非晶纳米晶合金材料的工艺技术、产业化和应用

非晶纳米晶合金材料的工艺技术、产业化和应用

自从1960年Duwez教授等人发明液态金属快淬技术制取Au-Si非晶合金和1966年发明Fe-P-C 非晶软磁合金以来，美国、日本、德国、前苏联和中国等相继开展了非晶合金的研究工作，并在20世纪70~80年代形成非晶合金研究开发的第一次热潮。由于非晶合金制备工艺简单独特、材料性能优异等显著优点，应用范围不断扩大，四十多年来一直是冶金和材料领域的研究热点之一。尤其在1988年日本Yashizawa教授等人在非晶化的基础上发明了纳米晶合金，从而开创了软磁材料的新纪元，大大促进了非晶材料制备设备、工艺技术的发展和材料开发应用，推动了非晶纳米晶产业的发展[1~3, 8]。

目前，利用快淬金属工艺技术制备的非晶材料已被广泛地应用于工业领域，除我们熟悉的磁性材料外，还有非晶钎焊材料、非晶催化材料、磁敏及传感器材料等；应用的材料形态有带材、丝材、粉末及薄膜等。现代科学技术的发展，也大大促进了非晶纳米晶产业的发展，不仅提高了非晶合金制带设备和工艺技术水平，使其生产设备和技术更加自动化、现代化，保证了产品的质量，提高了产品的技术含量，从而满足现代电子技术发展的需要，而且也促进了新技术新材料研究、开发、应用[1~9]。

1 国外非晶纳米晶产业概况

美国曾是世界上最大的非晶材料制造商，Honeywell公司Metglas业务部（前身为Allied Signal公司），是非晶材料制造技术的平板流技术专利所有者，年生产能力3万吨以上，实际年产1~2万吨，带材生产实现自动控制和自动卷取。2003年被日本日立金属公司收购。Honeywell公司Metglas业务部拥要两个独资工厂：美国Conway非晶金属制带厂和印度Gurgaon电子铁芯元件厂，两个合资公司：日本非晶质金属公司（NAMCO）和上海汉威非晶金属公司（SHZAM）。在美国Conway非晶金属制带厂，有年产万吨级非晶带材生产线两条，主要生产Metglas2605SA-1，最大带材宽度为250mm，配有自动在线卷取设备及年产千吨级和百吨级非晶带材生产线各一条，主要生产电子材料、钎焊材料和新材料，最大带材宽度为220 mm 和100 mm，配有自动在线卷取设备[6, 7]。

日本主要有Hitachi（日立金属公司）和Toshiba（东芝公司）。Hitachi公司是利用快淬技术在非晶化基础上制备纳米晶软磁合金材料的发明者，2003年收购了Honeywell公司的非晶金属部分（Metglas业务部），今后将是世界上最大非晶纳米晶材料生产供应商，产品包括目前所有的市售商品，尤其以铁基纳米晶(Finemet)的系列化产品占据世界非晶纳米晶领域的重要地位，它拥有一条配有自动在线卷取设备的非晶带材生产线，年生产能力达百吨，最大宽度为150 mm。Toshiba公司主要生产Co基非晶产品，带材质量和性能居世界领先地位，尤其是磁放大器类产品，在市场上占有相当地位。带材生产实现自动化，最大宽度在100 mm 左右[7]。

德国的真空熔炼公司（VAC）通过购买非晶纳米晶软磁合金专利许可证的方式获得生产许可，主要生产用于电子产品的Co基非晶和Fe基纳米晶材料，并在专利基础上研制开发出不同用途的新型合金材料。也是非晶纳米晶材料重要制造商之一。带材实现自动化生产，非晶带材最大宽度为150mm[7]。

在俄罗斯（前苏联），主要开发一些Co基非晶合金产品，近几年同韩国的由由公司合作开发应用Co基产品，虽然生产规模不太大，但设备及自动化技术水平不低。

国外非晶合金的自动化生产线如图1所示[7]。

2 国内非晶纳米晶产业概况

中国非晶材料研究工作始于20世纪70年代中期，80~90年代国家科委、原冶金部等组织钢铁研究总院（转制企业为安泰科技）、上海钢铁研究所（转制企业为上海安泰至高）以及有关高校院所进行多次联合科技攻关，使我国非晶纳米晶材料产业从无到有、从小到大，逐渐发展成为非晶纳米晶合金研究开发生产的大国。尽管我们的制带设备和工艺技术的自动化、现代化程度与国外先进设备技术相比还存在一定差距，但这些自主开发的工装设备在我国非晶纳米晶合金产业化中发挥了很大的作用。二十多年来，我国的冶金材料工作者在非晶带材生产设备方面研制出实验室制带机组、中试生产线、年产百吨千吨级非晶带材生产线；目前正在自主开发高精度、高质量非晶纳米晶薄带生产线。在材料方面开发出多种非晶纳米晶软磁材料、非晶钎焊材料、非晶催化材料、建筑用快淬材料及非晶纳米晶传感材料等；并研究开发出各种各样的非晶纳米晶铁芯器件，应用在电子工业中，还研究了用于电力工业的非晶配电变压器[1, 8, 12, 13]。

国内具有完整非晶纳米晶生产线的生产企业主要是安泰科技股份有限公司（非晶制品分公司和控股公司棗上海安泰至高非晶金属有限公司）、首钢冶金研究院、江西大有、北京冶科、上海爱晨，此外就是若干生产规模不大、品种相对较少的民营或集体企业；还有一些购买带材加工制作非晶纳米晶磁性器件的企业，生产规模有限。但在这些企业中，真正具有研究开发技术力量的单位也只有安泰科技股份有限公司。

3 非晶纳米晶材料的生产工艺及性能特点

3.1 生产工艺

非晶合金材料的生产由于其冷却速度高达106℃/s，必需采用独特的冷却方式才能实现。纳米晶合金材料是在非晶材料的基础上通过特殊的热处理工艺使之部分晶化形成的，因此快淬技术制备非晶合金的生产工艺技术都可以借用来生产制造纳米晶合金材料。

通常非晶带材的制备方法是外圆法，这一方法已发展成为工业生产应用最广泛的实用方法棗单辊制带法，国外和国内的千吨级非晶带材生产线都是采用此方法制取非晶薄带的，生产工艺流程如图1所示。国内还自主开发了没有在线卷取设备的单包、三包法制带机组，如图2所示（三包法），该设备简单实用，工艺流程短，自动化程度不太高，适合小规模生产，符合我国国情[1, 2]。

非晶丝材的制备方法研究不少，比较实用的是采用内圆水纺法原理的喷丝法(50

~

150m)

