软磁性烧结组件的制造方法

摘要

本发明提出一种软磁性烧结组件的制造方法,其中通过加压形成坯体,并接着将坯体进行烧结。作为加压成坯体的原始材料,使用由相对总原始材料具有5至30重量%及平均粒度为5至40μm的细粉末成分的粉末混合物及热塑性粘合剂组成的混合物。该混合物在高于粘合剂的软化温度的温度中被压成坯体,并且接着将得到的坯体进行烧结。

说明书

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的软磁性烧结组件的制造方法。

现有技术

软磁性组件除了磁特性(高磁导率及矫顽磁场强度)外，在应用情况下，还需要复杂的几何形状。这种组件可以用粉末冶金的方法制造。

在DE197 45 283 A1中描述了一种制造烧结组件的方法，它被称为热挤压方法。在该方法中原材料粉末与一种粘合剂或粘合剂混合物相混合，并将该混合物放在一个模具中，在超过粘合剂软化温度的高温下压成一个坯体。接着坯体被烧结。借助该方法组件能制造成复杂的几何形状。

本发明的优点

根据本发明的具有权利要求1特征部分特征的方法具有其优点，即可用较低的制造成本获得比传统的轴向压制方法所制造的软磁性烧结组件显著高的形状复杂性。另一优点则在于，具有高的形状复杂性的组件不再需要另外的机械再加工。此外根据本发明的方法制造的组件具有比用传统方法制造的组件更好的磁特性。另外，本发明的方法与金属粉末喷注方法(MIM方法)相比可使用较少的细粉末成份，因此该方法成本上合算。

本发明的方法充分利用了加入原始粉末的暂用粘合剂。其中，利用加热及粘合剂的软化或流动来改善粉末原始材料的流动性，以致可在避免横向流动裂开的情况下，在横切于加压的方向上以组件在模具中构成的形状实现材料传输。

通过在从属权利要求中所述的措施可得到本发明的方法的进一步有利构型及改进。

通过加入少量热塑性粘合剂可实现粉末填料的高密度。此外可由此这样地影响原始粉末混合物的特性，即，使它具有所需的粘度特性。在此情况下，这样地选择粘合剂的成份，即在加热时及至少在粘合剂软化时所施加的压力可使原始粉末及粘合剂的混合物形成流动，但要避免：烧结体的自身重量，由于粘合剂成份，在加热到烧结温度上时超过它的流动极限。

在作为原始材料使用的市场上通用的标准粉末中加入一定的细粉末成份。这些原始粉末接着与所使用的粘合剂相混合。这里作为聚合物与腊的混合物的粘合剂与原始粉末混合物在一定温度上彼此混合，在该温度时聚合物已软化，并且腊被熔化。也可考虑使用具有不同粘度性能的两种不同的聚合物。借此细粉末颗粒通过粘合剂粘结在粗粉末颗粒上，并且一个粘合剂层的粗粉末颗粒被细粉末颗粒包围。这样被处理的粉末具有良好的可处理性及缓慢的流动性能，并以粘结粉末出现。该粘结粉末可被预加热到粘合剂再被软化的温度，然后被放置到一个可加热的模具中，在该模具中将得到待制造组件的形状。

通过加入细粉末成分提高了烧结能力，并由此提高了烧结好的软磁性烧结组件的烧结密度。

根据本发明的方法，密度的增加分别通过加压的压缩成型及烧结时的收缩来实现。与此相反，在传统的压制方法中原始粉末开始被松弛地充填，而压缩主要通过压制的成型工序来实现。在金属粉末喷注方法中密度的增加在烧结时才实现，而成型基本上无压缩地进行。

