铁粉芯&铁硅铝

将铁粉用H2气体还原1小时，铁含量将提高到 99.0%左右，同时其他元素的含量也将明显降低 。这种还原过的羰基铁粉，硬度稍低，也被称之 为软粉。羰基铁粉活性很大，正常情况放置一段 时间后，因为熵的增加，会发生自动团聚。发生 团聚的铁粉颗粒度增加，颗粒粘粘，对于注射成 型应用有比较大的影响。目前市场上质量最好的 羰基铁粉为德国BASF公司生产。
铁基磁粉芯
——铁粉芯&铁硅铝
一.简介 二.铁粉芯 三.铁硅铝粉芯
一.简介

磁粉芯是由磁性材料粉末与绝缘介质混合 压制而成的一种软磁材料。它们有比工作 在同频段的铁氧体高得多的饱和磁通密度、 直流叠加特性好、磁致伸缩系数接近于零、 工作时无噪声、频率稳定性好、性价比高 等优点。其电阻率要比合金大得多，因此 涡流损耗小，可在较高的频率下使用。其 饱和磁化强度较高，所以可用于较高的功 率下。这些特性使磁粉芯在高频电子变压 器等电子元件中有着广泛应用。
铁硅铝的优点





铁硅铝合金磁粉芯原材料中不含贵金属，成本低 于含Ni的高磁通磁粉芯和铁镍钼磁粉芯。价格比 铁粉芯略贵些。 铁硅铝合金磁粉芯，磁滞系数低，可制成低噪声 滤波器。 铁硅铝合金磁粉芯最大磁感应强度达到10500高 斯。 铁硅铝合金磁粉芯损耗低，远低于铁粉芯。高频 工作条件下，磁粉芯的温升还远低于铁粉芯，可 以和铁镍钼粉芯(MPP粉芯)和铁镍合金磁粉芯(高 磁通粉芯)相比。 铁硅铝合金磁粉芯有很好的直流迭加特性，可在 大电流状态下工作。

本发明优点： 1、采用价低的铁硅铝粉，大大降低了成本； 2、采用高速粉碎法，从而使粉末形成了高 的电感值、高的品质因素和较低的功率损 耗密度； 3、制造的磁粉芯，磁导率为60，具有较低 的铁芯损耗和良好的直流偏磁场性能。

c）焙炒冷却后加入润滑剂，加入量为粉末 混合物总量的0.1%~5.0%； d）压制成型，压强：5~22 ton/cm2； e）热处理：温度600~900摄氏度，空气中 进行1~75min，或在N2中进行20~120min， 得目标产物。

所述铁硅铝粉包含4~9%的Si，6~12%的Al 和余量的Fe。 所述钝化剂为中强酸，稀释20~30倍。 所述绝缘剂为陶瓷粉。 所述润滑剂为二硫化钼、硬脂酸锌、硬脂 酸镁中任选一种。 其中步骤b)中加入的硅脂、绝缘剂先进行 超声粉碎，时间30-60分钟，并采用酒精作 稀释剂。
铁硅铝与铁粉芯的对比

交流电流会产生高频磁场，造成磁芯损耗 并导致磁芯变热。这种情况在铁硅铝中会 减少，因此电感更有效率，温度更低。铁 硅铝的磁芯损耗低于铁粉芯。关于接近零 的磁致伸缩问题，铁硅铝非常适用于消除 滤波电感中的音频噪音。铁硅铝在制造时 没有使用有机粘结剂，因此，没有任何热 老化的问题。所有铁硅铝磁芯都能在200 ℃下连续操作，相对的，铁粉芯有磁致伸 缩。

应用举例

下表中所列举的材料系北京七星飞行电子有 限公司的牌号(1P:-26,3P:-52,4P:-33,T:-4)


1）铁粉芯（1P）：是制造差模滤波器和无源 PFC电感最廉价实用的材料。 2）铁粉芯（3P、4P）：是制造功率扼流圈廉价 实用的材料，但一般情况下应用于对空间要求不 高的场合。如多数中低频（一般小于50kHz） UPS电源中大多采用4P材料作为输出扼流圈。特 别提醒应用频率不应超过100kHz。很多情况下采 用3P材料制造差模滤波器或无源PFC电感是基于 应用噪声问题。
三.铁硅铝粉芯

铁硅铝磁粉芯的组成包含有85 ％铁（Fe），9％硅 （Si），和6％铝合金粉（Al），国际上铁硅铝磁粉 芯称为Sendust磁粉芯或称为Koolmu磁粉芯，我国 称为FeSiAl磁粉芯。铁硅铝粉芯的饱和磁感应强度 在1.05T 左右，磁导率有26，60，75，90，125等5 种，比铁粉芯具有更强的抗直流偏磁能力。由于在 纯铁中加入了硅和铝，使材料的磁滞伸缩系数接近 零，降低了材料将电磁能转化为机械能的能力，同 时也降低了材料的损耗，使铁硅铝粉芯比铁粉芯节 能达80%。由于不含有机成分，铁硅铝粉芯不存在 老化问题，工作温度可达200℃。FeSiAl磁粉芯我国 近几年正在迅速崛起，是国内新型电子节能材料。

