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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳彥合
研究生(外文):Yen-Ho Chen
論文名稱:以非晶質材料研製環形鐵心
論文名稱(外文):Using Fe-Based Amorphous Materials to Fabricate and Study The Ring Iron Core
指導教授:黃金花黃金花引用關係林正雄林正雄引用關係
指導教授(外文):Jin- Hua HuangCheng-Hsiung Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:材料科學工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:非晶
外文關鍵詞:amorphous
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本論文主要是利用由液態急冷法所製造出的鐵基非晶質薄帶及鐵基奈米晶薄帶,製成環形鐵心及研磨成粉末,經不同的熱處理條件(從未退火到570℃退火溫度),進行各種電性及磁性量測和表面觀測如結構分析(XRD、DTA和SEM)、電性量測(HP-4192 &四點探針)及磁性量測(B-H Tracer)等。奈米晶粉末熱處理後添加不同比例的樹脂,然後壓成環形鐵心。
在本論文中,首先介紹非晶材料及奈米晶材料的特性及形成理論,也對非晶材料及奈米晶材料的製造和相關應用做一完整的介紹。
實驗中發現,鐵基非晶及鐵基奈米晶薄帶隨著熱處理溫度增加,其初導磁率逐漸增加,但溫度高於550℃,初導磁率急劇下降;電性方面,隨著熱處理溫度的增加,電阻係數則急劇下降。在非晶粉末中,當添加的樹脂含量愈高時,其初導磁率愈低;而奈米晶粉末的顆粒愈大時,初導磁率愈高。

第一章 緒論……………………………………………………………1
1-1 前言…………… ………………………………………………..1
1-2 非晶質材料結構的主要特徵……………………………………2
1-3非晶質合金的種類………………………………………………3
1-4非晶質合金的應用……………………………………………….5
1-5 研究動機與目的………………………………………………….8
第二章 文獻回顧……………………………………………………..12
2-1 非晶質金屬的形成理論………………………………………...12
2-1-1 非晶態的形成過程……………………………………….13
2-2 非晶質軟磁合金………………………………………………...15
2-2-1 非晶質軟磁合金的基本成分和磁性………………….....15
2-2-2 高飽和磁感應強度低鐵損之非晶質合金……………...17
2-2-3 微晶軟磁合金…………………………………………...19
2-3 非晶質金屬合金的製法………………………………………...21
2-4 非晶質合金製程………………………………………………22
2-4-1 液態急冷法………………………………………………23
2-4-2 氣態急冷法………………………………………………24
2-4-3 機械合金法………………………………………………24
2-5 非晶質合金的特性……………………………………………..26
2-5-1非晶質合金的機械性質…………………………………..26
2-5-2非晶質合金的熱力學性質………………………………..28
2-5-3非晶質合金的電學性質…………………………………..29
2-5-4非晶質合金的磁學性質…………………………………..31
2-5-5非晶質合金的化學性質…………………………………..36
第三章 實驗方法與步驟……………………………………………43
3-1 實驗流程………………………………………………………...43
3-2 樣品的製備……………………………………………………...43
3-3 量測與分析方法………………………………………………...44
3-3-1 熱分析…………………………………………………….44
3-3-2 晶體結構分析…………………………………………….45
3-3-3 SEM觀測…………………………………………………45
3-3-4 磁性量測………………………………………………….45
3-3-5 電性量測………………………………………………….46
第四章 結果與討論……………………………………..……………53
4-1 XRD&DTA的分析結果…………………………………………53
4-2 SEM 觀察………………………………………………………..54
4-3 電性的量測結果………………………………………………55
4-3-1 四點探針量測結果…………………………….…………55
4-3-2 HP-4192 量測結果……………………………………….56
4-4 磁性的量測結果………………………………………………59
4-4-1 磁滯曲線結果…………………………….…………59
第五章 結論………………………………………………………..98
5-1 總結…………………………………………………………...98
參考文獻……………………………………………………………..100
圖表目錄
表1-1各種非晶質及奈米晶合金材料應用…………………………….9
圖1-1 材料的穩態與介穩態…………………………………………10
圖1-2各種軟磁材料導磁率對應頻率變化關係比較……………...…11
圖2-1 (Fe1-xMx)80P10B10 非晶質合金的原子平均磁矩與平均外層電子數的關係。 bcc-體心立方結構,fcc-面心立方結構…….38
圖2-2 (Fe1-xMx)80P10B10 非晶質合金的居里溫度與外層電子數的關係……………………………………………………………..39
圖2-3 (FexNiyCoz)78Si8B14 非晶質合金的飽和磁致伸縮係數….40
圖 2-4 六類二元合金的液相線溫度和與冷卻速度約106 ℃/sec對應的玻璃形成範圍的成分依賴性。……………………………....41
圖 2-5 兩類三元合金系的玻璃形成範圍…………………………….42
圖3-1 實驗流程圖……………………………………………………..48
圖3-2實驗樣品外觀…..………………………………………………49
圖3-3磁滯曲線測量儀器…..…………………………………………49
圖3-4 環形樣品規格…..………………………………………………50
圖3-5 A collinear four-point probe…………………………………...51
圖3-6 使用四點探針法測量電阻係數時需使用的校正因數…….….52
表4-1 安泰公司的鐵基非晶薄帶於不同退火溫度下的初導磁率…60
表4-2 安泰公司的鐵基非晶薄帶於不同退火溫度下的Q值…….60
