一种改进非晶粉芯导磁率及损耗的方法及依据此方法制备的复合粉芯

摘要

本发明提供了一种改进非晶粉芯导磁率及损耗的方法及依据此方法制备的复合粉芯。改进的方法为将铁氧体粉末按比例加入非晶合金粉末为铁基的软磁性粉末，铁氧体的重量百分比为2-20％。其中，铁氧体粉末可以选择锰锌铁氧体或镍锌铁氧体粉末等，另外非晶合金粉末可以是采用雾化方法制备的近似球形铁基非晶粉末以及利用破碎法制备而来的片状铁基非晶粉末。制备方法的原则在于合理选择两者粉末的粒度配比，使其混合后的粉末松装状态下的体积V＜V

说明书

技术领域

本发明属于金属功能材料领域，涉及一种改进非晶粉芯导磁率及损耗的方法及依据此方法制备的复合粉芯。

背景技术

目前金属磁粉芯主要有铁磁粉芯、Fe₈₅Si₉Al₆磁粉芯、Fe₅₀Ni₅₀磁粉芯、Fe₁₇Ni₈1Mo₂磁粉芯、及近年来开发的非晶磁粉芯、纳米晶磁粉芯。这些磁粉芯具有各自的特点，其应用领域也各不相同。铁磁粉芯材料由于磁致伸缩的原因，有时不可避免会造成噪声，还有就是铁粉芯材料的热衰退问题影响铁磁粉芯材料使用寿命。Fe₈₅Si₉Al₆磁粉芯与铁磁粉芯相比，Fe₈₅Si₉Al₆磁粉芯价格稍高，损耗较低，磁致伸缩系数低，其工作过程中的噪音也低，因此该磁粉芯作为EMI电感得到了广泛的应用。Fe₅₀Ni₅₀磁粉芯具有最高的抗直流偏压能力。铁镍钼磁粉芯是所有磁粉芯中磁导率范围最宽的，同时具备低损耗和高导磁率，但是价格非常高。因此出现了非晶粉末压型制品，力图替代综合性能较好的坡莫合金磁粉芯，但是存在的问题是导磁率目前商业化的水平不高于60，严重限制了其应用范围，另外损耗相比铁镍钼磁粉芯也不存在优势也降低了其应用的空间。

因此，如何提高非晶粉末压型制品的导磁率以及降低现有非晶粉末压型制品的价格将大大提高非晶粉末压型制品的应用空间。

发明目的

本发明的目的是针对非晶粉末压型制品导磁率和损耗有待改善的现状，提供一种改进非晶粉芯导磁率及损耗的方法及依据此方法制备的复合粉芯。

发明内容

针对以上问题，我们设计了一种改进非晶粉末压型制品导磁率和损耗的方法，并利用此方法获得性能得到改善的复合粉芯。具体内容包括：

第一：本发明的方案为将铁氧体粉末按照一定比例加入铁基非晶合金软磁性粉末，铁氧体的重量百分比为2-20％。具体步骤为：

(1)将具有铁磁性的铁基非晶粉末称量好，当粉末氧含量小于3000ppm时，可以选择先将非晶粉末钝化，钝化的工艺可用浓度小于5wt％的磷酸水溶液或酒精溶液加热钝化，直至溶液挥发完全，然后将铁氧体粉末称量后混合入铁基非晶粉末并混合均匀。铁氧体粉末要求导磁率高于2000，且铁氧体粉末的平均直径不大于非晶粉末平均粒度时紧密接触时空隙所形成外切圆直径的15％。一般情况下紧密接触的空隙为四个近似圆形的粉末形成，外切圆直径的确定为四个平均粒度的非晶粉末相互接触时的四个切点确定的圆球所对应的直径；当粉末为片状时，紧密接触的空隙为三个平均粒度的片状粉末形成的横截面为等腰三角形的柱体的内切圆直径，外切圆直径的确定为三个平均粒度的非晶粉末相互接触时的三个切点确定的圆所对应的直径，另外按照以上方法混合后的粉末其松装状态下的体积满足V＜V_非晶+V_铁氧体。混合后的粉末按照磁粉芯的制备方法依次加入粘结剂、绝缘剂、润滑剂等，并在一定压力下成型，随后进行退火；本发明方法对应的退火温度与其它磁粉芯退火温度不同，温度为铁氧体居里温度+10℃＜T＜非晶晶化温度-20℃区间退火，退火时间大于30分钟，目的在于既要实现去应力退火，又要实现铁氧体发生顺磁性转变，同时铁基非晶软磁性粉末未发生晶化转变，从而充分利用铁氧体的高导磁率、低损耗以及铁基非晶粉末的优异的软磁特性。

(2)另外，铁氧体粉末可以选择锰锌铁氧体或镍锌铁氧体粉末等，非晶合金粉末可以是采用雾化方法制备的近似球形铁基非晶粉末以及利用破碎法制备而来的片状铁基非晶粉末。

第二：利用以上方法制备的复合粉芯其损耗比单独采用非晶粉末时降低100mW/cm³(在0.1T，100kHz条件下测试)以上，导磁率提高5以上。进一步地，当非晶粉末为球形时损耗比单独采用非晶粉末时降低100mW/cm³(在0.1T，100kHz条件下测试)以上，导磁率提高5以上；当非晶粉末为片状时损耗比单独采用非晶粉末时降低200mW/cm³(在0.1T，100kHz条件下测试)以上，导磁率提高8以上。