一是铁粉芯材料由于磁致伸缩的原因，有时不可 避免会造成噪声，一般1P材料最甚，3P、4P材 料次之（不同品牌的铁粉芯材料磁致伸缩因子差 异比较大），而其它类型的金属磁粉芯材料磁致 伸缩因子几乎为零，不存在应用噪声问题。二是 铁粉芯材料本身有热衰退问题，即长期在高温下 （一般指100℃以上）使用会造成损耗永久增大 ，影响铁粉芯材料使用寿命。

铁粉芯一般适用于-65℃~125 ℃的温度范围，当 磁芯处于较高的温度环境中，会使电感品质因数 （Q）永久性的降低，这是由于其在制造过程中 使用了有机粘结剂，如环氧树脂等；当使用温度 超过150 ℃时，其材料内部的树脂会恶化，使磁 芯的损耗增大，降低铁粉芯的使用使用寿命。这 种特性的偏离程度取决于时间、温度、磁芯大小 、频率和磁通密度等。
还原铁粉

由铁的氧化物在高温下经H2或CO还原制得 ，其中应用于软磁材料的还原铁粉牌号为 FHY100.27。
莱钢集团还原铁粉化学成分(wt%)
德国BASF羰基铁粉末性能
国外最近开发的一些高性能铁粉芯的典型性能

高性能铁粉芯材料的原料用的不是合金磁粉而是 包覆了绝缘层的纯铁粉，并且成型是使用的粘结 剂非常少，所以磁通密度高，工作频率不是在高 频段而是在一般的几百赫兹，即<5kHz的中低频 段。
-33/-34/-35材质：此种材料具有-8材质类似的优良特性，且 高直流偏场下线性良好，是-8材质的良好代用品。适合高 频下磁芯损耗可允许较-8材质大一些的情况下使用，其价 格比-8材质大大降低。 -38材质：是一种高磁导率，可替代材料-26的低成本选择， 最适合线性频率的应用 -40材质：其特性及通用性类似于-26材质。在使用较大尺寸 磁芯的情况下，其价格比-26材质便宜。 -45材质：一种磁导率最高的材料，可替代材料-52，但磁芯 损耗较高 -52材质：这种材料具有与-26材质一样的磁导率，然而在高 频下损耗比-26材质低，在新型的高频抗流器上得到广泛 使用。 -2/93材质：是一种可替代材料-2但不昂贵的选择，适应于高 频率时磁芯损耗不重要的情况。高偏流时线性良好。 -8/93材质：是一种克替代材料-8，但不昂贵的选择，磁芯损 耗接近-8，高偏流时线性良好。
铁粉芯的制备工艺

粉末退火——粉末筛分——绝缘包覆—— 压制成型——热处理
(1)粉末退火 由于杂质大多以氧化物形态存在，而金属 氧化物粉末是硬而脆的，而且存在于金属 粉末的表面，压制时使得粉末的压制阻力 增加，压制性能变坏。粉末的预先退火可 以降低碳，氧和其他杂质的含量，提高粉 末的纯度。如将粉末在1000℃下热处理1h， 并通入H2作为保护气体。

铁粉芯价格低廉，饱和磁感应强度值在 1.4T左右；初始磁导率μi随频率的变化稳定 性好；直流电流叠加性能好；应用非常广 泛。铁硅铝的磁致伸缩系数接近零，在不 同的频率下工作时无噪声产生；比MPP 有 更高的DC 偏压能力；具有最佳的性能价格 比。
二. 铁粉芯

铁粉芯是以高纯铁粉或羰基铁粉经绝缘、 成型、涂覆后制成的磁芯。各种铁粉芯的 饱和磁感强度Bs值高达500-1300mT，磁 导率范围从22～100；能在高的磁化场下不 被饱和，具有良好的交、直流叠加稳定性； 初始磁导率μi随频率的变化稳定性好；价格 在各种金属软磁粉芯中是最低的。但高频 下损耗高。

磁粉芯根据含磁性材料粉末的不同大致分 为以下几类：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁 通密度粉芯、坡莫合金粉芯和铁氧体粉芯。 铁氧体磁粉芯虽然可用于高频范围，但其 低的饱和磁感应强度也限制了其应用场合； 高磁通密度粉芯(Fe-Ni粉芯)和坡莫合金粉 芯(MPP)虽然具有高饱和磁感应强度、直流 叠加特性及温度稳定性好等优点，但成本 高，只用于航空航天等特殊场合。
羰基铁粉

