[发明专利]软磁磁粉芯及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种软磁磁粉芯材料及其生产方法。

背景技术

软磁磁粉芯磁体是一种具有高的温度稳定性、高磁通密度、高电阻、低损耗和高直流迭加特性的材料，因而在变压器、电感器、通讯设备、滤波器、计算机、电子整流器及照明等领域得到广泛应用。随着通讯及信息产业技术的迅速发展以及电子设备制造技术的不断完善，磁性元器件市场对高性能高直流迭加磁粉芯的需求量越来越大。软磁磁粉芯在交变场下的损耗基本上可以分为三类：磁滞损耗、涡流损耗和介电损耗。磁粉芯在制造过程中通常采用在颗粒表面加入绝缘层的办法来改进材料的频率及迭加特性，以减小其电导率和涡流损耗，并使之形成合适的微观结构，以利于提高直流迭加性能。有些化合物可以在磁粉芯的粉末颗粒表面产生高电阻层，如磷酸盐等，但还必须考虑介电损耗等的影响。

磁粉芯材料的物理特性主要由构成材料的磁粉的成份、磁粉的微观结构、磁粉表面包敷的绝缘层及其厚度和制备材料的工艺等所决定。其中的磁性颗粒一般分为Fe基、Co基和Ni基三种。理论和实验都说明，通过合理的磁粉选择和制造工艺，包敷适当的有机或无机绝缘层，就可以获得相应的宏观磁性能。如：软磁磁粉芯材料的一个重要指标就是在高频下的功率损耗，在磁粉表面包敷适当的有机或无机高电阻层，就可以从整体上提高材料的电阻率，从而降低材料在高频下的涡流损耗；如果高电阻层的厚度适当，还可以提高材料抗直流迭加的能力。

涡流损耗与磁芯的电阻率密切相关(分内、外涡流)；磁滞损耗受粉末内应力的影响很大，而内应力由制造过程和后处理工艺决定。

涡流损耗与频率的平方成正比，所以，要提高高频性能，很重要的一点就是降低材料的涡流损耗。涡流损耗包括内涡流(磁性颗粒内部的涡流)和外涡流(磁性颗粒之间的涡流)。为此，在把软磁粉末压制成磁芯时，要求软磁粉末之间要互相绝缘，以把涡流限制在单个颗粒之内。如果绝缘不充分，涡流损耗就会很大。应考虑用厚的绝缘层来改善绝缘性能。但是，厚的绝缘层又会降低材料的磁通密度，因为这会减少磁芯中磁性粉末的比例。另一个选择是用比较大的压力来成型，这会在软磁粉末内形成比较大的内应力，从而增加磁滞损耗。要降低内涡流，就须减小颗粒的大小，增加材料本身的电阻率，这样又会降低磁粉芯的磁导率。

为此，为制造出性能更好的软磁磁粉芯，很重要的一点是在增大磁芯电阻率的同时，磁芯的密度不降低。为此，要在颗粒表面覆盖一层具有高绝缘性能的薄的绝缘层，然后用预定的处理工艺进行处理。

为此，在制造软磁磁粉芯时，绝缘层都是由有机物，如氟化树脂，或者无机粘合剂，如聚硅氧烷和水玻璃等。为了获得足够的绝缘性能，需要增加绝缘层的厚度，这样会降低磁粉芯的磁导率。

非晶合金的一个特点是，材料本身由于处于非晶态，所以具有比较高的电阻率，其电阻率比晶态时的电阻率高几个数量级，同时，其矫顽力也比相应的晶态材料低，所以其损耗很小。纳米晶材料的矫顽力最小，其晶粒处于纳米量级，所以内涡流很小，又其纳米晶粒被非晶基底所包围，所以材料本身的电阻率也很小，这就决定了它的损耗也比较小。这两类材料的饱和磁感应强度都比较高，就使其具有比较高的直流迭加性能。

为了保持非晶状态，非晶软磁合金一般都是通过快淬法得到的，包括甩带法等。水雾化和气雾化时如果冷却速度很快，也可得到非晶态的粉末。甩带法得到的一般是带材，只适合于制造形状简单的磁芯，如环形等，要制作形状复杂的磁芯，就得把这种带材粉碎成粉末，再压成所需要的形状。对于纳米晶材料，也存在类似的情况。这时就需把非晶或纳米晶合金制成粉末，再压制成复杂的形状，或者进一步降低其高频损耗。

公开号为CN1185012，名称为由具有纳米晶结构的铁基软磁合金制造磁性元件的工艺的中国专利公开了一种生产方法：由磁性合金制造非晶薄带；由薄带制造用于磁性元件的坯件；对磁性元件进行晶化热处理，包括在500℃～600℃之间温度的至少一个退火步骤，保温时间在0.1～10小时，以便形成纳米晶；晶化热处理之前，在低于非晶合金再结晶温度的温度下进行松弛热处理。该专利是把非晶-纳米晶材料制备成非晶-纳米晶带材，再把非晶-纳米晶带材卷绕成环形磁芯。这样制备的磁芯属金属基磁芯，虽然磁性能较好，如磁导率较高，但其交流损耗却很大；另外，只能制备简单形状的环形磁芯。如果要求磁芯的形状比较复杂，用这种方法就很难制备。

发明内容

本发明提供了一种制造非晶和纳米晶软磁磁粉芯材料的生产方法，解决了现有技术所存在的涡流损耗高、直流迭加性能差等问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案解决的：