[发明专利]一种软磁复合材料的热变形界面扩散制备方法

说明书

本发明提供一种软磁复合材料的热变形界面扩散制备方法：对Fe、Fe‑Si、Fe‑Ni、Fe‑Ni‑Mo、Fe‑Si‑Al进行热压热变形制备，经热变形磁粉变为片状结构，所有片状磁性颗粒皆沿磁环平面平行有序排列；采用B₂O₃、V₂O₅、Bi₂O₃、Na₂CO₃、Mn₂O₃、Sb₂O₃、CuO和低熔点玻璃粉等低熔点化合物将磁环表面包覆，再采用真空退火工艺，使低熔点化合物经颗粒界面扩散至磁环内部，提高磁体电阻率，炉冷至室温，获得软磁复合材料。本发明的优点是：片状结构可有效降低损耗，提高磁导率，经热压热变形工艺可直接获得有序磁结构，通过真空退火在磁体内部界面处渗透扩散得到的绝缘层非常薄，磁体磁导率高。

技术领域

本发明涉及一种软磁复合材料的热变形界面扩散制备方法，属于磁性材料制备领域。

背景技术

软磁材料是指剩磁和矫顽力均很小的铁磁材料，如硅钢片、纯铁等。其特点是易磁化、易去磁且磁滞回线较窄。软磁材料常用来制作电机、变压器、电磁铁等电器的铁心。软磁材料通常包括铁氧体软磁和金属软磁。传统的铁氧体软磁材料具有高电阻和优异的高频性能，但饱和磁感应强度低；金属软磁材料具有高磁通以及高磁导率，但高频损耗高。兼具金属软磁高磁通和软磁铁氧体高电阻优点的软磁复合材料已成为高频磁性材料领域的研究热点。

软磁复合材料是软磁金属经制粉、绝缘处理、粘结、压制和热处理而制备的磁性复合材料，广泛应用于能源、信息、交通和国防等重要领域，是国民经济和国防建设的关键基础材料。由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为0.5～5 微米），又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。

国内诸多高校和科研院所都开展了软磁复合材料的研究，工作重点集中在界面绝缘包覆、磁性相成分设计和磁体工艺优化三个方面，以提高磁性能，改善磁通密度、磁导率和磁损耗特性。首先，界面绝缘包覆是软磁复合材料的研究重点，通过对软磁颗粒充分绝缘隔离，提高电阻率、降低涡流损耗；良好的包覆层应厚度薄以保证高磁导率，结构完整以保证充分的绝缘包覆；绝缘包覆材料既可以为无机物（玻璃粉、水玻璃、MgO、SiO₂和Al₂O₃等）、有机物（环氧树脂、酚醛树脂和有机硅等），也可以为有机无机复合包覆。其次，磁性相成分设计主要从软磁合金自身出发，通过添加元素改善合金的磁导率、矫顽力及电阻率等特性。再次，工艺优化主要通过调整制备参数，优化材料微观结构，提升磁性能。

软磁复合材料自身结构特点导致磁体磁导率低，主要由两个因素导致：一、合金颗粒被非磁性绝缘层隔开，磁路隔断、磁阻高，工作磁路中非磁性绝缘层越厚，磁导率越低；二、非磁性界面导致磁化过程中合金颗粒内出现自由磁极，局域退磁场大。这两个因素的共同作用导致磁体磁导率低、磁滞损耗大。磁阻与磁路中非磁性绝缘层总厚度直接相关，而退磁场由合金颗粒形状决定，因此软磁复合材料的低磁导率是由自身结构所必然导致。因此如何通过优化组织结构以降低局域退磁场和磁阻，是提升材料磁导率降低损耗的关键。

中国专利2012104332238利用磁场使磁性颗粒沿磁场方向形成链状团簇，进行获得单向透光特性；中国专利2009101405358 、2016110014476、2016110015356、2016110017173采用片状软磁合金或铁氧体在聚合物或石蜡基体中磁场取向来获得复合材料，取向有序结构对材料的磁导率或损耗有一定优化，但基体中非磁性相含量依然过高，磁导率低、高频损耗高的缺点依然没有本质改善。

此外，现在的工艺是将绝缘介质与金属磁粉混合后压制成型。但绝缘介质与金属磁粉的包覆界面在压制过程中容易产生脱离，形成不均匀包覆，致使涡流损耗偏高。