和玻璃包覆拉丝法。前者适合规模化工业生产，后者适合研究开发工作。就目前来讲，丝材生产应用不太广泛，工艺装备发展有限[8, 9]。

非晶粉末的制备方法有雾化法、高能球磨法及非晶带材破碎法等。由于目前设备工艺条件的限制，使用雾化法要想获得105℃/s的冷却速度并满足大规模工业生产及成本要求，确实非常困难；高能球磨法也同样面临工业生产及成本问题；根据我们的国情，非晶带材破碎法适合大规模工业化生产需要[2, 12~14]。

非晶薄膜的制备方法有真空蒸镀法、溅射法、化学气相反应沉积法等，由于它们与快淬技术制备非晶合金的技术工艺差异很大，其现状不太清楚[9]。

3.2 性能特点、组织结构及机理

通过添加Si、B等元素利用快淬技术制成Fe基、Fe-Ni基和Co基非晶合金材料，其组织特征是原子排列呈现短程有序（1.5± 0.1nm），长程无序。该类合金具有饱和磁感应强度高、磁导率高和高频损耗低等优异软磁性能。从铁磁学的有关理论知道，各向异性常数是影响软磁性能的关键因素。非晶合金中不存在磁晶各向异性；虽存在形状各向异性，但由于厚

度薄（0.02

~

0.04mm）形状各向异性常数很小；没有晶界和夹杂；应力-磁致伸缩各向异性通过后退火工艺消除；电阻率高，高频特性好；感生各向异性存在，有利于通过横向和纵向磁场处理来充分利用非晶合金性能[1, 2, 5, 11]。

Yoshizawa等人首先发现，在Fe-Si-B非晶合金的基体中加入少量 Cu和M（M=Nb、Mo、W、Ta等），经适当温度晶化退火以后，可获得一种性能优异、具有bcc 结构的超细晶粒（约10nm）软磁合金，这就是纳米晶软磁合金。由于纳米晶合金的磁性更加优异，尤其是它的初始磁导率高和高频特性好，引起国内外学者的大量研究，研制开发成各种各样的磁性器件应用于电力、电子技术领域。

纳米晶软磁合金的组织是在非晶组织基础上部分晶化而成的，其最终组织为bcc Fe(Si)＋非晶的双相组织。纳米晶软磁合金材料具有优异软磁性能的机理尚未完全清楚，但诸多学者研究认为晶粒尺寸细小使局域各向异性变小和磁致伸缩系数低于铁基非晶合金是两个关键因素。磁致伸缩系数变小是与它主相为含Si、B的bcc Fe固溶体有关。当晶粒尺寸达到纳米量级而小于交换长度L ex时，则这些无规则取向的小晶粒的磁晶各向异性将被平均而表现出很低的有效各向异性，揭示了纳米晶软磁合金具有优良软磁特性的重要原因。有效各向异性常数值变小是由于有效各向异性正比于D n(n>1)，晶粒尺寸D减小，导致＜K＞变小，

而合金起始磁导率μ

i ＝PμJ

s

2/μ

，值越小，值越大，矫顽力H c正比于D n(n=6, 2)，

D值小，H

小[2, 10, 11]。

c

非晶纳米晶合金材料的优异软磁性能与其他软磁合金性能比较参见图3。

3.3 研究开发动态

由于现代电子技术的发展，对电子元器件产品尺寸和性能的要求越来越高，尤其高频技术及电磁兼容技术的发展，给非晶纳米晶合金材料的广泛应用带来良好的商机，也促使非晶纳米晶行业通过研究开发，不断开发新材料、新产品，并努力提高现有非晶带材及制品质量。主要研究开发工作有以下几个方面：

·改进生产工艺技术装备，提高带材质量，使其达到剪切水平；

·开发新型铁基非晶合金，形成高B s、低B r，满足大型脉冲电源需要；

·开发新型钴基非晶合金，满足电力电子技术和高频电子技术需要；

·开发新型FeCuMSiB系纳米晶合金，满足不同性能需要；

·开发新型FeMB系纳米晶合金，进行技术储备；

·非晶纳米晶软磁合金粉末及粉末制品；

·开发具有巨磁阻抗效应的钴基非晶和纳米晶合金磁敏材料；

·非晶纳米晶薄膜磁性材料，即借助镀膜技术制成磁性薄膜；

·大块铁磁性非晶合金，解决合金材料的成本高、需要添加Zr(易氧化)、Ga(贵且少)等元素及块体尺寸太小等问题[2~9, 11~15]。

4 非晶纳米晶材料的应用

非晶纳米晶合金材料的大规模工业生产应用除化学法制备的纳米粉末及粉体材料外，就是快淬技术制备的非晶纳米晶合金材料，一般先制成非晶薄带，再加工成各种各样的磁性器件，广泛应用于电力、电子工业领域，图4归纳了非晶纳米晶合金在国内的应用情况。

作者认为在以下几个方面应用前景看好：

·非晶电力变压器铁芯；

·精密电流互感器铁芯；

·大功率开关电源和逆变电源用变压器铁芯；

·开关电源用变压器、滤波器及互感器等磁性器件；·各种电抗器和滤波器用铁芯；

·磁放大器及尖峰抑制器铁芯；

·抗EMI和抗噪声干扰器件；

·在高灵敏度场合下使用的各种磁性器件。

非晶纳米晶软磁材料都有哪些

如果金属或合金的凝固速度非常快（例如用每秒高达一百万度的冷却速率将铁－硼合金熔体凝固），原子来不及整齐排列便被冻结住了，其排列方式类似于液体，是混乱的，这就是非晶合金。非晶纳米晶软磁材料都有哪些？您可以咨询安徽华晶机械有限公司，下面小编为您简单介绍，希望给您带来一定程度上的帮助。 非晶软磁合金材料的种类： 1、铁基非晶合金铁基非晶合金：主要元素是铁、硅、硼、碳、磷等。它们的特点是磁性强（饱和磁感应强度可达1.4-1.7T ）、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能优于硅钢片，价格便宜，最适合替代硅钢片，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电 变压器可降低铁损60－70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03毫米左右，广泛应用于中低频变压器的铁心（一般在10千赫兹以下） ，

例如配电变压器、中频变压器、大功率电感、电抗器等。 2、铁镍基非晶合金铁镍基非晶合金：主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成，它们的磁性比较弱（饱和磁感应强度大约为1T以下），价格较贵，但磁导率比较高，可以代替硅钢片或者坡莫合金，用作高要求的中低频变压器铁心，例如漏电开关互感器。 3、钴基非晶合金钴基非晶合金：由钴和硅、硼等组成，有时为了获得某些特殊的性能还添加其它元素，由于含钴，它们价格很贵，磁性较弱（饱和磁感应强度一般在1T以下），但磁导率极高，一般用在要求严格的军工电源中的变压器、电感等，替代坡莫合金和铁氧体。 4、纳米(超微晶)软磁合金材料由于非晶合金中原子的排列是混乱无序的这种特殊结构，使得非晶合金具有一些独特的性质。

