磁粉復合材料的傳導噪聲研究范文

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《湖北汽車工業學院學報》2015年第一期

1實驗

1.1樣品制備實驗采用氣體霧化制得的鐵硅鋁鉻（Fe-2Si-6Al-7Cr，wt%質量百分數）合金粉末為原料，按球料質量比10∶1，球磨機轉速250r•min-1，經球磨時間12h制得片狀磁粉，并在500℃下退火1h。然后將片狀磁粉和硅橡膠在雙輥開煉機中進行混煉，混煉均勻后在平板硫化機上進行模壓硫化定型?；鞜捘z在硫化溫度160℃，壓力15MPa下硫化15min，即可獲得電磁噪聲抑制片樣品。樣品中磁粉填充濃度分別為80%和85%，尺寸為50mm×50mm×t，樣品厚度t分別為0.5mm、0.75mm和1.0mm。

1.2樣品測試與表征采用Quanta200型掃描電鏡對制備的Fe-Si-Al-Cr合金磁粉和噪聲抑制片樣品截面進行形貌觀測。采用微帶線法測試樣品的傳導噪聲抑制特性，測試系統可參見文獻［15］，測試頻率為0.5～6GHz。

2結果及分析

2.1形貌分析經過球磨制備的Fe-Si-Al-Cr合金磁粉的掃描電鏡照片如圖1a所示，球磨后的合金粉末顆粒均呈現出片狀形貌，顆粒直徑大多為20～50μm，厚度約為1μm，顆?？v橫比（直徑∶厚度）都在20以上。球磨后的片狀顆粒具備很強的形狀各向異性，且厚度較薄，能有效抑制高頻渦流損耗的影響［10］。圖1b為填充濃度80%，尺寸50mm×50mm×1.0mm樣品的截面掃描電鏡照片。由圖1b可知，片狀磁粉在噪聲抑制片樣品中呈定向排布，其顆粒平面與抑制片膜面方向平行，且片狀粉末之間由橡膠隔開。片狀顆粒呈定向排布是由于混煉過程中開煉機的雙輥對混煉膠的剪切應力所致。

2.2填充濃度對傳導噪聲抑制特性的影響圖2為磁粉填充濃度分別為80%和85%、尺寸均為50mm×50mm×0.5mm樣品的S參數和功率損耗比曲線。由圖2a可知，樣品的反射參數S11隨著片狀磁粉填充濃度的增加而有輕微的增大，在0.5～3.5GHz頻率范圍內S11曲線峰值所對應的頻率向低頻稍有移動。這表明樣品中磁粉填充濃度增大、反射增強，這是由于濃度越大樣品的電磁參數越大，導致微帶線夾具樣品覆蓋區域的等效電磁參數變大，從而引起阻抗匹配性能變差所致。在圖2b中，當填充濃度為80%時，樣品的傳輸參數S21曲線在測試頻率范圍內沒有出現明顯的峰值，在5.0GHz后達到-10dB；而當填充濃度為85%時，S21曲線在測試頻率范圍內出現了明顯的單峰，峰值為-19.9dB，對應頻率為4.82GHz，S21在3.55GHz后均達到-10dB?？梢?，隨著樣品中磁粉填充濃度的增加，電磁波的傳輸減小。由圖2c可以看出，功率損耗比在低頻段隨頻率的升高而逐漸增大，在高頻段趨于穩定；隨著磁粉填充濃度增大，樣品的傳導噪聲抑制性能明顯提高，當填充濃度為80%時，功率損耗比在3.95～6GHz內均達到0.9，而當填充濃度為85%時，功率損耗比達到0.9的頻率范圍為2.84～6GHz。

2.3填充濃度對傳導噪聲抑制特性的影響磁粉填充濃度為85%，厚度分別為0.5mm、0.75mm和1.0mm樣品的S參數和功率損耗比曲線如圖3所示，S參數和功率損耗比曲線隨樣品厚度增大的變化趨勢同隨磁粉填充濃度增大的變化趨勢是類似的。隨著樣品厚度的增大，S11增大，反射增強，S21的衰減頻帶變寬，并移向低頻。當樣品厚度為0.75mm時，S21達到-10dB的頻率范圍為2.65～6GHz，功率損耗比在2.24～6GHz內均達到0.9；當厚度增加到1.0mm時，S21達到-10dB的頻率范圍進一步擴大到2.20～6GHz，功率損耗比達到0.9的頻率范圍也進一步擴大到1.86～6GHz，而且在2～6GHz內功率損耗比均維持在95%左右?？梢?，隨著厚度的增大，樣品的傳導噪聲抑制性能明顯提高。另外這3種不同厚度的樣品均表現出優異的電磁噪聲抑制性能，尤其是厚1.0mm的樣品。式中：M為飽和磁化強度；f為頻率。功率損耗與磁損耗及樣品厚度存在一定的正比例關系。而磁損耗隨著磁粉填充濃度的增加而增大，因此磁粉填充濃度和樣品厚度的增加都可以提高樣品的傳導電磁噪聲抑制性能。此外，傳導電磁噪聲抑制片對電磁能量的損耗主要來源于材料的磁損耗，而具有高顆粒縱橫比的片狀Fe-Si-Al-Cr磁粉由于其高飽和磁化強度和強形狀各向異性，在GHz頻段能保持高磁導率高磁損耗特性，因此，即使在磁粉填充濃度為80%、樣品厚度為0.5mm的情況下，用片狀Fe-Si-Al-Cr磁粉制備的電磁噪聲抑制片仍然具有優良的噪聲抑制性能。綜上可見，片狀Fe-Si-Al-Cr合金磁粉是一種優良的GHz頻段寬頻帶電磁噪聲抑制材料。

3結論

1）具備高顆粒縱橫比的片狀Fe-Si-Al-Cr合金磁粉是一種優良的GHz頻段寬頻帶電磁噪聲抑制材料；通過增加樣品中磁粉的填充濃度和樣品厚度可以提高其電磁噪聲抑制特性。2）片狀Fe-Si-Al-Cr合金磁粉填充濃度為85wt%、尺寸為50mm×50mm×1.0mm的電磁噪聲抑制片樣品，功率損耗比在1.86～6GHz內達90%以上，在2～6GHz內均維持在95%左右，可滿足高性能GHz頻段寬頻帶電磁噪聲抑制片的應用需求。

作者：張傳坤羅嘯李偉馬亞楠張雄楊俊濤單位：湖北汽車工業學院理學院