FeNiPC非晶合金磁学性能研究文献综述

 2022-11-20 15:44:11

文献综述(或调研报告):

1、引言

固体材料一般可分为晶体、准晶体和非晶体三类。晶体是有明确衍射图案的固体,其原子或分子在空间按一定规律周期重复地排列。晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周期性,隔一定的距离重复出现,这种周期性规律是晶体结构中最基本的特征。非晶体是指组成物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性排列的固体。它没有一定规则的外形,如玻璃、松香、石蜡、塑料等。它的物理性质在各个方向上是相同的,具有“各向同性”。准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的固体,具有与晶体相似的长程有序的原子排列,但是准晶体不具备晶体的平移对称性。因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。

本综述针对非晶合金,特别是铁基非晶合金的磁学性能的研究现状和应用前景,结合自身课题做出一些总结和建议。

2、铁基非晶合金研究现状及应用

铁基非晶块体是通过现代冶金的方法,抑制合金熔体的形核和长大,保持液态的长程无序结构从而获得具有与玻璃类似结构的合金材料。常用的制备方法包括铜模铸造法、熔体水淬法、粉末冶金法、放电等离子烧结法[4](SPS法)等。

铁基非晶软磁块体合金具有材料廉价、软磁性能优异以及强度高等优点,是具有潜在商业价值的结构功能材料。傅明喜[5]等制备了成分Fe73.6-xNi1Al5Ga2P9.65BxSi3C5.75 (x=6.6,7.6,8.6,9.6,10.6)的铁基块体非晶合金。发现当x=6.6,7.6时,样品为纳米晶合金,当x=8.6,9.6时,样品为典型的非晶合金,而且该多组元Fe基非晶合金具有较大的玻璃形成能力。赵文君[6]等采用铜模吸铸法制备出了长50mm,宽10mm,厚0.8mm的片状Fe68Nd5Zr2Y4B21大块非晶合金,发现在铸态下合金表现为软磁性,当合金晶化后,转变为硬磁性。张志纯[7]等研究Fe73-xNb4Hf3YxB20(x=0,1,2,3)块体非晶合金的性能,该合金系能形成最大直径为4mm的块体非晶;玻璃转变温度随着x的增加而增高,当x=2时达到852K,而约化玻璃转变温度是随着x的增加先升后降,x=2时达到最大值0.603;其饱和磁感应强度均高于1.1T,矫顽力均低于6A/m。

利用Fe基金属玻璃铁芯制备的配电变压器,相比于用硅钢制备的变压器,空载损耗低,适用于空载时间长、用电效率低的农村电网。在城市电网中,也可明显降低配网线损耗。目前, 农村对供电量的需求季节性很强,各地区为满足农忙季节用电量大的需要,常常采用大容量的变压器,当春秋季节负荷率较低时,空载损耗尤为突出。采用Fe基金属玻璃铁芯制备的变压器将有效地解决这一问题,可有效降低配网的空载损耗,节能效果明显。美国通过使用这种变压器每年可节约近50times;109kWh的空载损耗,节能产生的经济效益约为35亿美元。 据推测,Fe基金属玻璃带材在配电变压器中的推广应用,将使我国每年节电3.8亿kWh(相当于节煤14.3万吨)。若使用Fe基金属玻璃铁芯研制高效电动机,电机运行效率可提高7个百分点,每年向大气中排放的CO2可以减少上亿吨[8]。

此外,在电子信息领域,随着计算机、网络和通讯技术的迅速发展,开关电源和网络接口设备正向着小尺寸、轻重量、高可靠性和低噪音的方向发展。例如,计算机开关电源的工作频率从20 kHz提高到500 kHz,能有效减小体积;采用磁放大器来稳定输出电压,可实现CPU在较低的电压下产生大的电流;利用抑制线路自生干扰的尖峰抑制器,可消除各种噪音。要实现上述功能,必须在开关电源和接口设备中增加大量的高频磁性器件,Fe基金属玻璃的导磁性比一般软磁合金都要大,在该领域的应用也不断受到人们的关注。

Fe 基金属玻璃在磁性材料领域的应用和需求量都是不可估量的,这类新型软磁材料的开发和应用符合国家节能减排的发展方向,在国家政策不断支持下,有着可观的市场发展前景。

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