安徽华晶机械有限公司位于安庆长江大桥经济开发区。是人民解放军第4812工厂全资子公司。公司经营以机械制造为主，拥有各类专业生产、检验试验设备94台（套），涉及铸造、橡胶制品、压力容器、制造等多个行业，主要从事非晶软磁设备、空压机及气源设备、橡胶件（含特种橡胶件）、餐余垃圾处理设备、铸件、机械加工等产品的研制、生产、经营和服务。 自成立以来，公司上下高度重视技术创新和产品结构升级工作，建立了以市场为导向，努力满足用户需求的产品研发体系。公司坚持以跨越发展的思想为指导，秉承敬业、高效、求实、创新的优良传统，继续依托军工技术和“中”牌品质，为广大新老客户提供更优良的产品和服务。

非晶合金、纳米晶薄带项目

非晶合金、纳米晶薄带项目可行性研究报告

第一章项目概况 第一节基本情况 一、项目名称：非晶合金、纳米晶薄带生产 二、承办单位：****有限公司 三、企业性质：有限责任公司 四、企业法人：***** 五、项目建设地点：******* 第二节项目产品描述 非晶合金薄带是70年代问世的一种新型软磁材料，它采用先进的速凝固技术，把熔化的钢液以1×106℃/S的冷却速度直接冷却成厚度仅为20um—40um的金属薄带，与传统金属带材生产工艺相比，节省了五～六道工序。生产过程节能，无污染排放。由于采取了超急冷却技术，带材中原子排列组合上具有短程有序,长程无序特点的非晶合金组织。该合金具有许多独特性能特点：如优异的磁性，耐蚀性，耐磨性，高硬度，高电阻率等，被人们称为二十一世纪最新的绿色环保软磁材料。 该材料的应用范围广阔，可替代传统的硅钢，铁氧体和坡莫合金等软磁材料，用该材料作为铁芯主要用材并制造的非晶合金配电变压器，与用硅钢片作为铁芯的配电变压器比对，具有很好的节能效果。其比对效果见下表：

由上表可见，平均空载损耗降低70％～80％，其节能效果显著. 第三节项目背景 目前，全球只有日立金属大规模生产非晶合金带材。日立金属的非晶合金带材的产能，于07年扩张至5.2万吨后，理论上，也只能生产出3058万kV A非晶合金变压器，以上产量与我国目前每年约2.4亿kV A配电变压器的需求量相距甚远。而我国的非晶合金带材主要依赖于进口，因此，非晶合金带材的供给，成为我国大规模推广应用非晶合金变压器的最大障碍。 我国非晶合金变压器的研制工作始于“七五”，掌握非晶合金变压器生产技术的企业较多。国家80年代科技攻关课题中，将“非晶合金铁芯配电变压器研制”作为重点课题。1986年5月，上海钢铁研究所与宁波变压器厂合作，用该所研制的非晶合金带材试制出国内第一台单相3kV A非晶合金变压器。目前，除上海置信电气以外，我国其它知名变压器生产企业，如顺特电气、江苏华鹏、特变电工、杭州钱江电器集团、天威保变、西变等厂家均掌握了非晶合金变压器的生产技术。但是，由于非晶合金带材的供应依赖于进口，加之受到带材出口国的制约和价格上涨的因素影响，实际上以上厂家的非晶合金变压器均未大规模生产。铁芯及变压器的生产技术并不是制约我国推广非晶合金变压器的关键性因素，如原材料供应问题得到缓和，变压器生产厂家要扩大非晶合金变压器产能易如反掌，只有非晶合金带材生产的国产化才能促成非晶合金变压器规模化生产的飞跃。目前，日立金属

非晶和纳米晶合金的比较

铁基非晶合金在工频和中频领域，正在和硅钢竞争。铁基非晶合金和硅钢相比，有以下优缺点。 1）铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低 但是，在同样的Bm下，铁基非晶合金的损耗比0.23mm厚的3％硅钢小。一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄，电阻率高。这只是一个方面，更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态，原子排列是随机的，不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性，也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界。因此，妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小，具有前所未有的软磁性，所以磁导率高，矫顽力小，损耗低。 2）铁基非晶合金磁芯填充系数为0.84～0.86 3）铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度 1.35T～1.40T，硅钢为1.6T～1.7T。铁基非晶合金工频变压器的重量是硅钢工频变压器的重量的130％左右。但是，即使重量重，对同样容量的工频变压器，磁芯采用铁基非晶合金的损耗，比采用硅钢的要低70％～80％。 4）考虑损耗，总的评估价为89％ 假定工频变压器的负载损耗（铜损）都一样，负载率也都是50％。那么，要使硅钢工频变压器的铁损和铁基非晶合金工频变压器的一样，则硅钢变压器的重量是铁基非晶合金变压器的1?8倍。因此，国内一般人所认同的抛开变压器的损耗水平，笼统地谈论铁基非晶合金工频变压器的重量、成本和价格，是硅钢工频变压器的130％～150％，并不符合市场要求的性能价格比原则。国外提 出两种比较的方法，一种是在同样损耗的条件下，求出两种工频变压器所用的铜铁材料重量和价格，进行比较。另一种方法是对铁基非晶合金工频变压器的损耗降低瓦数，折合成货币进行补偿。每瓦空载损耗折合成5～11美元，相当于人民币42～92元。每瓦负载损耗折合成0.7～1.0美元，相当于人民币6～8.3元。例如一个50Hz，5kVA单相变压器用硅钢磁芯，报价为1700元/台；空载损耗28W，按60元人民币/W计，为1680元；负载损耗110W，按8元人民币/W计，为880元；则，总的评估价为4260元/台。用铁基非晶合金磁芯，报价为2500元/台；空载损耗6W，折合成人民币360元；负载损耗110W，折合成人民币880元，总的评估价为3740元/台。如果不考虑损耗，单计算报价，5kVA铁基非晶合金工 频变压器为硅钢工频变压器的147％。如果考虑损耗，总的评估价为89％。 5）铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强 现在测试工频电源变压器磁芯材料损耗，是在畸变小于2％的正弦波电压下进行的。而实际的工频电网畸变为5％。在这种情况下，铁基非晶合金损耗增加到106％，硅钢损耗增加到123％。如果在高次谐波大，畸变为75％的条件下（例如工频整流变压器），铁基非晶合金损耗增加到160％，硅钢损耗增加到300％以上。说明铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强。 6）铁基非晶合金的磁致伸缩系数大 是硅钢的3～5倍。因此，铁基非晶合金工频变压器的噪声为硅钢工频变压器噪声的120％，要大3～5dB。

