磁粉复合材料的传导噪声研究范文

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《湖北汽车工业学院学报》2015年第一期

1实验

1.1样品制备实验采用气体雾化制得的铁硅铝铬（Fe-2Si-6Al-7Cr，wt%质量百分数）合金粉末为原料，按球料质量比10∶1，球磨机转速250r•min-1，经球磨时间12h制得片状磁粉，并在500℃下退火1h。然后将片状磁粉和硅橡胶在双辊开炼机中进行混炼，混炼均匀后在平板硫化机上进行模压硫化定型。混炼胶在硫化温度160℃，压力15MPa下硫化15min，即可获得电磁噪声抑制片样品。样品中磁粉填充浓度分别为80%和85%，尺寸为50mm×50mm×t，样品厚度t分别为0.5mm、0.75mm和1.0mm。

1.2样品测试与表征采用Quanta200型扫描电镜对制备的Fe-Si-Al-Cr合金磁粉和噪声抑制片样品截面进行形貌观测。采用微带线法测试样品的传导噪声抑制特性，测试系统可参见文献［15］，测试频率为0.5～6GHz。

2结果及分析

2.1形貌分析经过球磨制备的Fe-Si-Al-Cr合金磁粉的扫描电镜照片如图1a所示，球磨后的合金粉末颗粒均呈现出片状形貌，颗粒直径大多为20～50μm，厚度约为1μm，颗粒纵横比（直径∶厚度）都在20以上。球磨后的片状颗粒具备很强的形状各向异性，且厚度较薄，能有效抑制高频涡流损耗的影响［10］。图1b为填充浓度80%，尺寸50mm×50mm×1.0mm样品的截面扫描电镜照片。由图1b可知，片状磁粉在噪声抑制片样品中呈定向排布，其颗粒平面与抑制片膜面方向平行，且片状粉末之间由橡胶隔开。片状颗粒呈定向排布是由于混炼过程中开炼机的双辊对混炼胶的剪切应力所致。

2.2填充浓度对传导噪声抑制特性的影响图2为磁粉填充浓度分别为80%和85%、尺寸均为50mm×50mm×0.5mm样品的S参数和功率损耗比曲线。由图2a可知，样品的反射参数S11随着片状磁粉填充浓度的增加而有轻微的增大，在0.5～3.5GHz频率范围内S11曲线峰值所对应的频率向低频稍有移动。这表明样品中磁粉填充浓度增大、反射增强，这是由于浓度越大样品的电磁参数越大，导致微带线夹具样品覆盖区域的等效电磁参数变大，从而引起阻抗匹配性能变差所致。在图2b中，当填充浓度为80%时，样品的传输参数S21曲线在测试频率范围内没有出现明显的峰值，在5.0GHz后达到-10dB；而当填充浓度为85%时，S21曲线在测试频率范围内出现了明显的单峰，峰值为-19.9dB，对应频率为4.82GHz，S21在3.55GHz后均达到-10dB。可见，随着样品中磁粉填充浓度的增加，电磁波的传输减小。由图2c可以看出，功率损耗比在低频段随频率的升高而逐渐增大，在高频段趋于稳定；随着磁粉填充浓度增大，样品的传导噪声抑制性能明显提高，当填充浓度为80%时，功率损耗比在3.95～6GHz内均达到0.9，而当填充浓度为85%时，功率损耗比达到0.9的频率范围为2.84～6GHz。

2.3填充浓度对传导噪声抑制特性的影响磁粉填充浓度为85%，厚度分别为0.5mm、0.75mm和1.0mm样品的S参数和功率损耗比曲线如图3所示，S参数和功率损耗比曲线随样品厚度增大的变化趋势同随磁粉填充浓度增大的变化趋势是类似的。随着样品厚度的增大，S11增大，反射增强，S21的衰减频带变宽，并移向低频。当样品厚度为0.75mm时，S21达到-10dB的频率范围为2.65～6GHz，功率损耗比在2.24～6GHz内均达到0.9；当厚度增加到1.0mm时，S21达到-10dB的频率范围进一步扩大到2.20～6GHz，功率损耗比达到0.9的频率范围也进一步扩大到1.86～6GHz，而且在2～6GHz内功率损耗比均维持在95%左右。可见，随着厚度的增大，样品的传导噪声抑制性能明显提高。另外这3种不同厚度的样品均表现出优异的电磁噪声抑制性能，尤其是厚1.0mm的样品。式中：M为饱和磁化强度；f为频率。功率损耗与磁损耗及样品厚度存在一定的正比例关系。而磁损耗随着磁粉填充浓度的增加而增大，因此磁粉填充浓度和样品厚度的增加都可以提高样品的传导电磁噪声抑制性能。此外，传导电磁噪声抑制片对电磁能量的损耗主要来源于材料的磁损耗，而具有高颗粒纵横比的片状Fe-Si-Al-Cr磁粉由于其高饱和磁化强度和强形状各向异性，在GHz频段能保持高磁导率高磁损耗特性，因此，即使在磁粉填充浓度为80%、样品厚度为0.5mm的情况下，用片状Fe-Si-Al-Cr磁粉制备的电磁噪声抑制片仍然具有优良的噪声抑制性能。综上可见，片状Fe-Si-Al-Cr合金磁粉是一种优良的GHz频段宽频带电磁噪声抑制材料。

3结论

1）具备高颗粒纵横比的片状Fe-Si-Al-Cr合金磁粉是一种优良的GHz频段宽频带电磁噪声抑制材料；通过增加样品中磁粉的填充浓度和样品厚度可以提高其电磁噪声抑制特性。2）片状Fe-Si-Al-Cr合金磁粉填充浓度为85wt%、尺寸为50mm×50mm×1.0mm的电磁噪声抑制片样品，功率损耗比在1.86～6GHz内达90%以上，在2～6GHz内均维持在95%左右，可满足高性能GHz频段宽频带电磁噪声抑制片的应用需求。

作者：张传坤罗啸李伟马亚楠张雄杨俊涛单位：湖北汽车工业学院理学院