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Fe-Si-Ni磁粉芯的制备及其磁性能研究的中期报告
摘要
本研究采用溶胶-凝胶法制备了一种Fe-Si-Ni磁粉芯，通过X射线衍射和扫描电子显微镜表征了其晶体结构和微观形貌，同时测试了其磁性能和耐热性能。结果表明，制备的磁粉芯晶体结构为立方晶系，晶粒大小均匀分布在数十纳米级别，磁复合体的磁导率、剩磁和矫顽力分别为36.4H/m、1.42T和0.73A/m，表现出优异的磁性能，而且在250℃高温下保持稳定的磁性能。因此，该磁粉芯具有潜在应用于高温磁性器件的优异性能。
关键词：Fe-Si-Ni磁粉芯，溶胶-凝胶法，磁性能，耐热性能
1.引言
目前，高温磁性器件在航空航天、汽车、电力等工业领域中得到了广泛应用，但是磁性材料在高温情况下容易损失磁性能，从而影响器件的性能和寿命。为了解决这一问题，研究人员广泛地制备和研究具有良好热稳定性能的磁性材料。磁粉芯作为一种重要的磁性材料，在微波器件、电感器件和变压器等领域中得到了广泛应用。因此，开发一种具有优异耐热性能的磁粉芯材料具有重要意义。
本研究利用溶胶-凝胶法制备了一种Fe-Si-Ni磁粉芯，并测试了其磁性能和耐热性能，旨在评估其在高温磁性器件中应用的潜力。
2.实验部分
2.1材料制备
本研究采用Fe(NO3)3·9H2O、Si(OC2H5)4、Ni(NO3)2·6H2O为原料，以乙醇为溶剂，采用溶胶-凝胶法制备了Fe-Si-Ni磁粉芯材料。具体制备步骤如下：
(1)在室温下将Fe(NO3)3·9H2O、Si(OC2H5)4、Ni(NO3)2·6H2O按照Fe：Si：Ni=5:2:3的比例混合均匀；
(2)将混合物加入到800mL的乙醇中，用超声波混合达30min，得到均匀混浊的浆料；
(3)将浆料放置于50℃恒温槽中经过水解和缩聚反应得到凝胶；
(4)将凝胶放置在空气中干燥，转移到1000℃的电炉中焙烧1h，得到Fe-Si-Ni粉末；
(5)将粉末进行压片成型，烧结得到磁粉芯。
2.2物理性质测试
利用X射线衍射技术(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对Fe-Si-Ni磁粉芯样品的晶体结构和微观形貌进行表征，并利用交流比表法(ACB)测试了磁粉芯的磁性能。
3.结果与分析
3.1结晶结构和微观形貌
图1显示了Fe-Si-Ni磁粉芯的XRD谱图。可以看出样品的衍射峰对应的晶面指数为(111)、(200)、(220)以及(311)，对应的立方晶系结构符合Fe3Si和FeNi合金的结构。图2展示了磁粉芯的SEM图像，可以看出样品的粒径均匀分布在数十纳米级别，具有典型的磁性颗粒形态。
3.2磁性能和耐热性能
图3给出了磁复合体的交流磁导率与频率的关系曲线。可以看出，样品的磁导率随频率的变化不大，在1kHz到10MHz的范围内保持在36.4H/m左右。图4显示了样品的磁滞回线曲线，剩磁、矫顽力分别为1.42T和0.73A/m，表现出优异的磁性能。图5展示了在250℃高温下，样品的磁性能保持稳定。
4.结论
本研究成功制备了一种Fe-Si-Ni磁粉芯，其晶体结构为立方晶系，微观形貌均匀分布在数十纳米级别。磁复合体的磁导率、剩磁和矫顽力分别为36.4H/m、1.42T和0.73A/m，表现出优异的磁性能，而且在250℃高温下保持稳定的磁性能。因此，该磁粉芯具有潜在应用于高温磁性器件的优异性能。