胶体化学法制备半导体纳米晶方法研究进展

胶体化学法制备半导体纳米晶方法研究进展 纳米技术是一个新的科学领域，纳米材料的物理、化学性质，例如：光、电、磁、热、力学等性能，与其相应体相材料具有显著的差别。新型纳米复合材料集两者优秀的综合性能和协同效应，一直是物理、化学、材料学科等科学领域密切关注的重要课题之一。 纳米材料的制备是当今研究的热点之一，但是由于研究者来自不同领域，而且材料应用目的也不尽相同，所以制备纳米材料的方法也不同。 一、纳米晶的制备方法 纳米晶的制备方法大致可分为三大类：固相法、液相法和气相法，并且每一类又有多种制备手段。 在固相法中，合成纳米微粒的方法主要是高能球磨法，球磨技术作为一种重要的实验方法用于提高固体材料的分散度及减小粒度。而Matteazzi等利用球磨的方法用于合成具有特殊性能的新材料：制备纳米硫化物。高压压制法是根据脆性材料在高压下的压致晶粒碎化效应，通过压致碎化过程直接制备块状纳米晶体材料。 气相法分为物理气相法和化学气相法。物理气相沉淀法在整个纳米材料形成过程中没有发生化学反应，主要是利用各种热源促使金属等块体材料蒸发气化，然后冷却沉积而得到纳米材料，主要用于制备金属纳米微粒。化学气相反应法也叫化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，简称CVD），是利用挥发性的金属化合物或金属单质的蒸气，通过化学反应生成所需要的纳米级化合物，在保护气体环境下快速冷凝，从而制备出各类物质的纳米粒子。 液相法也包括物理方法与化学方法，其中液相化学方法应用比较多，包括溶胶-凝胶法（Sol-Gel）、化学沉淀法、模板合成法、水热合成法、微乳法等方法。 二、半导体纳米晶的制备方法 到目前为止，采用胶体化学法几乎能成功合成所有的Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶。该方法常通过选用合适的前驱体（用于生成纳米晶的核心部分）和配体（也称稳定剂，用于防止纳米晶团聚），通过控制反应条件（如温度、浓度等）获得具有不同尺寸、形状的纳米级团簇，从而形成较高质量的纳米晶材料。 1.有机金属法。有机金属法是将有机金属前驱体溶液注射进入高温（250-300℃）配体溶液中，这些前驱体就在高温条件下迅速热解成核，晶核在随后的时间里缓慢生长为纳米晶。有机金属法是Bawendi研究小组在1993年发明的。前躯体一般为烷基金属（如二甲基镉）和烷基非金属（如，二、三甲硅烷基硒）化合物，主配体为三辛基氧化磷，溶剂兼次配体为三辛基磷。该方法的不

非晶纳米晶软磁材料应用市场概况

非晶/纳米晶软磁材料应用市场概况 非晶态软磁合金材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。其技术特点为：采用超急冷凝固技术使合金钢液到薄带材料一次成型；采用纳米技术，制成介于巨观和微观之间的纳米态(10-20nm)软磁物质。非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其特殊的组织结构，非晶合金中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶合金的晶粒尺寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以使其磁致伸缩趋近于零。【表1】列出了非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要应用领域。 表1 非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要应用领域

近年来，随着信息处理和电力电子技术的快速发展，各种电器设备趋向高频化、小型化、节能化。 在电力领域，非晶、纳米晶合金均得到大量应用。其中铁基非晶合金的最大应用是配电变压器铁芯。由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5～1/3，利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60﹪～70﹪。因此，非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用前景。纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁芯。电力互感器是专门测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。近年来高精度等级（如级、级、级）的互感器需求量迅速增加。传统的冷轧硅钢片铁芯往往达不到精度要求，虽然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求，但价格高。而采用纳米晶铁芯不但可以达到精度要求、而且价格低于玻莫合金。 在电力电子领域，随着高频逆变技术的成熟，传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。硅钢高频损耗太大，已不能满足使用要求。铁氧体虽然高频损耗较低，但在大功率条件下仍然存在很多问题，一是饱

铁基非晶及纳米晶合金纤维的研制

*电子科技大学青年科技基金重点项目 铁基非晶及纳米晶合金纤维的研制 * 李　强,梁迪飞,鄢　波,邓龙江 (电子科技大学微电子与固体电子学院,成都610054) 摘要 通过自主开发的熔融快淬炉制备出了铁基非晶合金纤维,研究了制备工艺参数对纤维几何尺寸、微观形貌的影响,结果表明:转轮线速度、线圈功率(熔体温度)及气氛等对其微观形貌和几何尺寸的影响较大,通过调整优化 工艺参数可稳定地制备直径为10～40μm 可调的非晶磁性纤维。通过适当热处理可得到双相纳米晶磁性合金纤维。 关键词 铁基非晶合金　非晶合金纤维　熔融快淬 The Fabrication of Fe -base Amorphous and Nanocrystalline Alloy Microwires LI Qiang ,LIANG Difei ,YAN Bo ,DENG Long jiang (Scho ol of M ic roelect ronic and Solid -state Electro nics ,U ES T C ,Chengdu 610054) A bstract T he microw ires o f Fe -base amo rphous alloy hav e been fabrica ted with the equipment deve loped by us.T he rela tionships between the fabrica tion pr ocess and micr owire dimensions ,mor pho log y have also been inv estiga -ted.A s a re sult ,the main facto r s im pact the micro wire dimensions ,mor pho log y are the w heel velocity ,pow er of the lo op (temperature o f the melting )and ambience.T he diameter s o f the micro wires could be within 10～40μm.By sub -sequent annealing ,nanocry stralline micr owire s can be obtained. Key words F e -ba se amo rpho us alloy ,amo rphous a llo y microw ir es ,melt quench 　 0　前言 自1988年Yoshizawa 等[1,2]首次报道具有优异软磁性能的 Finemet 型F e 基合金以来,对非晶及纳米晶合金材料的研究和应用越来越广,但多为对粉体和薄带的研究,而对于非晶及纳米晶合金纤维的制备和特性的研究,特别是国内在这方面的研究则相对更少。 近几年国内外所研究的非晶合金纤维一般多采用玻璃包覆熔纺法制备[3],它是根据液态玻璃粘度高易于制成纤维的原理,把金属棒插入玻璃管中作原料,在其下端设置一个高频感应线圈,原料通过感应线圈被逐渐加热熔化,熔化了的玻璃包覆着液态金属经急速冷却后制得圆而长的细丝。金属纤维的直径为1～100μm ,表面约有500～2000nm 厚的微细多晶层。由于玻璃的导热性较差,所以不管用何种冷却介质都会影响熔融合金的冷却速度,故此法只适用于临界冷却速率较低的非晶合金纤维的制备。 另外一种方法是熔融快淬法[4,5],其基本原理是:熔融态合金液面接触到高速旋转的尖锐的高导热轮缘,快速固化形成完全非晶的合金纤维,通过剥离装置使之脱离轮缘。由于此法大大提高了冷却速率,所以可快淬具有较高熔点的材料,如铁基材料等,而且所制备的非晶纤维具有很好的表面光洁度和粗细均匀度。本文即采用此方法制备非晶纤维样品。 1　实验 1.1　试验方法及样品制备 使用的试验设备如图1所示。在可密闭的箱体中,利用高频感应线圈将耐热石英玻璃管中成分为F eCuN bSiB 的合金块材熔化。熔化后的合金由于表面张力的原因而呈馒头状凸起,利用进料装置使石英管内熔融合金液体在石英棒塞的挤压下平稳缓慢上升,使其液面与高速旋转的通有冷却水的铜轮的辊面接触,接触后液态金属即被快淬甩出。设置适当的进料速度、高频感应线圈功率(即熔融合金的温度)及铜轮线速度即可制备出粗细均匀、直径可控制在10～40μm 范围内的铁基非晶合金磁性纤维。 图1　试验设备简图 由于冷却的铜轮侧周为呈一定角度的尖锐轮缘(如图2所示),熔融合金因其表面附着力而立即被旋转的铜轮辊面尖角抽出,经铜轮以105～106℃/s 快淬后即呈纤维状,并在离心力和

