原子层沉积技术构建均匀绝缘层提升Fe-Si-B-Nb-Cu纳米晶软磁复合材料电磁性能

本研究针对软磁复合材料(SMCs)中片状粉末边缘效应导致的绝缘层不均匀问题，采用原子层沉积(ALD)技术在磷酸盐处理后的Fe-Si-B-Nb-Cu纳米晶粉末表面沉积SiO2 绝缘层。研究证实ALD技术可显著改善绝缘层均匀性，使NPP@SiO2 复合材料在5MHz频率下保持56的恒定有效磁导率(μe )，100Oe直流偏置下保持55%的磁导率，并在50kHz/0.1T条件下实现187mW/cm3 的低铁损(Pcv )。该成果为片状粉末绝缘处理提供了创新解决方案，推动了ALD技术在SMCs工业应用中的发展。

　　

随着第三代宽禁带半导体功率器件的快速发展，电子设备小型化对软磁复合材料(SMCs)提出了更高要求——需要兼具高磁导率和低铁损(P_cv
)。Fe-Si-B-Nb-Cu纳米晶合金因其非晶基体中α-Fe晶粒的强交换作用展现出超低矫顽力(H_c
)和高磁导率特性，但片状粉末尖锐边缘导致的绝缘层不均匀问题长期制约其性能提升。传统磷酸钝化处理形成的绝缘层易在压制时开裂，而有机涂层又难以承受450-600°C的退火温度。

为解决这一关键问题，研究人员创新性地将半导体领域成熟的原子层沉积(ALD)技术引入SMCs制备。通过先在片状Fe_73.5
Si_15.5
B₇
Nb₃
Cu₁
粉末表面进行磷酸盐处理，再沉积SiO₂
绝缘层，成功实现了边缘平滑化和涂层均匀化。这种"磷酸盐+ALD"的复合工艺不仅解决了单一磷酸盐层易开裂的缺陷，还显著提升了材料的高频稳定性与直流偏置性能。

研究采用单辊熔体快淬法制备合金薄带，经机械粉碎获得片状粉末后，先后进行磷酸盐处理和ALD沉积。通过SEM、VSM等表征手段系统分析了涂层的形貌演变与电磁性能变化。

实验结果显示：ALD处理后的粉末边缘锐度显著降低，表面暗区消失，绝缘层完整性得到根本改善。电磁性能测试表明，NPP@SiO₂
复合材料在5MHz高频下仍能保持56的稳定μ_e
，较传统处理方式提升约30%。直流偏置性能方面，在100Oe磁场下仍保持55%的μ_e
，同时将50kHz/0.1T条件下的P_cv
降至187mW/cm³
，较未处理样品降低40%。

结论与意义：该研究证实ALD技术能有效解决片状粉末边缘效应带来的绝缘难题，通过构建均匀致密的SiO₂
层，同时降低了涡流损耗(P_e
)和磁滞损耗(p_H
)。这种工艺创新不仅为高性能SMCs设计提供了新思路，更推动了ALD技术从半导体领域向磁性材料制造的跨领域应用。研究成果发表于《Materials Research Bulletin》，为后续工业化应用奠定了重要基础。