrystalline materials. Key words：Nanocrystalline Materials properties Constitutive model Research prospects 一引言 纳米晶体材料是由纳米尺度的晶体组成的单相或多相多晶体材料，一般其晶体尺寸在100 nm以下。由于晶粒极细，大量的原子处于晶粒之间的界面上。这种独特的结构特征使得纳米晶体成为有别于普通多晶体和非晶态国体的一种新材料，使它们具有高强度、良好的塑性变形能力、高比热等优良的性能，特别是纳米晶体表现出的超塑性行为使得陶瓷材料增韧和改善金属材料的强韧综合性能提供了可能性，由此它被广泛用于医学、国防和现金纳米陶瓷等领域。所以，纳米晶体材料被誉为“21世纪的新材料”。 随着现代技术的高速发展，它的用途将会变得越来越广泛，也因此变成目前国内外研究新功能材料的热点。现今已有许多技术被用来制备纳米晶体材料，如X-射线衍射分析、扫描隧道电子显微镜（STM）、透射电子显微术（TEM）、场离子显微术、电子探针等技术。[3]
纳米晶软磁材料 这是一类新型的软磁材料。 通过熔体快淬法（轧辊法）制得的非晶态条带，如被加热到它们的晶化温度以上保持一段时间（这种热处理称为退火），非晶态条带就会开始晶化，内部组织从非晶态向晶态转变。如果控制这种退火处理的温度和时间得当，就能控制条带内部的微观结构，使得已经晶化的晶粒尺寸控制在10～15nm的范围内，而且，这些晶粒在形态上是弥散地分布在残余的非晶相之中，这样就可以得到纳米晶材料。例如，成分为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶态合金在550℃退火1小时后在最佳磁性能的状态下，内部包含三个相，一是体心立方结构的FeSi相，其成分为20%Si和80%Fe（原子百分比）；第二相是尚未晶化的残余非晶相，包含大约10%～15%的Nb和B，约占总体积的20%～30%；第三相是大大富集的Cu团簇。少量铜和铌的加入是使这类纳米微晶成为优异软磁材料的关键。它们都不溶解于体心立方结构的FeSi相。但是，Cu原子团簇在退火早期的形成，使其成为FeSi晶粒的成核中心，促进了FeSi晶粒的成核。Nb进入残余非晶相可以阻止FeSi晶粒的长大，同时可以在晶化过程中，抑制Fe2B 相的形成。如果退火温度高于600℃Fe2B相就会首先形成，从而导致性能的全面恶化。 对于纳米晶合金，存在一交换耦合长度为L0=[A/K1]1/2。这里，A是交换常数，K1是合金铁磁相的磁晶各向异性常数。对于Fe-Cu-Nb-Si-B合金，L0=35nm。当晶粒尺寸小于L0时，相邻晶粒中的磁矩将通过交换作用而趋于平行排列。因此，局部各向异性应对交换耦合长度范围内所包含的晶粒数求平均，于是，材料的有效各向异性常数为 〈K〉=K1(D/L0)6=K14D6/A3。 式中，D是纳米晶粒的尺寸。对于20%Si-80%Fe的合金，K1=8×103J/m3，由上式算出，对于纳米微晶，平均各向异性常数〈K〉将比K1小大约三个数量级，只有0.5J/m3左右，因此可降低材料的矫顽力。由于Fe-Si晶粒相和残余非晶相的磁致伸缩系数符号相反（前者为负，后者为正），所以包含这两相的合金的λs将减小，估计由此可使磁导率提高一个数量级。这种合金的畴壁很厚，假定残余非晶相的磁晶各向异性可以忽略，由畴壁厚度公式δ=π(A/〈K〉)1/2算得为3μm，畴壁厚度远大于晶粒尺寸。由此，沿畴壁厚度方向，包含了大约200～300个FeSi小晶粒。这种情况和传统材料正好相反，正是这种结构，尽管晶粒尺寸小到只有10nm，但是两相界面不再可能对畴壁产生较大的钉扎作用。此外，因为Fe-Si晶粒的尺寸为10nm，而晶粒与晶粒之间的间隔距离为1～2nm，即残余非晶相的体积分数不大，所以合金的饱和磁感应强度仍可高达1.5T，比著名的高磁导率的坡莫合金（Ni79Fe21）和钴基非晶态合金要高。对于厚度为18μm的条带，在惰性气体保护下，于550℃退火1小时，FeSi 晶粒尺寸为13nm，相应的软磁性能为：μ1kHz=100000，B s=1.24T，H c=0.5A/m，损耗远低于坡莫合金，和钴基非晶差不多。 近年来，这类纳米晶合金除了用作软磁合金外，又有了新的用途。因为它们具有巨磁阻抗效应，即当高频电流通过条带的同时，如沿条带再施加一直流磁场，条带交流阻抗的相对变化竟高达80%～400%，而且显示出很高的磁场灵敏度，因此，成为十分优异的高灵敏磁传感器的新材料。 除了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9外，属于纳米晶软磁材料还有Fe-M-C、Fe-M-N（M=Ta，Hf，Ti，Nb，Zr）和Fe-M-O（M=Zr，Hf）薄膜等。这些材料是通过溅射法制得非晶态薄膜，然后，