非晶合金COFeNbSiB的纳米晶化及磁性

非晶合金COFeNbSiB的纳米晶化及磁性 作者：赵玉华， 何开元， 张雅静， 赵恒和， 张玉梅， 王建保， 程力智 作者单位：东北师范大学 刊名： 材料研究学报 英文刊名：CHINESE JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH 年，卷(期)：2001,15(2) 被引用次数：9次 参考文献(10条) 1.A Serebryakov;V Stelmukh;A Gurov查看详情 1995(04) 2.A Serebryakov;L Voropaeva;Yu Levin查看详情 1994(07) 3.赵玉华;何开元;赵恒和;张玉梅 李国纲 程力智Fe-Ni-Mo-(Si)-B非晶的晶化及纳米晶合金磁性的研究[期刊论文]-金属学报 2000(03) 4.Y Yoshizawa;K Yamauchi查看详情 1991 5.R.M.Bozorth;Ferro-magnetism查看详情 1951 6.M L Sui;F Zhou;K Y He;R.Wang L.Z.Cheng查看详情 1994(06) 7.S L He;K Y He;Z Wang查看详情 1997(06) 8.S L He;K Y He;B G Shen查看详情 1999(11) 9.A Serebryakov;V Sedykh;V Stelmukh查看详情 1996(05) 10.Y Yoshizawa;S Oguma;K Yamauchi查看详情 1988(64) 引证文献(9条) 1.万珍珍.朱正吼.李塘华FeCuNbSiB/丁基橡胶复合薄膜压磁性能的研究[期刊论文]-功能材料 2008(9) 2.李同.严彪.龙玲.杨沙.陈伯渠用于制备贴片电感的铁基非晶软磁合金的晶化过程研究[期刊论文]-金属功能材料 2008(2) 3.王冰霞Co基非晶/纳米晶的晶化及磁性能的研究评述[期刊论文]-金属功能材料 2007(2) 4.倪道情.黄庆丰医用钛及钛合金表面处理技术现状[期刊论文]-口腔材料器械杂志 2006(2) 5.支起铮.董帮少.陈文智.连法增Co51Fe18Nb6Si15B10纳米晶合金磁导率与温度的关系[期刊论文]-东北大学学报（自然科学版） 2006(2) 6.王姝Co基非晶软磁合金的磁性和结构的研究[学位论文]硕士 2005 7.郭红.晁月盛低频脉冲磁场致非晶合金Fe78Si9B13纳米晶化及机制[期刊论文]-机械工程材料 2004(3) 8.陈学定.宋翀旸.俞伟元.胡勇非晶软磁合金Fe73.5 Cu1Nb3Si13.5 B9的退火处理与性能研究[期刊论文]-兰州理工大学学报 2004(1) 9.宋翀旸.陈学定.俞伟元.蒋会荣Fe基非晶软磁合金的纳米晶化及磁性[期刊论文]-甘肃工业大学学报 2003(2) 本文链接：https://www.sodocs.net/doc/f03310556.html,/Periodical_clyjxb200102017.aspx

纳米晶带材简介

铁基纳米晶合金 一、简介： 铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为的，弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。微晶直径10-20 nm, 适用频率范围50Hz-100kHz. 二、背景介绍： 1988年日本的Yoshizawa等人首先发现,在Fe-S-iB非晶合金的基体中加入少量Cu和 M(M=Nb,Ta,Mo,W等),经适当的温度晶化退火以后,可获得一种性能优异的具有bcc结构的超细晶粒(D约10nm)软磁合金。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良,这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金。其典型成份为 Fe7315Cu1Nb3Si1315B9,牌号为Finemet。其后,Suzuki等人又开发出了Fe-M- B(M=Zr,Hf,Ta)系,即Nanoperm系。到目前为止,已经开发了许多纳米晶软磁材料,包括:Fe基、Co基、Ni基[2]。由于Co基和Ni基不易于形成K、Ks同时为零的非晶态或晶态合金,如果没有特殊情况,实用价值不大。 三、铁基纳米晶软磁合金的制备方法 纳米晶软磁合金的制备一般采用非晶晶化法。它是在用快淬法、雾化法、溅射法等制得非晶合金的基础上,对非晶合金在一定的条件下(等温、真空、横向或纵向磁场等)进行退火,得到含有一定颗粒大小和体积分数的纳米晶相。近年来,也有一些研究者采用高能球磨法制备纳米晶软磁合金。 四、纳米晶软磁合金的结构与性能 纳米晶软磁合金的典型成份为Fe7315Cu1Nb3Si1315B9。随着研究的不断进行,合金化元素几乎遍及整个元素周期表。从合金的化学成份在合金中的作用看,可以分为4类: (1). 铁磁性元素:Fe、Co、Ni。由于Fe基合金具有高Bs的优势,且纳米晶合金可以实现K和Ks同时为零,因而使L值很高、损耗很低,价格便宜,成为当今研究开发的中心课题。 (2). 非晶形成元素:主要有Si、B、P、C等。对于纳米晶软磁合金带材,一般都是先形成非晶带,然后通过退火使材料出现纳米晶,因而非晶化元素是基本元素。特别是B对形成非晶有利,成为几乎所有纳米晶软磁合金的构成元素,含量在5at%~15at%之间。Si也是

