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研究生:陳奕翰
研究生(外文):Yi-HanChen
論文名稱:以雙氣體霧化、粉末混合及熱壓製程製作Fe-Si/陶瓷之複合材及其磁性質、機械性質之探討
論文名稱(外文):Utilizing Dual-Jet Atomization, Powder mixing and Hot Pressing to synthesize Fe-Si/Ceramics Composite and Study of its Magnetic and Mechanical Properties
指導教授:曹紀元
指導教授(外文):Chi-Yuan Tsao
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:材料科學及工程學系
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:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:鐵矽合金雙氣體霧化製程軟磁複合材料熱壓磁性質
外文關鍵詞:Fe-6.5wt%SiRapid-Solidifying AtomizationHot Pressing (HP)Soft magnetic Composites(SMCs)Magnetic properties
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在磁性金屬材料的領域當中,鐵矽合金一直以來都是廣為討論的鐵基合金,高矽量之鐵矽合金具有高電阻(80μΩ-cm)以及高相對導磁率(2.8*104)等優異之磁性質,然而為解決在高頻環境下磁性材料產生的渦流損耗,而發展出軟磁複合材料(SMC, Soft Magnetic Composite),不同於層狀絕緣的矽鋼片,絕緣相包覆於磁性粉體,使磁性粉體彼此間互不相連,此類型材料可減少渦流損耗,具有更低的鐵損,此外,亦可以應用於三維之磁路環境,提升磁性材料設計方面的自由度。
本篇研究利用快速凝固之雙氣體霧化製程之專利製備Fe–6.5wt.%Si預合金粉末,可製備出近圓球形之粉末,搭配將此預合金粉末混合絕緣相,使絕緣相能分佈於鐵矽粉末之間,製備出具有SMC結構之粉末。
本篇研究最終將具SMC結構之混合粉末使用熱壓的方式直接成型,搭配適當時間、料溫、負載等參數,探討不同絕緣相比例之熱壓塊材其顯微組織、相分析對磁性質及機械性質的影響,其中熱壓塊材之渦流損耗最多可減少約28%,壓縮強度約為400~500MPa。
Fe-6.5wt%Si pre-alloyed powders was successfully synthesized by rapid-solidifying atomization (RSA). We mixed the Fe-6.5wt%Si powders with Bi2O3 powders by homemade v-blender. The mixed powders were synthesized into bulks by Hot Pressing (HP) with suitable parameters (pressure.temperature.time) to achieve the Soft magnetic Composites (SMCs) structure. The relationships between microstructure and properties (phase ratio, magnetic properties, and mechanical properties ) in HPed Fe-6.5Si bulk and HPed Fe-6.5Si/Ceramic SMC were investigated.
目錄
中文摘要 II
英文延伸摘要 III
致謝 VIII
目錄 IX
表目錄 XIII
圖目錄 XIV
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目標 2
第二章、文獻回顧與理論基礎 3
2.1 磁性基礎理論[2-7] 3
2.1.1 磁荷與磁場之關係 3
2.1.2 磁矩與磁化量之關係 4
2.1.3 磁性分類 5
2.1.4 磁矩的來源與能帶理論 8
2.1.5 磁域自由能(Landau-Lifshitz free energy) 10
2.1.6 磁域(Magnetic domain)理論 13
2.1.7 磁滯曲線各階段說明 13
2.1.8 磁性質重要指標之影響因子 15
2.1.9 鐵損介紹 17
2.2 SMC軟磁複合材料[9] 18
2.3 雙氣體霧化法(Dual-Jet Gas Atomization)[11] 20
2.3.1 雙氣體霧化製程 20
2.3.2 雙氣體霧化製程簡介 21
2.4 材料成份選擇 22
2.4.1 鐵矽合金&矽鋼片發展 22
2.4.2 絕緣相(氧化鉍) 23
2.5 粉末混合(Powder mixing)[14] 24
2.5.1 粉末混合之定義 24
2.5.2 混合度 24
2.5.3 混合機構及混合特性曲線 25
2.6 熱壓成型(Hot pressing) 26
2.7 分析相關 27
2.7.1 X-射線繞射分析儀(X-Ray Diffractometer, XRD)[15-17] 27
2.7.2 震動磁量儀(Vibrating Sample Magnetometer, VSM)[3] 28
第三章、實驗方法及步驟 30
3.1 實驗流程 30
3.1.1 鐵矽預合金粉末製備 30
3.1.2 混合粉末之製備 30
3.1.3 熱壓實驗 31
3.2 分析與量測 31
3.2.1 粉末成份分析 31
3.2.2 粉末粒徑分篩 31
3.2.3 粉末微觀組織分析 32
3.2.4 粉末混合度分析 33
3.2.5 粉末結晶結構分析 33
3.2.6 粉末磁性質分析 33
3.2.7 鐵損分析 33
3.2.8 機械性質分析 34
第四章、結果與討論 35
4.1 噴覆成型鐵矽預合金粉末 35
4.1.1 雙氣體霧化製程參數與粒徑分佈結果 35
4.1.2 鐵矽預合金粉末成分分析 35
4.1.3 鐵矽預合金粉末外觀分析 35
4.1.4 鐵矽預合金粉末顯微組織分析 35
4.1.5 鐵矽預合金粉末相性質分析 35
4.1.6 鐵矽預合金粉末磁性質分析 36
4.2 混合粉之粉末性質 36
4.2.1 粉末混合度分析 36
4.3 混合粉經熱壓燒結之熱壓塊材分析 37
4.3.1 熱壓塊材外觀 37
4.3.2 熱壓塊材成分分析 37
4.3.3 熱壓塊材顯微組織分析 37
4.3.4 熱壓塊材相性質分析 38
4.3.5 熱壓塊材磁性質分析 38
4.3.6 熱壓塊材機械性質分析 41
第五章、結論 42
參考文獻 45
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