[发明专利]用于电力电子集成的低温固化高磁导率磁性复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种用于电力电子集成的低温固化高磁导率磁性复合材料及制备方法，将苯并环丁烯、Metglas 2705M片状粉末、坡莫合金球形粉末混合，并加入聚丙烯酰胺和丙酮，在球磨机中振动混合后制成具有良好流动性的磁性浆料，然后将磁性浆料浇注入模具中，在低温下加热固化，冷却脱模后得到磁性复合材料磁芯。由于片状Metglas 2705M粉末为磁通提供了导通路径，因而相比于软磁铁氧体而言，本发明可以提高复合材料在高频下的磁导率，在兆赫级频率下，复合材料的相对磁导率可以达到26以上。同时，在250℃以下就可以固化，相比于软磁铁氧体900℃以上的加工温度，不仅进一步简化了制备工艺，而且减少能耗。

技术领域

本发明涉及一种用于电力电子集成的低温固化高磁导率磁性复合材料及制备方法，属于磁性材料制备领域。

背景技术

随着电力电子转换器的发展，对转换效率和功率密度的要求越来越高，将磁性元件与其他电力电子元件进行集成的需求也越来越大。近年来，宽禁带功率半导体器件的出现，为进一步提高效率和功率密度创造了条件，将开关频率提高到兆赫以上，但同时对磁集成也提出了挑战。

在兆赫频率范围内，铁氧体作为一种软磁材料，由于其电阻率和磁导率高，常作为首选材料，但是在直流偏置下，它们的饱和磁化强度较低，磁导率会迅速下降。同时，由于铁氧体需要较高的加工温度(900℃)和加工压力，因此很难集成。磁粉芯作为另一种软磁材料，在低频下(1MHz)具有高的初始磁导率，但是在高频下(1MHz)其磁导率急剧下降，因此仅限于几百千赫兹应用。磁性复合材料是通过在绝缘基体中加入磁性填料来制备的，由于绝缘基体的存在，可以提高材料磁导率在高频下的稳定性。但是绝缘基体材料属于非磁成分，其引入会明显降低磁性复合材料的磁导率，目前研究中磁性复合材料在高频下(1MHz)的磁导率在3～20.5之间。

此外，制备磁性复合材料的工艺通常比较复杂，首先需要先在较高的温度和压力下将磁性复合材料粉末压制成型，然后在500℃以上进行退火。这种制备工艺复杂，需要较高的成型压力和加工温度，在制备复杂形状零件时有一定限制，因此不利于电力电子集成。

为了便于将磁性元件集成到电力电子电路中，同时提高磁性复合材料的磁导率，开发用于电力电子集成的材料和加工技术显得尤为重要。

发明内容

针对上述存在的用于电力电子系统的磁性复合材料在高频下的磁导率低，且制备工艺复杂，需要较高成型压力和加工温度的问题，本发明的目的在于提供一种用于电力电子系统集成的低温固化高磁导率磁性复合材料及其制备方法。本发明选用两种不同形状的磁性填料，以苯并环丁烯(苯丙环丁烯)作为聚合物基体，将二者混合均匀后制成浆料，注入模具中，然后在低温下使复合材料固化形成磁芯。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种用于电力电子集成的低温固化高磁导率磁性复合材料，复合材料包括的组分及各组分的重量份数如下：

所述的Metglas 2705M片状粉末是购于美国Metglas公司的一种FeSiB非晶合金片状粉末，牌号为Metglas 2705M，其尺寸优选为厚度24-26μm，宽度和长度75-250μm。

所述的坡莫合金球形粉末的尺寸优选为10-20μm。

本发明的一种用于电力电子集成的低温固化高磁导率磁性复合材料的制备方法，包括以下步骤:

1)制备浆料

按照上述复合材料需要的各组分及比例称取，置于球磨机中振动混合，以使得磁性填料在有机体系中能够均匀分散，形成磁性浆料；

2)成型

将步骤1)制备好的磁性浆料均匀地浇注入模具中，使浆料在模具中均匀分布；

3)固化