附图的简要说明

以下将借助实施例来详细描述本发明。附图中：

图1是制造软磁性烧结组件的方法过程图，

图2表示由Fe₁₃Cr粉末，Fe₁₇Co粉末及Fe₄₈Co₂V粉末作成的软磁性烧结组件的磁滞回线，

图3表示测得的一个Fe₁₃Cr烧结组件的磁化曲线图，及

图4表示测得的一个Fe₄₈Co₂V烧结组件的磁化曲线图。

实施例

为了制造软磁性烧结组件，根据图1，首先使用三个原始成分A，B及C。作为原始成分A，使用60至93.5重量％及平均粒度为40至150μm的Fe₁₃Cr标准粉末，作为原始成分B，使用5至30重量％及平均粒度为5至40μm的细粉末。作为原始成分C，使用1.5至4重量％的一种粘合剂。作为粘合剂，使用70重量％的腊及30重量％的聚乙烯(PE)的混合物。

作为粘合剂，被证实合乎要求的还有一种聚合物—聚合物—混合物，其中的各聚合物具有不同粘度特性。

在第一步骤1中，原始成分A，B及C在一个可加热的混合器中被混合成均匀的、可流动的原始粉末的混合物。然后在第二步骤2中，使用一个传统的具有加压压力为400至800Mpa的传统压机以60至100℃的温度压成具有所需形状的坯体。在该温度时至少粘合剂软化，并且该原始粉末混合物在一个模具中被至少一个冲压头压缩。由此使该原始粉末的混合物被压紧，以使得粘合剂构成一个常规相态，具有径向流动性＞3mm的粘性流动(流动压缩)。该粘性流动可保证：在横切冲压头加压方向形成的模具中的空腔将被原始粉末-粘合剂混合物填充。因此，后切口也能以足够的密度充填。然后通过打开模具使坯体脱模。

接着通过另一步骤3，将得到的坯体以1250℃至1350℃的温度在譬如保护气体中进行高温烧结。在烧结过程中，粘合剂无剩余地被蒸发。

根据所述的方法，由Fe₁₃Cr，Fe₁₇Co及Fe₄₈Co₂V粉末制造的软磁性烧结组件具有下列表1及2中所示的磁特性及图2，3和4中所示的磁滞回线或磁化曲线。表1

   Fe₁₃Cr   Fe₁₇Co Fe₄₈Co₂V空间填充率    97％    92％    92％磁感应B₈₀    1.34T    1.38T    1.61T矫顽场强H_c   0.10kA/m   0.22kA/m 0.15kA/m磁导率μm    1700    2500    3500  表2    Fe₁₃Cr  Fe₄₈Co₂V空间填充率    99.7％    94.8％饱和磁感应B_s   1.4394T    1.89T矫顽场强H_c  0.056kA/m  0.125kA/m剩磁Br    0.487T    1.072T磁导率μm    3171    4047

表1的结果是用上述粒度的原始粉末A及B得到的。在此情况下，作为成分A，使用具有d₅₀为100μm的原始粉末，而作为成分B，使用具有d₅₀为35μm的原始粉末。

表2的结果是使用相同的原始成分A及B得到的，但其中仅使用了中等至低的粒度范围。作为成分A，使用具有d₅₀为70μm的原始粉末，而作为成分B，使用具有d₅₀为10μm的原始粉末。使用这种粒度，所制造的软磁性烧结组件的空间填充率及磁参数出人意料地获得了显著改善。

图2示出了表1中所示的、由Fe₁₃Cr，Fe₁₇Co及Fe₄₈Co₂V粉末制造的软磁性烧结组件的磁滞回线。这些磁滞回线表示磁感应B与磁场强度H的关系。这些磁化曲线表明所有三种材料在相对高的磁导率的情况下具有很小的矫顽场强。

图3和4用磁化曲线来表示表2中所示的、由Fe₁₃Cr和Fe₄₈Co₂V粉末制造的软磁性烧结组件的磁极化强度状态量J与磁场强度H的关系。在此情况下，在最大场强为10.24kA/m时，从Fe₁₃Cr烧结组件上测量到的剩磁为0.487T，饱和磁极化强度或饱和磁感应为1.439T。Fe₄₈Co₂V烧结组件的值为，在最大场强为10.31kA/m时，剩磁为1.072T，饱和磁极化强度或饱和磁感应为1.89T。