羰基铁粉是通过CO与铁在高温高压下反应 ，生成5羰基铁油状物，经低压分离后得到 产品。经退火防氧化处理即可得到。当温 度为200℃，200bar的条件下羰基合成反应 式如下 Fe+5CO——Fe(CO)5

羰基铁在300℃，1bar的条件下分解为Fe和CO Fe(CO)5 ——Fe+5CO 在分解过程中，因为Fe 有催化CO与CO2 反应的 作用，通常采用通NH3 作为保护气体来抑制该反 应。这样一来羰基铁粉中就不可避免的会有N元 素的存在。从旋风收集器中收集到的产品一般铁 含量约在97%左右，其中C和N的含量均小于1% 。由于有Fe2O3，Fe3N 等杂质的存在，同时，铁 粉表明也会对CO和NH3气体有一定的吸附，这些 因素造成铁粉硬度比较大，通常被称之为硬粉。

3） 羰基铁粉芯（T）：由于采用超细铁粉制作， 这种材料具有相对较小的涡流损耗，特别适宜于 应用在频率100kHz-100MHz范围（大家知道，磁 性材料在小信号下主要表现为磁滞损耗，较大信 号即功率应用情况下超过100kHz时涡流损耗占主 导地位），是制造高频功率扼流圈（特别是高频 谐振电感）、RF调谐电感芯体理想的材料。

(4)压制成型 将粉末装入自制模具后用液压机冷压制备 环形样品，样品高度和密度随压制压力不 同而变化。 (5)热处理 将磁粉芯样在600℃氮气氛中热处理1h，炉 冷至室温后取出，目的是消除粉末在粉碎 和压制成型时的内应力，从而改善磁粉芯 的电磁特性；另一个目的是提高磁粉芯的 机械强度。
磁导率μ=60的铁硅铝磁粉芯的制造方法， 步骤如下：
a）取铁硅铝粉适量（由铁铝合金、铁粉、 和硅粉冶炼成的含硅9%, 铝6%，铁85%的 合金），高速粉碎，粒度达-100~-300目； b）焙炒至温度达到30~100摄氏度时加入 钝化剂，加入量为铁硅铝粉量的 0.5%~5.0%，继继续焙炒 至温度达到 200~350摄氏度时加入硅脂和绝缘剂，硅 脂的加入量为铁硅铝粉量的0.1%~1.0%， 绝缘剂加入量为铁硅铝粉量的0.3%~3.0%， 继续焙炒至干燥；
材质说明(MICROMETALS)：
-2材质：是一种低导磁率材料，它比其他没有附加空隙损耗 的材料更能降低操作时的交流通量密度。 -8材质：这种材料在高偏流下损耗低，且线性良好，是良好 的高频材料。此种材料在铁粉芯中价格是最贵的。真正的 -8材质型铁粉芯是用羰基铁粉生产的，较一般材质价高达 10倍以上。 -18材质：这种材料跟-8材质一样损耗较低，但导磁率较高， 且有良好的直流饱和特性，价格较低。 -26材质：最为通用的材料，是一种使用成本效益高的材料。 适于功率转换和线路滤波等各种用途，目前使用最为广泛。 -28/-30材质：这种材料导磁率较低，具有良好的线性度 ， 价格低廉，使用广泛，特别是广泛使用于大尺寸的大功率 UPS抗流器。

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磁导率随频率的变化曲线

磁导率随温度的变化曲线
直流偏置曲线
铁粉芯与铁硅铝功耗对比
铁硅铝与铁氧体的对比

铁硅铝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%，设计时可以把磁芯的尺寸缩小 30%至35%。铁氧体磁性能随温度变化，而铁硅铝 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 铁硅铝的材质及结构和间隙铁氧体不同，随着温度 改变，变化不会很大。在边缘损耗方面，铁硅铝不 会发生边缘损耗，而间隙铁氧体有很大的边缘损耗。 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。

(2)粉末筛分 筛分的目的在于把颗粒大小不同的原始粉 末进行分级。如采用100目，150目，250 目，325目的标准分样筛筛分所需的不同粒 度粉体。

(3)绝缘包覆 绝缘处理是制造磁粉芯的关键，其目的就 是用绝缘剂将合金粉末包覆起来，以阻隔 粉芯之间的涡流，从而降低粉芯的涡流损 耗。 如采用铬酸或磷酸为钝化剂，云母为绝缘 剂，硅酮树脂和水玻璃为粘结剂，正硅酸 乙醋为耦联剂，硬脂酸锌为润滑剂，绝缘 粘结剂总量1.5wt%~6wt%。