[发明专利]一种高磁导率软磁复合材料的制备方法

说明书

本发明属于磁性材料制备领域，尤其涉及一种高磁导率软磁复合材料的制备方法。该方法将软磁合金与绝缘介质混合，通过热压热变形工艺制备软磁复合材料；经热变形获得的磁体中软磁合金变为片状结构，所有片状磁性颗粒皆沿磁环平面（工作磁路方向）平行有序排列；同时在绝缘介质中加入纳米磁性氧化物；最终获得高磁导率各向异性软磁复合材料。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沿磁环平面取向的片状软磁颗粒，不需要磁场即可获得各向异性有序磁结构。

技术领域

本发明属于磁性材料制备领域，尤其涉及一种高磁导率软磁复合材料的制备方法。

背景技术

软磁材料作为电能转换、信号传输和电磁兼容等磁电变换的必备介质，广泛应用于信息、电力、能源、交通和国防等领域，是重要的功能材料和国民经济的关键基础材料。随着现代社会信息化与工业化的进展，设备与器件日益小型化、轻量化、高频化、集成化，软磁材料也朝着高频、高磁导率、低损耗的方向发展。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。

软磁复合材料是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁软磁合金颗粒很小（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。

国内浙江大学、中国计量大学、河北工业大学、中南大学、 北京科技大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学、重庆大学、武汉科技大学、北京航空航天大、南昌大学、中科院宁波材料所等单位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利用磁场使软磁合金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。

发明内容

针对软磁复合材料磁导率低的共性问题，本发明的目的在于提供一种高磁导率软磁复合材料的制备方法。本发明将软磁合金与绝缘介质混合，通过热压热变形工艺制备软磁复合材料；经热变形获得的磁体中软磁合金变为片状结构，所有片状软磁合金颗粒皆沿磁环平面（工作磁路方向）平行有序排列；同时在绝缘介质中加入纳米磁性氧化物；最终获得高磁导率各向异性软磁复合材料。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：