非晶纳米晶软磁材料

非晶/纳米晶软磁材料 一．应用领域 非晶态软磁合金材料为20世纪70年代问世的一种新型材料，因具有铁芯损 耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们 的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。其技术特点为：采用超急冷凝 固技术使合金钢液到薄带材料一次成型；采用纳米技术，制成介于巨观和微观之 间的纳米态(10-20nm)软磁物质。非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其 特殊的组织结构，非晶合金中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶合金的晶粒尺 寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以 使其磁致伸缩趋近于零。【表1】列出了非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要 应用领域。 材料铁基非晶铁镍基非晶钴基非晶铁基纳米晶饱和磁感(T) 1.56 0.77 0.6-0.8 1.25 矫顽力(A/m) <4 <2 <2 <2 Br/Bs -- -- >0.96 0.94 最大磁导率45×104>200,000 >200,000 >200,000 铁损(W/kg) P50Hz,1.3T <0.2 P20KHz,0.5T<90 P20KHz,0.5T<30 P20KHz,0.5T<30 磁致伸缩系数27×10-615×10-6<1×10-6<2×10-6居礼温度(℃) 415 360 >300 560 电阻率(mW-cm) 130 130 130 80 应用领域 配电变压器 中频变压器 功率因子校正器 磁屏蔽 防盗标签 磁放大器 高频变压器 扼流圈 脉冲变压器 饱和电抗器 磁放大器 高频变压器 扼流圈 脉冲变压器 饱和电抗器 互感器

成分对于铁基非晶纳米晶合金微观结构和 软磁性能的影响综述--研究生课程论文

研究生课程论文 （2016 -2017 学年第一学期） 论文标题：成分对于铁基非晶纳米晶合金微观结构和软磁性能的影响综述 提交日期：2016 年12 月19日研究生签名：

成分对于铁基非晶纳米晶合金微观结构和软磁性能 的影响综述 1.引言 铁基非晶态合金是一种具有特殊结构和优越性能的新型材料,通过快速凝固在原子层次控制了液态金属的排列,使原子排列保持液态金属的长程无序状态.由于原子排列不规则、长程无序、没有晶粒晶界的存在,因而使得该类材料具有极佳的机械性能、磁性能和耐腐蚀性等优点,通过非晶合金演变纳米晶的可控性,可以进一步得到性能更加优异的纳米晶和非晶/纳米晶复合结构材料,兼具有高饱和磁感应强度、高磁导率和低高频损耗等性能特点[1]，是硅钢、铁氧体和坡莫合金等传统软磁材料的替代产品。 要形成非晶合金GFA (玻璃形成能力) 非常重要，井上明久在大量实验结果的基础上总结了非晶合金获得较高GFA需要的３个条件:(1)合金成分含有３种及３种以上元素;(2)不同元素原子半径有较大差异;(3)各元素之间的混合热为负值[2]. Fe基非晶纳米晶合金优异的磁特性由它们的磁致伸缩系数（<20ppm）和磁各向同性都很低。根据随机各向异性模型（RAM）[3]，如果晶粒尺寸减小到低于最小交换长度（D <

和纳米尺度区域。在微观尺度区域，粒度和H c之间的反比关系（Hc-D-1）表示传统的原则，即大晶粒尺寸利于软磁性能的提高，但是大的晶粒和磁畴尺寸会增加铁损。在纳米尺度区域，新的非晶微晶合金落在常规的硅钢和铁基非晶合金之间。矫顽力和晶粒尺寸（Hc-D 6）关系显示，在纳米级别，晶粒尺寸的变化，即使是少量仍可能对最终的软磁特性产生显著影响[3,20]。 目前研究的Fe 基纳米晶软磁合金带材主要有Fe-Si-B 系、Fe-Zr-B 系和Fe-B 系。具体讲主要有三种牌号，分别是牌号为Finemet 的Fe-M-Si-Cu-B(M=Nb、Cr、V、W、Mo 等)合金，牌号为Nanoperm的Fe-M-B(M=Zr、Hf、Nb、Ta等)合金[5-6]和牌号为Hitperm的(Fe,Co)-M-B(M=Zr、Hf、Nb 等)合金[4-5]。三种牌号的合金都是采用对非晶合金前驱体进行晶化处理得到纳米晶合金的方法制备而成[1]。通过晶化退火处理不但可以有效地消除合金的内应力，还可以获得纳米晶结构的合金材料，因其具有超细化的显微组织从而表现出极佳的软磁性能[6]。 不同成分对铁基非晶纳米晶软磁性能有很大影响，本文目的是阐明对微观结构和软磁性能有充分研究的元素，如硅，硼，铜，铌，锆，氮掺杂，磷，镍，钴，氢化和锗对铁基非晶纳米晶合金特性的影响。表1总结了各成分的影响结果。 表1.Fe非晶/纳米晶合金添加元素的影响 2.合金元素的影响 2.1 Si和B Fe基合金的GFA比非铁合金系如Mg，Zr，Pd基合金低得多。事实上，通过铜模铸造在Zr和Pd基合金中可获得厚度大于1mm的块状金属玻璃，而在Fe基合金中形成的带材厚度只有几微米。添加B和Si可促进合金凝固过程中非晶态结构的形成，并且B对GFA的提高效应是Si的5倍[8]。此外，应当注意，尽管B可以增强GFA，但它也可以减少一次和二次结晶峰之间的安全间隙，如图2所示。这种物

纳米晶对CuZr基非晶合金变形行为的影响

Material Sciences 材料科学, 2014, 4, 225-232 Published Online November 2014 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/f03310556.html,/journal/ms https://www.sodocs.net/doc/f03310556.html,/10.12677/ms.2014.46032 The Effect of Nanocrystals on the Plastic Deformation Ability of CuZr-Based BMG Lincai Zhang1,2, Zhenya Song3, Xiaodong Guo1, Yanhua Hou1 1Jiangsu Provincial Key Laboratory for Interventinal Medical Devices, Huai’an 2State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 3Shaoxing University, Shaoxing Email: vicande@https://www.sodocs.net/doc/f03310556.html, Received: Sep. 30th, 2014; revised: Oct. 15th, 2014; accepted: Oct. 30th, 2014 Copyright ? 2014 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.sodocs.net/doc/f03310556.html,/licenses/by/4.0/ Abstract The CuZr-based fully amorphous alloy and composites containing in-situ nanocrystals with large size were prepared. Without the influence of specimen geometry, their mechanical behaviors un-der compression were systematically studied and compared, confirming the important role of in- situ nanocrystals on the plastic deformation ability. At the same time, the coexistence of free vo-lume and small nanocrystals can efficiently enhance the plastic deformation ability, providing a useful guideline for large plasticity in BMG composites with nanocrystalline prepared from fully amorphous alloy. Keywords Nanocrystals, Free Volume, Mechanical Behaviors, Fracture Morphology 纳米晶对CuZr基非晶合金变形行为的影响 张临财1,2，宋振亚3，郭啸栋1，侯彦华1 1江苏省介入医疗器械研究重点实验室，淮安 2西安交通大学，金属材料强度国家重点实验室，西安 3绍兴文理学院，绍兴 Email: vicande@https://www.sodocs.net/doc/f03310556.html, 收稿日期：2014年9月30日；修回日期：2014年10月15日；录用日期：2014年10月30日