附图说明

图1为采用雾化法制备的-100-200目铁基非晶软磁性粉末的典型形貌。

图2为采用破碎法制备的-100-200目铁基非晶软磁性粉末的典型形貌。

图3当粉末为片状时紧密接触形成的空隙的示意图。

图4当粉末为球形时紧密接触形成的空隙的示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例粉末为采用雾化法制备的成分为Fe₈₀Si₁₆B₄的铁基非晶软磁性粉末和导磁率为3000的锰锌铁氧体，铁基非晶软磁性粉末为1000g，锰锌铁氧体为100g。非晶软磁性粉末的粒度为-150目，其平均粒度D₅₀为25μm，氧含量2000ppm；锰锌铁氧体为-300目，居里温度为260℃，其平均粒度D₅₀分别为12μm、8.8μm、7.6μm、3μm，最后在400℃真空退火1小时。混合好的粉末测试其性能，混合前铁基非晶软磁性粉末与锰锌铁氧体体积之和与混合后粉末的体积之比为“混合前后体积比”，导磁率用电感测试装置测试，损耗用BH交流阻抗分析仪测试。

表1不同粒度铁氧体平均直径与空隙平均直径的比例对性能的改善

通过上表可知：在混合前后体积比小于1时导磁率和损耗同时得到改善，当铁氧体平均直径与空隙平均直径的比例不大于1.15时导磁率改善效果明显。

实施例2

本实施例粉末为采用破碎法制备的成分为Fe₈₀Si₁₆B₄的铁基非晶软磁性粉末和导磁率为3000的锰锌铁氧体，铁基非晶软磁性粉末为1000g，锰锌铁氧体为100g。非晶软磁性粉末的粒度为-150目，其平均粒度D₅₀为32μm，氧含量600ppm；锰锌铁氧体为-300目，居里温度为260℃，其平均粒度D₅₀分别为28.4μm、20.7μm、18.4μm、10.2μm，最后在400℃真空退火1小时。混合好的粉末测试其性能，混合前铁基非晶软磁性粉末与锰锌铁氧体体积之和与混合后粉末的体积之比为“混合前后体积比”，导磁率用电感测试装置测试，损耗用BH交流阻抗分析仪测试。

表2不同粒度铁氧体平均直径与空隙平均直径的比例对性能的改善

通过上表可知：在混合前后体积比小于1时导磁率和损耗同时得到改善，当铁氧体平均直径与空隙平均直径的比例不大于1.15时导磁率改善效果明显；当混合前后体积比大于1时导磁率没有得到改善，但损耗得到改善。

实施例3

本实施例粉末为采用雾化法制备的成分为Fe₈₀Si₁₆B₄的铁基非晶软磁性粉末和导磁率分别为2000、3000、5000的镍锌铁氧体，铁基非晶软磁性粉末为1000g，锰锌铁氧体为100g。非晶软磁性粉末的粒度为-150目，其平均粒度D₅₀为25μm，氧含量2000ppm；镍锌铁氧体为-300目，居里温度为260℃，其平均粒度D₅₀分别为7.2μm、8.0μm、8.8μm，最后在400℃真空退火1小时。混合好的粉末测试其性能，混合前铁基非晶软磁性粉末与锰锌铁氧体体积之和与混合后粉末的体积之比为“混合前后体积比”，导磁率用电感测试装置测试，损耗用BH交流阻抗分析仪测试。

表3不同导磁率铁氧体对性能的改善

通过上表可知：铁氧体导磁率越高，粉末压型制品导磁率改善地越明显，但是高导磁率的铁氧体其粉末粒度也越大，总的原则是混合前后体积比小于1。

实施例4

本实施例粉末为采用雾化法制备的成分为Fe₈₀Si₁₆B₄的铁基非晶软磁性粉末和导磁率为3000的锰锌铁氧体，铁基非晶软磁性粉末为1000g，锰锌铁氧体为100g。非晶软磁性粉末的粒度为-150目，其平均粒度D₅₀为25μm，氧含量2000ppm；镍锌铁氧体为-300目，居里温度为260℃，其平均粒度D₅₀为7.2μm，最后分别在500℃、450℃、400℃、350℃、300℃、250℃、200℃真空退火一小时。混合好的粉末测试其性能，混合前铁基非晶软磁性粉末与锰锌铁氧体体积之和与混合后粉末的体积之比为“混合前后体积比”，导磁率用电感测试装置测试，损耗用BH交流阻抗分析仪测试。

表4不同退火温度对非晶粉末压型制品性能的影响

通过上表可知：随着退火温度升高，导磁率逐渐增加，损耗逐渐减小，在对应温度下本发明实施例的导磁率和损耗都较非晶粉末压型制品得到改善。

实施例5

本实施例粉末为采用雾化法制备的成分为Fe₈₀Si₁₆B₄的铁基非晶软磁性粉末和导磁率为3000的锰锌铁氧体，铁基非晶软磁性粉末为1000g，锰锌铁氧体分别为10g、20g、50g、100g、200g。非晶软磁性粉末的粒度为-150目，其平均粒度D₅₀为25μm，氧含量2000ppm；锰锌铁氧体为-300目，居里温度为260℃，其平均粒度D₅₀为7.6μm，最后在400℃真空退火1小时。混合好的粉末测试其性能，混合前铁基非晶软磁性粉末与锰锌铁氧体体积之和与混合后粉末的体积之比为“混合前后体积比”，导磁率用电感测试装置测试，损耗用BH交流阻抗分析仪测试。

表5不同含量铁氧体对性能的改善

通过上表可知：铁氧体含量越高导磁率越高、损耗越小，改善效果明显。但是当铁氧体含量太该时出现混合前后体积比升高，不利于发挥非晶软磁性粉末的软磁性能，因此不能高于20％。