铁粉芯&铁硅铝

(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。
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。
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；
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。

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。

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。

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。
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。
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。

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%。
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。

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。
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。

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ห้องสมุดไป่ตู้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。
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。
-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。

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。

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。