臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要以羰基鐵粉作為原料，在表面利用磷化處理生成一層磷酸鹽皮膜，此非磁性層可有效降低磁損失，使電流不容易達到飽和，可用來製備一體成形大功率電感器。結果證實添加2wt%磷酸可以得到膜厚均勻且絕緣性高之皮膜，並經由穿透式電子顯微鏡證實皮膜為非晶質結構，透過鹽霧試驗分析證實磷化處理可提高鐵粉耐腐蝕性。
為了改善鐵粉與高分子間之相容性，本研究亦利用離子型界面活性劑硬脂酸鈉及非離子型界面活性劑氨基矽烷，對經磷酸處理之羰基鐵粉進行改質。結果發現硬脂酸鈉有助於提高粉末的堆積密度，並因空間位阻效應而有較佳的流變性，即使表面經過預磨耗測試仍可提供較佳的抗腐蝕性，且可以提供磷化鐵粉成形前之潤滑性，並於樹脂固化時受到分解而不留在胚體當中，有助於提升其直流疊加特性與磁性質，但因分解所形成之胚體缺陷則會造成拉伸強度的劣化。而添加氨基矽烷改質有助於降低磷化鐵粉與環氧氯丙烷混合之黏度，並提高磷化鐵粉與環氧樹脂之相容性，使得胚體中氣隙分佈較均勻助於增加其直流疊加特性，並因矽烷與環氧樹脂產生化學鍵結使得胚體強度顯著提升。並且藉由矽烷改質可使磁區壁之移動較為容易，有效降低磁損失。

This study investigated phosphating treatment and surface modification effects on the electromagnetic properties of iron-based soft magnetic composites. Insulating coating can prevent iron rusting and provide higher saturation current effectively. It can be used to manufacture molded power inductors. The results showed that a well-distributed and high electrical resistance layer on the surfaces of the carbonyl iron powders can be obtained by the phosphating treatment using 2 wt% phosphoric acid. Based on the TEM results, a core-shell structure was successfully obtained and the phosphate shell was amorphous. To improve the compatibility between the iron powders and the polymer, the phosphated iron powders were also modified by using anionic surfactant, sodium stearate, and non-ionic surfactant, amino-silane respectively. The results showed that the fluidity, steric hindrance stability and abrasion resistance were promoted simultaneously by adding proper amount of sodium stearate. The addition of sodium stearate reduced the friction between the particles and the mold, which led to the density and magnetic properties were improved. On the other hand, the amino-silane modification can increase the compatibility between the phosphating iron powder and the polymer, and hence reducing the viscosities of the pastes composed of the phosphating iron powder and liquid epoxy resin and furthermore promoting the distribution of the air gap, rated current and power losses. The chemical bonding between the silane and epoxy can improve the tensile strength of the soft magnetic composites.

摘要 I
誌謝 VII
目錄 VIII
表目錄 XI
圖目錄 XII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的 2
第二章 前人研究與基礎理論 3
2-1 一體成形電感器 3
2-1-1 一體成形電感器簡介 3
2-1-2 電感之特性 4
2-1-3 電感之自我共振頻率 5
2-1-4 電感之感抗 5
2-1-5 電感之直流疊加特性 6
2-1-6 磁損耗 7
2-2 軟磁材料 11
2-2-1 鐵粉之種類 12
2-2-2 鐵粉芯包覆處理之研究進展 12
2-3 材料的腐蝕 15
2-3-1 腐蝕之型態 15
2-3-2 電動勢 18
2-4 化成皮膜 20
2-4-1 磷化皮膜之反應機制 20
2-4-2 磷化反應之動力學 22
2-4-3 磷化處理之步驟 23
2-4-4 金屬離子添加劑之影響 24
2-4-5 磷酸鹽皮膜包覆鐵粉芯研究進展 25
2-5 磨潤學 28
2-5-1 摩擦原理 28
2-5-2 磨耗機制 30
2-5-3 潤滑模式 32
2-5-4 固體潤滑劑之應用 34
2-6 添加劑之流變行為 35
2-6-1 懸浮液之分散機構 35
2-6-2 懸浮液之流變行為 37
2-6-3 界面活性劑之原理及分類 40
2-6-4 耦合劑之種類及其相關應用 40
2-6-5 環氧樹脂之反應機構及其特性 44
第三章 實驗步驟與方法 46
3-1 實驗藥品 46
3-1-1 起始原料 46
3-1-2 其它藥品 47
3-2 實驗流程 48
3-2-1 鐵粉磷酸鹽化成皮膜製備 48
3-2-2 添加硬脂酸鈉對磷化鐵粉表面改質之製備 49
3-2-3 添加矽烷耦合劑對磷化鐵粉表面改質製備 50
3-3 試片特性分析 51
3-3-1 振實密度分析 51
3-3-2 傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR) 51
3-3-3 光學顯微鏡(OM) 52
3-3-4 掃描式電子顯微鏡(SEM) 52
3-3-5 穿透式電子顯微鏡(TEM) 52
3-3-6 X-ray螢光成分分析(XRF) 52
3-3-7 X-ray繞射相鑑定(XRD) 53
3-3-8 熱分析(TG/DTA) 53
3-3-9 電阻率分析 54
3-3-10 磁性質分析 54
3-3-11 直流疊加特性分析 54
3-3-12 磁損失分析(Power Losses analyzer) 55
3-3-13 流變行為分析 55
3-3-14 拉伸試驗分析 55
3-3-15 鹽霧試驗分析 56
第四章 結果與討論 58
4-1 磷酸鹽皮膜化成處理之研究 58
4-1-1 磷酸添加量對羰基鐵粉流動性之影響 58
4-1-2 磷酸鹽皮膜之微結構與成分分析 60
4-1-3 磷酸添加量對磷化鐵粉耐溫性之影響 64
4-1-4 磷酸添加量對磷化鐵粉電磁性質之影響 68
4-1-5 磷酸添加量對磷化鐵粉磁損失之影響 72
4-1-6 磷酸添加量對磷化鐵粉耐候性之影響 74
4-2 磷化鐵粉表面改質之研究 76
4-2-1 離子型界面活性劑對磷化鐵粉表面改質之研究 76
4-2-1-1 硬脂酸鈉添加量對磷化鐵粉表面改質之影響 76
4-2-1-2 硬脂酸鈉添加量對磷化鐵粉流動性之影響 78
4-2-1-3 硬脂酸鈉添加量對磷化鐵粉電磁性質之影響 82
4-2-1-4 硬脂酸鈉添加量對磷化鐵粉耐磨耗性之影響 87
4-2-1-5 硬脂酸鈉添加量對磷化鐵粉/環氧樹脂拉伸強度之影響 90
4-2-1-6 硬脂酸鈉添加量對磷化鐵粉磁損失之影響 92
4-2-2 非離子型界面活性劑對磷化鐵粉表面改質之研究 94
4-2-2-1 矽烷耦合劑添加量對磷化鐵粉預水解反應參數之探討 94
4-2-2-2 矽烷耦合劑添加量對磷化鐵粉表面吸附量之影響 98
4-2-2-3 矽烷耦合劑添加量對磷化鐵粉流變性之影響 101
4-2-2-4 矽烷耦合劑添加量對磷化鐵粉電磁性質之影響 104
4-2-2-5 環氧樹脂含量對胚體拉伸強度及直流疊加特性之影響 108
4-2-2-6 矽烷耦合劑添加量對磷化鐵粉磁損失之影響 111
4-2-3 界面活性劑表面改質之綜合討論 113
第五章 結論 115
參考文獻 116

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