磁性材料地基本特性 . 磁性材料地磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成地，在外加磁场作用下，必有相应地磁化强度或磁感应强度，它们随磁场强度地变化曲线称为磁化曲线（～或～曲线）.磁化曲线一般来说是非线性地，具有个特点：磁饱和现象及磁滞现象.即当磁场强度足够大时，磁化强度达到一个确定地饱和值，继续增大，保持不变；以及当材料地值达到饱和后，外磁场降低为零时，并不恢复为零，而是沿曲线变化.材料地工作状态相当于～曲线或～曲线上地某一点，该点常称为工作点. 文档来自于网络搜索 . 软磁材料地常用磁性能参数 饱和磁感应强度：其大小取决于材料地成分，它所对应地物理状态是材料内部地磁化矢量整齐排列. 剩余磁感应强度：是磁滞回线上地特征参数，回到时地值. 矩形比：∕ 矫顽力：是表示材料磁化难易程度地量，取决于材料地成分及缺陷（杂质、应力等）. 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应地与地比值，与器件工作状态密切相关. 初始磁导率μ、最大磁导率μ、微分磁导率μ、振幅磁导率μ、有效磁导率μ、脉冲磁导率μ. 居里温度：铁磁物质地磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度.它确定了磁性器件工作地上限温度. 文档来自于网络搜索 损耗：磁滞损耗及涡流损耗∝，ρ 降低，文档来自于网络搜索 磁滞损耗地方法是降低矫顽力；降低涡流损耗地方法是减薄磁性材料地厚度及提高材料地电阻率ρ.在自由静止空气中磁芯地损耗与磁芯地温升关系为：文档来自于网络搜索 总功率耗散（）表面积（） . 软磁材料地磁性参数与器件地电气参数之间地转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路地要求确定器件地电压～电流特性.器件地电压～电流特性与磁芯地几何形状及磁化状态密切相关.设计者必须熟悉材料地磁化过程并拿握材料地磁性参数与器件电气参数地转换关系.设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯地几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯地工作状态得到相应地电气参数. 文档来自于网络搜索 二、软磁材料地发展及种类 . 软磁材料地发展 软磁材料在工业中地应用始于世纪末.随着电力工及电讯技术地兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中地电感线圈地磁芯中使用了细小地铁粉、氧化铁、细铁丝等.到世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器地效率，降低了损耗.直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位.到年代，无线电技术地兴起，促进了高导磁材料地发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等.从年代到年代，是科学技术飞速发展地时期，雷达、电视广播、集成电路地发明等，对软磁材料地要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料.进入年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业地发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统地晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金. 文档来自于网络搜索 . 常用软磁磁芯地种类 铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料地基本组元. 按（主要成分、磁性特点、结构特点）制品形态分类： () 粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（）、坡莫合金粉芯（）、铁氧体磁芯文档来自于网络搜索 () 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金 三常用软磁磁芯地特点及应用 (一) 粉芯类 . 磁粉芯