表4-3 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶於不同退火溫度下的初導磁率61
表4-4 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶於不同退火溫度下的Q值…..61
表4-5 安泰公司的鐵基非晶粉末添加5%導電膠之初導磁率及Q62
表4-6 鐵基奈米晶粉末添加5%導電膠之初導磁率及Q值………62
表4-7 安泰公司的鐵基奈米晶粉末(45μm)添加不同含量樹脂之初導磁率及 Q值…………………………….…………………63
表4-8 安泰公司的鐵基奈米晶粉末(150μm)添加不同含量樹脂之初
導磁率及Q值…………………………………………………64
表4-9 安泰公司的鐵基奈米晶粉末(0.75 mm)添加不同含量樹脂之
   初導磁率&Q值………………………………………65
表4-10 安泰公司的鐵基奈米晶粉末(1.5 mm)添加PVA +硼酸之初導
磁率& Q值……………………………………………………66
表4-11 Allied公司的Metglas環形薄帶於不同退火溫度下的初導磁率……………………………………………………...……...67
表4-12 Allied公司的Metglas環形薄帶於不同退火溫度下之Q值..67
圖4-1 安泰公司的鐵基非晶薄帶XRD繞射圖………….………..68
圖4-2 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶XRD繞射圖…………………69
圖4-3 安泰公司的鐵基非晶薄帶DTA分析圖……………...………70
圖4-4 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶DTA分析圖…………...………71
圖4-5 安泰公司的鐵基非晶薄帶未退火後之SEM照片…….…….72
圖4-6 安泰公司的鐵基非晶薄帶300℃退火後之SEM照片…….72
圖4-7 安泰公司的鐵基非晶薄帶380℃退火後之SEM照片…...…73
圖4-8 安泰公司的鐵基非晶薄帶450℃退火後之SEM照片.……73
圖4-9 安泰公司的鐵基非晶薄帶550℃退火後之SEM照片.….74
圖4-10 安泰公司鐵基奈米晶薄帶未退火後之SEM照片……….74
圖4-11 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶350℃退火後之SEM照片75
圖4-12 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶450℃退火後之SEM照片75
圖4-13 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶500℃退火後之SEM照片…76
圖4-14 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶550℃退火後之SEM照片…76
圖4-15 安泰公司的鐵基非晶及鐵基奈米晶薄帶於不同溫度退火之電阻係數…………………………..…………………………77
圖4-16 安泰公司的鐵基非晶薄帶於各種頻率下之初導磁率…….78
圖4-17 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶於各種頻率下之初導磁率…79
圖4-18 安泰公司的鐵基非晶薄帶於各退火溫度下之初導磁率…..80
圖4-19 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶於各退火溫度下之初導磁81
圖4-20 安泰公司的鐵基非晶薄帶於各種頻率下之Q值….……….82
圖 4-21 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶於各種頻率下之Q值………83
圖4-22 安泰公司的鐵基非晶薄帶於各退火溫度下之Q值………..84
圖4-23 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶於各退火溫度下之Q值…….85
圖4-24 安泰公司的鐵基非晶&奈米晶粉末(150μm)添加5%導電膠
   之初導磁率……………………………………………………..86
圖4-25 安泰公司的鐵基奈米晶粉末(45μm)添加不同含量樹脂之初
導磁率………………………………………………………..87
圖4-26 安泰公司的鐵基奈米晶粉末(150μm)添加不同含量樹脂之
初導磁率……………………………………………………88
圖4-27 安泰公司的鐵基奈米晶粉末(0.75 mm)添加不同含量樹脂之
初導磁率…………………………………………...……..89
圖4-28 安泰公司的鐵基奈米晶粉末(1.5 mm)添加PVA +硼酸之初導
磁率………………………………………………………..…90
圖4-29 Allied公司的Metglas沖壓成之環形樣品不同厚度之初導率
(未退火)……………………………………………………91
圖4-30  Allied公司的Metglas沖壓成之環形樣品不同厚度之初導率
(300℃退火)…………………………………………………91
圖4-31  Allied公司的Metglas沖壓成之環形樣品不同厚度之初導率
(350℃退火)…………………………………………………92
圖4-32  Allied公司的Metglas沖壓成之環形樣品不同厚度之初導率
(400℃退火)…………………………………………………92
圖4-33  Allied公司的Metglas沖壓成之環形樣品不同厚度之初導率
(450℃退火)…………………………………………………93
圖4-34 Allied公司的Metglas沖壓成之環形樣品單一片於不同退火
溫度後之初導磁率…………………………………………..94
圖4-35  Allied公司的Metglas沖壓成之環形樣品10片於不同退火
溫度後之初導磁率…………………………………………..94圖4-36  Allied公司的Metglas沖壓成之環形樣品20片於不同退火
溫度後之初導磁率…………………………………………..95
圖4-37  Allied公司的Metglas沖壓成之環形樣品單一片於不同退火
溫度後之初導磁率…………………………………………..95
圖4-38 安泰公司的鐵基非晶薄帶&鐵基奈米晶薄帶的Hc值……96
圖4-39 安泰公司的鐵基非晶薄帶&鐵基奈米晶薄帶的Bs值……..96
圖4-40 安泰公司的鐵基非晶薄帶在450度退火後之磁滯曲線…….97
圖4-41 安泰公司的鐵基奈米晶薄帶在550度退火後之磁滯曲線…97

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