纳米晶体

纳米晶体 摘要：本文主要介绍了金属纳米晶体、金属氧化物纳米晶体和一些其他纳米晶体的合成方法，并对它们的性能做了些简单的介绍。纳米晶体有许多独特优异的性能，本文对相关的纳米晶体的应用也进行了介绍，随着纳米晶体制备技术的发展，纳米晶体的应用会更加广泛。 关键词：纳米晶体；金属；金属氧化物 0引言 纳米材料是指组分尺寸至少在某一个维度上介于1～100nm之间的材料。纳米材料就其结构上可以分为纳米晶体、纳米颗粒、纳米粉末、纳米管等。由于纳米材料的纳米尺寸效应，使得纳米材料出现了许多不同于常规条件下的材料性能，例如光学性、电导性、抗腐蚀性等，因此人们对纳米材料在未来材料领域的应用与发展寄予了很大期望。但由于纳米材料在结构上存在表面效应和小尺寸效应，使其能量高于平衡态，表面上原子数增多，具有较高的表面能，使得这些表面原子具有较高的活性，非常不稳定，满足一定激活条件时，就会释放出过剩自由能，粒子长大，从而也将失去纳米材料所具有的特性，使块状纳米材料的制备产生困难。而纳米晶体由于晶界数量增加，使材料的强度、密度、韧性等性能大为改善。 纳米晶体指的具有纳米尺度的晶体材料。本文将分类介绍有关纳米晶体在制备、性能、应用等方面的研究进展。 1金属纳米晶体 同传统的金属晶体相比，金属纳米晶体材料由金属纳米晶粒构成,其晶粒尺寸很小( < 100 nm) ,晶界比例很大(30% ～50% ) ,晶体的缺陷密度很高,因此它所表现出来的性能,尤其是对结构敏感的性能与粗晶材料有很大差别。 刘伟[1]等用纯度为99.8%的紫铜丝作为原料，采用自悬浮定向流技术制备出金属Cu纳米粉末，制得平均晶粒尺寸为25 nm的金属Cu纳米晶体材料，其显微硬度为1155～1190GPa,约为普通粗晶Cu材料的3～4倍,硬度随压制工艺而变化，压力增大，保压时间延长,硬度增大. 且样品硬度值受表面抛光的影响。 李才臣[2]等以工业纯铝粉为原料，采用高能球磨法制备了纯铝纳米晶体并对其硬度进行了分析，经实验发现，球磨12 小时后可得平均晶粒尺寸约34nm, 而且此时的硬度最高，可达111HV, 纯铝纳米晶的硬度随着球磨时间的延长先升高后降低，随温度的增加先升高后下降。 对于金属纳米晶体的研究不仅局限在制备方法和显微硬度方面，对于纳米晶体的生长形态和结构稳定性方面也有相关的研究。 张吉晔[3]等对Ag纳米晶体的生长形态进行了相关的研究。他们在利用电化学方法在ITO 基板上沉积出银纳米晶体，然后研究了ITO基板上的沉积电位对Ag纳米晶体生长形态的影响。如图1所示，(a)和(b)中的银纳米粒子具有良好的分散性，粒径较均匀，此时沉积电位为0.3 V 时，粒子的分布密度较小。在(c)中，晶体形貌具有显著的羽毛状形态。(d)中银纳米晶体

熔体快淬法制备非晶、纳米晶

熔体快淬法制备非晶、纳米晶 一、实验目的 1. 实践粗晶材料如何制备成非晶、纳米晶材料； 2. 了解不同快淬速度对材料的组织的影响； 3. 了解材料从粗晶变成非晶或纳米晶对其性能的影响。 二、实验原理 熔体快淬就是在真空状态下，将熔融的金属或合金在一定的压力下，注射到高速旋转的水冷铜辊上，使其在极大的过泠度下凝固，获得具有超细结构的非平衡组织，由于这种方法具有极高的冷速，可使金属及合金的晶粒尺寸达到纳米级或得到非晶组织。使制备的金属或合金具有与一般非平衡冷却完全不同的力学和物理性能。 金属或合金的晶粒尺寸随过冷度的增加而减小。熔体快淬的冷速极高，可以使多种金属及合金形成纳米晶或非晶态。而且，由于冷却铜辊的转速及液态金属及合金的喷射压力是可调的，所以冷却速度可以严格控制，从而达到控制金属或合金的晶粒度的目的。 应用熔体快淬制备纳米晶、非晶态金属及合金的工艺易于控制，而且可以实现批量生产，易于产业化。目前，熔体快淬已经在稀土永磁材料、贮氢合金、Ni2MnGa磁性形状记忆合金、耐高温非晶钛基及钛锆基钎焊料、高强度非晶态结构材料等领域得到广泛的应用。 熔体快淬方法的典型工艺如下所示，母合金冶炼→浇注成锭→铸锭在带喷嘴的试管中再熔化→熔化喷射→高速旋转的冷却辊→固化→薄带和辊分离→收集带子→晶化退火（可省略）→破碎制粉→SPS烧结。 熔体快淬分为单辊快淬法和双辊快淬法。本实验室用的是单辊快淬法，其原理如图1 所示。铸锭在试管内被感应线圈加热熔化，然后通入氩气，使试管内外产生0.3～0.7个大气压的压力差，使熔化合金从漏嘴喷出，到达快速旋转的辊面，迅速凝固，形成连续薄带，再借助离心力抛离辊面。如此完成一次喷铸过程需要数秒到数十秒的时间。图2为快淬的薄带。如果淬速更高，得到的薄带将更碎且细小，其晶粒为纳米级（如图3）。实验中，水冷铜辊的转速、液态金属的压力、液态金属的温度、石英管喷口的尺寸、形状以及喷口与铜辊的距离都是快淬工艺的关键因素。 图1 单辊快淬法制备NdFeB薄带图2 NdFeB薄带

材料非晶晶化方法

按照晶化机制，非晶合金纳米晶化的方法主要有：热致晶化、电致晶化、机械晶化和高压晶化。 (1) 热致晶化 热致晶化包括通常采用的等温退火法和分步退火法。等温退火法的处理过程是：快速加热使非晶样品达到预定温度，在该温度(低于常规的晶化温度)保温一定时间，然后冷却至室温，其中最关键的两个因素是退火温度和退火时间；分步退火法是在等温退火的基础上改进的一种方法，是指将非晶样品在较低温度下等温退火一定时间，然后再在较高温度下等温退火一定时间，控制好退火参数使得从非晶基体中析出尺寸在纳米范围内的晶体相。(2)电致晶化 电致晶化包括闪光退火、焦耳加热和电脉冲退火三种方式。闪光退火法是对非晶合金施加短时的强电流脉冲实现快速加热使之发生纳米晶化，这种方法可以明显减小成分对晶化后合金微结构的影响；焦耳加热法是指在非晶样品上施加较长时间的连续电流；电脉冲退火法是用高密度直流电脉冲对非晶合金进行处理使之发生纳米晶化。 (3)机械晶化 机械晶化法是利用高能球磨技术在干燥的球型装料机内，在Ar气保护下通过机械研磨过程中高速运行的硬质钢球与研磨体之间相互碰撞，对非晶粉末反复进行熔结、断裂、再熔结的过程使得非晶发生纳米晶化。该方法适应面广、成本低、产量大、工艺简单。存在的问题是研磨过程中易产生杂质、污染、氧化及应力，很难得到洁净的纳米晶体界面，对一些基础性的研究工作不利。 (4)高压晶化 高压晶化包括激波诱导和高压退火两种方式。激波诱导法是将样品置于激波管低压末端，当按一定比例配方的氢氧混合气体经点火爆炸后在低压腔内形成高温、高压、高能的激波对样品产生作用，在微秒量级的时间内，使非晶转变为晶化度很高的纳米晶态；高压退火法是指在高压下对非晶样品施加退火工艺。

