[发明专利]一种复合磁粉芯及其制备方法

说明书

本发明提供一种复合磁粉芯，所述复合磁粉芯包括超顺磁纳米颗粒和金属软磁粉末，所述超顺磁纳米颗粒占所述超顺磁纳米颗粒和金属软磁粉末总重量的0.5％～5％。本发明的复合磁粉芯利用超顺磁纳米颗粒填充微米磁粉颗粒间隙，显著削弱磁稀释作用，提高饱和磁感和磁导率，而且超顺磁纳米颗粒具有极低的矫顽力，可以克服添加常规纳米磁性颗粒带来的磁滞损耗升高的问题。本发明的复合磁粉芯在高频领域内功率损耗更低，从而促进金属磁粉芯的高频化、小型化和低功耗。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种复合磁粉芯及其制备方法。

背景技术

软磁复合材料(Soft magnetic composite，SMC)或金属磁粉芯，是由软磁合金颗粒及绝缘包覆介质组成的多相异质结构块体材料，兼具软磁合金和铁氧体的优点，广泛用于电子电力、新能源、通讯、汽车、智能制造、家电、军工等领域，是国民经济和国防建设的关键基础材料。近年来，随着新能源汽车、大功率充电桩、5G通讯以及太阳能发电等高端应用领域的快速发展，对金属磁粉芯等磁性元器件的综合电磁性能提出更高要求。

金属磁粉芯制备以粉末冶金技术为基础，主要包括软磁合金粉末制备、绝缘包覆、压制成型以及后续热处理。磁粉芯主要作为电机定子/转子以及电感应用，其功率损耗直接决定了电机、电路电能转换效率，可以分为磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。其中，涡流损耗与磁场频率平方成正比。因此，高频化要求在磁粉芯内部引入大量高电阻率绝缘包覆介质，形成均匀、连续包覆结构，将涡流限制在磁粉颗粒内部，从而显著降低高频涡流损耗。然而，由于引入大量非磁性绝缘包覆介质，以及缺少后续高温烧结致密化过程，导致磁粉芯致密度降低，存在大量分布式气隙，饱和磁感、磁导率等磁性指标远低于合金磁粉(磁稀释效应)。另外，非磁性介质对合金磁粉的磁畴运动存在强烈钉扎作用，磁粉芯的准静态矫顽力显著提升，在一定频率范围内磁粉芯的磁滞损耗远高于涡流损耗。根据Jang等研究结果(Jang P,Lee B,Choi G.Effects of annealing on the magnetic properties of Fe–6.5％Si alloy powder cores[J].Journal of Applied Physics,2008,103:07E743)，在100mT/50kHz下Fe-6.5wt％Si磁粉芯的磁滞损耗为涡流损耗的2～3倍。基于此，国内外同行提出利用磁性铁氧体、磁性纳米颗粒及其与有机绝缘介质的复合物作为绝缘包覆介质，并开发相应的包覆技术手段。

根据复合材料的理论，在微米尺度软磁粉末颗粒中复合添加一定量纳米尺度软磁颗粒制备微/纳米复合磁粉芯，可以降低非磁性相、分布式气隙的体积分数，显著提高磁导率和饱和磁感应强度。相比于微米颗粒，纳米磁性颗粒具有更好的填充性，可以填充到微米颗粒间隙，对磁粉芯磁性能的提升效果十分明显。但是，由于纳米尺度磁性颗粒具有较高的矫顽力，常规微/纳米复合磁粉芯的磁滞损耗大大增加，导致磁粉芯的总功耗仍处于较高水平。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种复合磁粉芯及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种复合磁粉芯，所述复合磁粉芯包括超顺磁纳米颗粒和金属软磁粉末，所述超顺磁纳米颗粒占所述超顺磁纳米颗粒和金属软磁粉末总重量的0.5％～5％。

上述的复合磁粉芯由超顺磁纳米颗粒与微米级金属软磁粉末进行混合后制备得到。上述的复合磁粉芯利用超顺磁纳米颗粒填充微米磁粉颗粒间隙，显著削弱磁稀释作用，提高饱和磁感和磁导率，而且超顺磁纳米颗粒具有极低的矫顽力，可以克服添加常规纳米磁性颗粒带来的磁滞损耗升高的问题。上述的复合磁粉芯在高频领域内功率损耗更低，从而促进金属磁粉芯的高频化、小型化和低功耗。