第22卷 第3期Vol 122 No 13 材 料 科 学 与 工 程 学 报 Journal of Materials Science &Engineering 总第89期Jun.2004 文章编号:1004-793X (2004)03-0461-05 收稿日期:2003-09-05;修订日期:2003-11-19 基金项目:上海市科委纳米专项基金资助项目(0252n m054) 作者简介:陆伟(1981-),男,工学硕士。E -mail :lu wi s1981@yahoo.c https://www.doczj.com/doc/bc1925424.html, 铁基纳米晶软磁合金的研究 陆 伟,严 彪 (同济大学材料学院,上海市金属功能材料开发应用重点实验室,上海 200092) =摘 要> 本文主要评述了铁基纳米晶软磁合金的晶化过程、组织结构及其与磁性能之间的关系,分析了优异磁性能的起源,并详细论述了解释其优异磁性能的各向异性模型,提出了目前在该模型上存在的问题。此外,还介绍了纳米晶软磁材料的制备方法,并在最后对纳米晶软磁材料的应用及发展趋势作了展望。 =关键词> 纳米晶软磁材料;铁基合金;磁性能;各向异性模型 中图分类号:TM271+12 文献标识码:A Research of Fe -based Nanocrystalline Soft magnetic Materials LU Wei,YAN Biao (School of Marterial Scie.and Engi.,Tongji Univ.,Shanghai Key Lab.of A &D of Functional Metallic Mater.,Shanghai 200092,C hina) =Abstract > The crystal process,structure and the relationship between structure and magnetic properties of Fe -based nanocrystalline soft magnetic alloy are discussed in this paper.We also analyse the resource of its excellent soft magnetic properties.And we give a detailed discussion on the anisotropy models which explain the excellent soft magnetic properties.Some problems about these models are brought out.In addition,the preparation,application and developing trends are prospected. =Key w ords > nanocrystalline soft magnetic materials;Fe -based alloys;magnetic properties;anisotropy model 1 前 言 1988年日本的Yoshizawa 等人首先发现,在Fe -S-i B 非晶合金的基体中加入少量Cu 和M (M =Nb,Ta,Mo,W 等),经适当的温度晶化退火以后,可获得一种性能优异的具有bcc 结构的超细晶粒(D 约10nm)软磁合金[1]。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良,这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金。其典型成份为Fe 7315Cu 1Nb 3Si 1315B 9,牌号为Finemet 。其后,Suzuki 等人又开发出了Fe -M -B(M =Zr,Hf,Ta)系,即Nanoperm 系。到目前为止,已经开发了许多纳米晶软磁材料,包括:Fe 基、Co 基、Ni 基[2]。由于Co 基和Ni 基不易于形成K 、K s 同时为零的非晶态或晶态合金,如果没有特殊情况,实用价值不大。故本文主要评述铁基纳米晶软磁合金,包括其制备方法、结构与性能的关系,尤其对晶化过程和优异磁性能的起因做了较为详细的评述,并对其应用及发展趋势做了展望。 2 铁基纳米晶软磁合金的制备方法 纳米晶软磁合金的制备一般采用非晶晶化法。它是在用快淬法、雾化法、溅射法等制得非晶合金的基础上,对非晶合金在一定的条件下(等温、真空、横向或纵向磁场等)进行退火,得到含有一定颗粒大小和体积分数的纳米晶相。近年来,也有一些研究者采用高能球磨法制备纳米晶软磁合金[3~5]。 3 纳米晶软磁合金的结构与性能 311 合金的成份 纳米晶软磁合金的典型成份为Fe 7315Cu 1Nb 3Si 1315B 9。随着研究的不断进行,合金化元素几乎遍及整个元素周期表。从合金的化学成份在合金中的作用看,可以分为4类:(1)铁磁性元素:Fe 、Co 、Ni 。由于Fe 基合金具有高Bs 的优势,且纳米晶合金可以实现K 和K s 同时为零,因而使L 值很高、损耗很低,价格便宜,成为当今研究开发的中心课