纳米铁纸(非晶、纳米晶材料)

目前，国内纳米生物效应的研究工作主要从生物整体水平、细胞水平、分子水平和环境等几个层面开展。其重点是研究纳米物质整体生物学效应以及对生理功能的影响、纳米物质的细胞生物学效应及其机制以及大气纳米颗粒对人体作用和影响等领域的研究。 （1）在纳米颗粒的整体生物效应方面，目前已经取得了一些初步的研究结果。我们发现在生理盐水溶液中尺寸小于100nm的磁性纳米颗粒，仅仅微克量级进入小鼠血管就能很快导致凝血现象以致堵塞血管，导致小鼠死亡。说明这种纳米颗粒进入生物体容易与心血管系统相互作用，可能有导致心血管疾病的潜在危险。进一步研究发现，对这种纳米颗粒表面进行化学修饰，可以极大地改变它的生物效应。一般的微米Cu粉，被认为是无毒的。但研究发现，纳米Cu粉对小鼠的脾、肾、胃均能造成严重伤害，而相同剂量的微米Cu却没有损害。但是，也不是所有的纳米颗粒都如此，比如，我们发现纳米ZnO与通常的微米ZnO的生物毒性，几乎没有差别。目前，大部分纳米材料的生物效应以及它们和相应微米材料的差别等问题还没有进行研究。 （2）纳米颗粒在体内的吸收、分布、代谢和清除，各种纳米物质与生物靶器官相互作用的机理等，是另一个重要的研究方向。研究发现富勒烯在SD大鼠中，90%-95%富集于肝脏，48小时清除。然而，稍做表面修饰后的富勒烯，如：166Hox＠C82OHx，其生物效应明显不同，显出生物分布较广，在肝、骨骼、脾、肾、肺的含量依次递减，其它组织分布极低。比如对Gd＠C82OH40的生物分布研究结果表明，其24小时后主要位于肝和脾，在肺和血液中衰减极快。水溶性富勒烯衍生物C61CO2H2可以进入细胞，并达到不同的细胞器中。我们与北京大学合作研究还发现，分子量高达60万的水溶性多羟基单壁碳纳米管SWNToks 能非常容易且迅速地在小鼠的各组织和脏器间穿梭，现有的知识还无法解释这种现象。（3）纳米颗粒与细胞的相互作用研究刚刚开始。纳米颗粒能够进入细胞并与细胞发生作用，主要是对跨膜过程和细胞分裂、增殖、凋亡等基本生命过程的影响和相关信号传导通路的调控，从而在细胞水平上产生的生物效应。研究发现，材料的拓扑结构和化学特性是决定细胞与其相互作用的重要因素。某些纳米拓扑结构会促进细胞的粘附、铺展和细胞骨架的形成，但是在某些情况下，纳米拓扑结构会对细胞骨架分布和张力纤维的取向产生负面影响。本实验室研究发现碳纳米管容易进入细胞，并影响细胞结构，在低剂量下（2.5μg /mk），可以刺激肺巨噬细胞的吞噬能力，但在高剂量下（20μg / mk），则严重降低肺巨噬细胞对外源性毒物的吞噬功能。在研究纳米氧化钛对人肝细胞（L02细胞株）的影响时，庞小峰等人发现纳米氧化钛游离于细胞之间，阻碍了胞间通信，降低细胞的生长速度。另有研究发现，富勒醇能够吸收紫外辐照产生的自由基，保护细胞膜不被紫外辐照损伤，能明显提高细胞存活率。纳米材料与细胞的作用机理目前尚不清楚，需要更进一步的系统研究。 （4）纳米颗粒与生物大分子的相互作用研究。重点在纳米材料与生物分子，例如蛋白质、DNA的相互作用及其对生物分子结构和功能的影响等。在研究血浆蛋白分子在碳纳米管无纺膜表面的吸附行为中，许海燕等人发现纤维蛋白原分子有比较强的吸附作用，并且吸附上的纤维蛋白原分子的构型功能发生了某些改变。纳米结构物质与补体系统和免疫细胞的激活作用研究说明，纳米颗粒与蛋白质分子之间存在着较强的相互作用，使补体蛋白分子的酶活性发生改变。研究发现PAMAM dendrimers可通过静电作用与DNA形成稳定的复合物，且可保护与之复合的DNA分子免受限制性内切酶的降解，可以作为DNA运送的载体导入细胞，实行外源基因在生物体内的表达。 （5）大气中纳米颗粒的生物效应。目前，临床实验研究已对大气中超细颗粒物的生物毒性得出了初步结论，发现尺寸在7-100 nm的颗粒物在人体呼吸系统内有很高的沉积率；尺寸越小越难以被巨噬细胞清除，且容易向肺组织以外的组织器官转移，超细颗粒物可穿过血脑屏障。由于纳米毒理学刚开始发展，这方面的研究和数据比较少，目前尚缺乏准确的分析测试方法，研究存在一定的难度。

硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金

硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及纳米晶软磁合金 磁性材料 一. 磁性材料的基本特性 1. 磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场h 作用下，必有相应的磁化强度m 或磁感应强度b，它们随磁场强度h 的变化曲线称为磁化曲线（m～h或b～h曲线）。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度h 足够大时，磁化强度m达到一个确定的饱和值ms，继续增大h，ms保持不变；以及当材料的m值达到饱和后，外磁场h降低为零时，m并不恢复为零，而是沿msmr曲线变化。材料的工作状态相当于m～h曲线或b～h曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2. 软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整洁排列。 剩余磁感应强度br：是磁滞回线上的特征参数，h回到0时的b值。 矩形比：br∕bs 矫顽力hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的b与h的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 居里温度tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗p：磁滞损耗ph及涡流损耗pe p = ph + pe = af + bf2+ c pe ∝f2 t2 / ，ρ 降低， 磁滞损耗ph的方法是降低矫顽力hc；降低涡流损耗pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散（mw）/表面积（cm2） 3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何外形及磁化状态密切相关。设计者必须熟知材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何外形及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 二、软磁材料的发展及种类 1. 软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