Handbook of Magnetic Materials 10

《磁性材料手册》第十卷中的“纳米晶软磁合金”章节深入探讨了纳米晶结构在软磁材料领域的应用与特性，为理解这一新型软磁材料的制备、特性和应用提供了详尽的资料。本章节由Giselher Herzer撰写，他是德国Vacuumschmelze GmbH公司的专家，该章节作为《磁性材料手册》系列的一部分，由K.H.J. Buschow编辑，于1997年由Elsevier Science B.V.出版。 ### 1. 铁基纳米晶合金：Fe-Cu-Nb-Si-B合金 在1988年，Yoshizawa、Oguma和Yamauchi引入了一种新的铁基合金类别，展现出卓越的软磁性能。这些合金的特性是低损耗、高磁导率以及几乎零磁致伸缩，这些特性与铁氧体和钴基非晶合金类似，但它们的饱和磁化强度可高达1.3特斯拉，远超传统材料所能达到的水平。这一新材料的独特之处在于其超细的b.c.c（体心立方）Fe-Si微结构，晶粒尺寸在10-15纳米之间，这也是它们被称为纳米晶的原因。 ### 2. 制备与基本特性 #### 2.1 Fe-Cu-Nb-Si-B合金 这种合金通过从非晶态结晶制备而成，主要基于铁，通过添加少量的铜和铌来调整其性质。这一组合虽然之前较少见，但却证明了其在实现纳米晶结构方面的有效性。 #### 2.2 其他合金成分 除了Fe-Cu-Nb-Si-B合金外，其他合金成分也被探索用于纳米晶软磁材料的制备，每种合金都有其特定的性能优势。 ### 3. 微结构-性质关系 #### 3.1 磁晶各向异性 纳米晶合金的磁晶各向异性是影响其磁性的重要因素之一。磁晶各向异性来源于材料的晶体结构，对于纳米晶合金而言，其超细的晶粒结构导致了独特的磁性行为。 #### 3.2 饱和磁致伸缩 磁致伸缩是指材料在外磁场作用下发生长度变化的现象。纳米晶合金由于其特殊的微观结构，表现出近似于零的磁致伸缩，这使得它们在高频应用中具有极低的损耗。 #### 3.3 蠕变诱导的各向异性 在长期应力作用下，材料可能会发生蠕变，从而导致磁性的变化。纳米晶合金的蠕变诱导各向异性研究有助于了解材料在实际工作条件下的稳定性。 #### 3.4 外加磁场诱导的各向异性 外加磁场可以改变纳米晶合金的磁各向异性，这对于设计具有特定磁性响应的器件非常重要。 ### 4. 应用导向性质 #### 4.1 高频性能与损耗 纳米晶软磁合金在高频应用中展现出优异的性能，包括低损耗和高磁导率，这使其成为高频变压器、电感器和其他高频电子元件的理想选择。 #### 4.2 磁性随温度的变化 纳米晶合金的磁性对温度敏感，了解其温度依赖性对于预测和控制材料在不同环境条件下的性能至关重要。 #### 4.3 热稳定性 热稳定性是评估材料在高温下保持其磁性特征能力的重要指标。对于纳米晶合金而言，良好的热稳定性确保了其在高温环境下的可靠性和持久性能。 ### 5. 结论 纳米晶软磁合金的出现为软磁材料领域带来了革命性的突破，不仅在性能上超越了传统材料，还在制备技术上开辟了新的路径。Fe-Cu-Nb-Si-B合金因其卓越的特性，已成功应用于多个领域，而纳米晶结构的深入研究将继续推动软磁材料的发展，为未来的高频电子设备和电力电子系统提供更高效、更稳定的解决方案。