一、什么是納米晶?
首先要知道什么是非晶。金屬在制備的過程中,從液態(tài)到固態(tài)是個(gè)自然冷卻慢慢凝固的過程。這個(gè)過程中原子會(huì)自行重新有規(guī)則的排列,這時(shí)形成的結(jié)構(gòu)就是晶體,實(shí)際上是多晶的結(jié)構(gòu)。如果在它的凝固過程中,用一個(gè)超快的冷卻速度冷卻,這個(gè)時(shí)候原子在雜亂無序的狀態(tài),還來不及重新排列就會(huì)瞬間被凍結(jié),這時(shí)候形成的結(jié)構(gòu)就是非晶態(tài)。納米晶是在非晶態(tài)的基礎(chǔ)上,通過特殊的熱處理,讓它形成晶核并長大,但要控制晶粒大小在納米級(jí)別,不要形成完全的晶體,這時(shí)形成的結(jié)構(gòu)就是納米晶。
二、非晶是如何制備的?
非晶的制備過程原理非常簡單,就是將母合金融化后,通過噴嘴包噴射在一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥上,瞬間冷卻形成像紙一樣薄薄的帶子,但是整個(gè)工藝實(shí)現(xiàn)起來難度非常大,它有幾個(gè)特點(diǎn):
高溫,液態(tài)合金的溫度基本在1400℃~1500℃,瞬間凝固到接近室溫,需要極高的冷卻速度,冷卻速度達(dá)到了每秒百萬度的級(jí)別。
高速,除了冷卻速度快外,就是噴帶的速度也非常快,30m/s,這就好比一顆子彈剛剛飛出去的速度,而要把接近子彈速度的物體抓住是非常困難的。在1988年的時(shí)候,鋼研就實(shí)現(xiàn)了重大技術(shù)突破,帶材噴出的瞬間就被抓住,并實(shí)現(xiàn)了在線自動(dòng)卷取,這項(xiàng)技術(shù)突破上了當(dāng)年中國的十大科技新聞。
高精度,噴出帶材的厚度20-30μm,非常薄,這樣的精度控制是通過噴嘴包下面的狹縫及輥?zhàn)扉g距的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。
三、納米晶合金的制備方法
納米晶軟磁合金是非晶態(tài)帶材通過特殊的熱處理工藝實(shí)現(xiàn)的。首先把具有特定成分的非晶態(tài)帶材放進(jìn)熱處理爐里通過定向控制生成100納米以內(nèi)的晶粒,實(shí)際上形成的是非晶和納米晶的混合結(jié)構(gòu)。
四、納米晶合金的優(yōu)點(diǎn)
納米晶和鈷基非晶、鐵氧體相比,它具有飽和磁感高,可以減小磁性器件體積。磁導(dǎo)率高,損耗小,矯頑力小,可以降低磁性器件損耗,因此,納米晶合金是高頻電力電子應(yīng)用中的最佳軟磁材料。
五、納米晶合金的特性
當(dāng)前無線充電Qi標(biāo)準(zhǔn)的頻率在100-200k之間,在此頻率下,納米晶的磁導(dǎo)率和鈷基非晶的磁導(dǎo)率非常的接近,明顯高于鐵基非晶和鐵氧體,而損耗卻恰恰相反,明顯低于鐵基非晶和鐵氧體。
納米晶在溫度應(yīng)用方面也有優(yōu)勢,納米晶不僅在應(yīng)用溫度比鈷基非晶和鐵氧體都要寬外,在-40℃-120℃范圍內(nèi),納米晶的穩(wěn)定性也明顯優(yōu)于鐵氧體。
在磁性材料設(shè)計(jì)方面納米晶也具備明顯的優(yōu)勢,納米晶可以定向控制磁導(dǎo)率和抗飽和磁場。納米晶的磁導(dǎo)率可在1000-30000內(nèi)隨意可調(diào)。磁性材料的設(shè)計(jì),要求在特定的工作電流下,不要達(dá)到磁飽和,一旦達(dá)到磁飽和,就會(huì)停止工作,納米晶可調(diào)抗飽和磁場可達(dá)30~350A/m,使得無線充電的應(yīng)用范圍更寬。無線充電用導(dǎo)磁片是定制化產(chǎn)品,每一個(gè)項(xiàng)目的要求都不同,從2015年至今,安泰已經(jīng)做了不下十余款量產(chǎn)產(chǎn)品,沒有一款性能要求是相同的,都需要特殊的設(shè)計(jì)和匹配。無線充電模組就好比是為手機(jī)精心設(shè)計(jì)的一把鎖,納米晶導(dǎo)磁片就好比是打開這把鎖的鑰匙,一把鑰匙配一把鎖,納米晶可實(shí)現(xiàn)最佳匹配。
六、幾種
鐵基納米晶與鐵基非晶、鈷基非晶、鐵氧體之間的比較:
飽和磁通密度:鐵基納米晶除了比鐵基非晶略低一點(diǎn)外,明顯優(yōu)于鈷基非晶和鐵氧體;
在矯頑力、初始磁導(dǎo)率、飽和磁致伸縮系數(shù)、居里溫度、性能變化率等方面納米晶全面優(yōu)于其他材料,因此,納米晶是最佳的軟磁材料。
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原文標(biāo)題:納米晶軟磁合金材料特性及制備技術(shù)
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