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系統識別號 U0026-2507201614371400
論文名稱(中文) 鐵矽鉻壓粉磁芯之微觀結構與磁性質關係之研究
論文名稱(英文) Relationship between the microstructure and magnetic properties of Fe-Si-Cr powder cores
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 資源工程學系
系所名稱(英) Department of Resources Engineering
學年度 104
學期 2
出版年 105
研究生(中文) 何冠廷
研究生(英文) Kuan-Ting Ho
學號 N46031156
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 66頁
口試委員 指導教授-向性一
口試委員-吳毓純
口試委員-曾文甲
中文關鍵字 鐵矽鉻  氧化層  初導磁係數  電感  軟磁複合材料 
英文關鍵字 Fe-Si-Cr alloys powder  soft magnetic material  magnetic property  oxide layer  Y(NO3)3 
學科別分類
中文摘要 鐵矽鉻合金粉末製作之磁性元件由於具有高導磁係數、高飽和磁化量及相當優異之直流疊加特性,因此目前已廣泛應用於大電流功率電感器上。本研究以單軸加壓成型的方式製作鐵矽鉻合金胚體,再以不同熱處理溫度進行退火處理,使鐵矽鉻合金粉末之晶粒外圍形成一氧化層以降低磁損失。但過量的氧化層亦會使磁性質下降,因此期望透過添加不同量的硝酸釔來控制鐵矽鉻合金粉末表面氧化層的形成。
本研究建立成型壓力、硝酸釔添加量、熱處理溫度與胚體密度、應變能、氧化層厚度及電磁性質間之關係。結果顯示隨著成型壓力由500MPa增大至800MPa,相對密度逐漸提高,使得飽和磁化量增高,進而使初導磁係數亦由30提高到40。而經過退火熱處理之後,使得胚體內部之應變能降低,初導磁係數大幅上升。在熱處理溫度方面,隨著溫度的上升,胚體的電阻值也有所提升。胚體的直流疊加特性隨著熱處理溫度上升亦有所提升。添加0.02wt%硝酸釔可改善鐵矽鉻合金粉末磁性元件之品質因子。
英文摘要 The magnetic components made using Fe-Si-Cr alloy have been widely used in high-current power inductors due to its high initial permeability, high saturation magnetization and the excellent DC bias characteristics. In this study, Fe-Si-Cr alloy bodies were prepared by using a uniaxial press molding and then annealed at different heat treatment temperatures to form a chromium-rich oxide layer to reduce the magnetic losses. However, too thick oxide layer formed on the Fe-Si-Cr alloy powder will lead to the degradation of initial permeability. Therefore, adding different amounts of yttrium nitrate into Fe-Si-Cr alloy powder was used to control the oxide layer formation. In this study, the relationships between the molding pressure, the amount of yttrium nitrate addition, heat treatment temperature, density, oxide layer thickness and electromagnetic properties were investigated. The results showed that the relative density gradually increased with increasing molding pressure, which led to the saturation magnetization increased, thereby enabling to improve the initial permeability from 30 to 39. After annealing, the internal strain was reduced, which resulted in the initial permeability increasing substantially. Moreover, the electric resistivity and DC superposition characteristics also increased with increasing heat treatment temperature. The initial permeability can be maintained at about 40, but the magnetic loss can be reduced by adding 0.02wt% yttrium nitrate.
論文目次 摘要 I
誌謝 VI
目錄 VII
表目錄 X
圖目錄 XI
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 金屬功率電感器 3
2-1-1 金屬功率電感器介紹 3
2-1-2 電感器之特性 5
2-1-3 電感之自我共振頻率 5
2-1-4 電感之感抗 6
2-1-5 電感之直流疊加特性 7
2-1-6 初導磁係數 7
2-1-7 磁損耗 8
2-2 軟磁材料 12
2-2-1 鐵粉之種類 13
2-2-2 絕緣層包覆鐵粉之研究進展 13
2-3 鐵矽鉻合金熱處理之特性 16
2-3-1 鐵矽鉻合金氧化機制 16
2-3-2 添加硝酸釔改變氧化層形成 16
第三章 實驗步驟與方法 17
3-1 實驗藥品 17
3-1-1 起始原料 17
3-1-2 其他藥品 18
3-2 實驗流程 19
3-2-1 鐵矽鉻胚體製備及熱處理 19
3-2-2 鐵矽鉻添加硝酸釔表面改質製備及熱處理 19
3-3 樣品特性分析 21
3-3-1 掃描式電子顯微鏡(SEM) 21
3-3-2 X-Ray螢光成分分析(XRF) 21
3-3-3 X-Ray繞射相鑑定(XRD) 21
3-3-4 熱重/熱差分析(DTA/TG) 22
3-3-5 直流電阻率分析 22
3-3-6 磁性質分析 23
3-3-7 直流疊加特性分析 23
3-3-8 磁損失分析(Power Losses Analyzer) 23
3-3-9 X光光電子能譜儀(X-ray Photoelectron Spectrometer) 23
3-3-10 超導量子干涉震動磁量儀(SQUID VSM) 24
3-3-11 穿透式電子顯微鏡(TEM) 24
第四章 結果與討論 25
4-1 鐵矽鉻合金粉末熱處理之研究 25
4-1-1 鐵矽鉻粉末熱處理前後表面成分分析 25
4-1-2 鐵矽鉻粉末熱重/熱差分析 25
4-1-3 鐵矽鉻胚體剖面顯微結構分析 26
4-1-4 鐵矽鉻胚體熱處理前後XPS縱深分析 31
4-1-5 鐵矽鉻胚體熱處理前後電阻率分析 32
4-1-6 鐵矽鉻胚體熱處理前後內部應變變化之分析 33
4-1-7 鐵矽鉻胚體熱處理前後SQUID分析 36
4-1-8 鐵矽鉻胚體熱處理前後直流疊加特性分析 38
4-1-9 鐵矽鉻胚體熱處理前後初導磁係數分析 40
4-1-10 鐵矽鉻胚體熱處理後磁損失分析 44
4-2 添加硝酸釔對鐵矽鉻合金粉末性質影響之研究 45
4-2-1 鐵矽鉻粉末添加硝酸釔後熱重/熱差分析 46
4-2-2 添加硝酸釔對鐵矽鉻胚體顯微結構之影響 47
4-2-3 鐵矽鉻添加硝酸釔後XPS縱深分析 52
4-2-4 鐵矽鉻胚體添加硝酸釔後電阻率分析 54
4-2-5 鐵矽鉻添加硝酸釔熱處理後SQUID分析 55
4-2-6 不同硝酸釔添加量對直流疊加特性之影響 57
4-2-7 鐵矽鉻加入硝酸釔熱處理後初導磁係數分析 58
4-2-8 不同硝酸釔添加量對磁損失之影響 61
第五章 結論 63
參考文獻 65
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