CN101007345A - 金属粉末、生坯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用作通过压制制备生坯的原材料的金属粉末，该金属粉末有多个可接近表面，使得在填充时相邻的金属粉末之间能彼此发生表面接触，以及通过压制该金属粉末制造生坯的方法，该方法包括以下步骤：装料步骤，将所述金属粉末装入预定模具中；填充步骤，将所述金属粉末在该模具中填充；以及压制步骤，压制所述金属粉末以得到所述生坯。

Description

金属粉末、生坯及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种金属粉末，将其作为原材料通过压制能得到一种生坯，以及用该粉末制得的生坯及其制造方法。

背景技术

通过压制金属粉末(以下有时候简称为“粉末”)所得到的生坯被用于，例如，作为制造齿轮零件中链轮的材料或者是作为制造泵零件中转子或叶片的材料，为了提高性能，如机械强度，人们正在进行尝试来尽可能提高所述生坯的密度。

提高生坯密度的方法已经公开在，例如，日本未经审查的专利公开(kokai)6-2007、10-140207、10-219302、11-100602、2001-254102、2002-317204、2003-171741和2004-342937中。

例如，从材料方面的方法包括使粉末具有不规则的形状来提高粉末的压实性质的方法。但是，由于只能有限地提高粉末压实性，所以生坯的密度可能得不到足够地提高。

还有一种公知的方法就是通过采用不同颗粒尺寸粉末的混合物来提高粉末的填充性。但是，在这种情况下不能充分地减少填充粉末之间形成的空隙。还有一种已知的方法是采用球状粉末，但是采用这种方法可能会降低粉末的压实性。所以，采用任何一种已知的这些方法都不能令人满意地提高生坯的密度。

从压制方面的方法包括使用高压力进行压制的方法。但是，在这种情况下会使得生坯在压制以后的品质变劣。还有一种已知的方法是在压制中使用润滑剂，但这样就有一个问题，那就是压制以后润滑剂仍然残留在生坯中，从而导致生坯的密度可能得不到令人满意地提高。

即，在常规方法中，提高生坯的密度都不能得到令人满意的效果，或者说要想再进一步提高生坯的密度可能很难实现。

生坯包括通过压制金属粉末得到的粉末磁芯，这些金属粉末的表面涂有绝缘膜。将所述粉末磁芯应用于磁特性很重要的材料，例如用于制造功率源零件，如噪声滤波器和电抗器(reactor)的材料。除了这些使用以外，近来，粉末磁芯还利用其形状上的自由度用于制造电机芯、或螺线管芯等等。

粉末磁芯鲜明的特点包括磁通密度和铁损(iron loss)。当该粉末磁芯被用作电机芯等时，当其磁通密度较高时，它的输出功率也比较高，当铁损较低时，电机的效率比较高。为了提高磁通密度，很重要的一点就是提高粉末磁芯的密度。另一方面，为了降低铁损，重要的是要降低交流磁场中的涡流损耗，还要降低由于压制过程中粉末变形(扭曲)而导致的磁滞损耗。

通常，采用在粉末表面涂覆绝缘薄膜的技术能保证粉末之间的电绝缘(以下简称“绝缘”)，从而达到降低涡流损耗的目的。另一方面，为了获得高磁通密度，在高压力下压制和降低绝缘薄膜的厚度是必要的。但是，高压压制可能会由于粉末变形或摩擦导致绝缘薄膜破裂，而降低绝缘薄膜的厚度可能会带来粉末之间绝缘性的显著下降。结果涡流损耗或磁滞损耗不利地增加了。

所以，近年来公开了一种能同时满足粉末磁芯有关高磁通密度和低铁损要求的制作粉末磁芯用的粉末，和使用该粉末制作的粉末磁芯，及其制造方法，例如，在日本未经审查的专利公开(kokai)2000-169901、2001-155914、2003-303711、2003-332116、2004-14614、2004-221549、2005-113258和2005-213639中。但是，在这些专利公开中，要么磁通密度不满足要求，要么铁损不满足要求。也就是说，现有的方法很难同时满足高磁通密度和低铁损的要求。

发明内容

本发明是在考虑了现有技术所存在的问题的基础上提出的，它的目的是提供拥有高填充性的、并能制成高密度生坯的金属粉末，使用所述粉末制成的生坯，及其制造方法。

第一发明是作为压制生坯的原材料的金属粉末。

所述金属粉末特征在于有多个可接近的表面(accessible surface)，所述表面使得当填充时相邻的金属粉末之间能彼此表面接触。

如前所述，本发明的金属粉末有多个可接近表面，使得当填充时相邻的金属粉末之间能彼此表面接触。也就是说，在填充金属粉末时，所述金属粉末能够在所述多个可接近表面可靠地与相邻的金属粉末之间彼此发生表面接触，所以在填充后金属粉末之间的空隙就能减小，金属粉末的填充性得到了增强。

致密地填充这种高填充性金属粉末并以所述能减小金属粉末之间的空隙的方式对其进行压制而得到的这种生坯，由于压制后较少出现气孔而具有高密度。

由于所述金属粉末具有高填充性，所以在压制时也不必采用高压来填充金属粉末之间的空隙，这样以低于以往的压力进行压制就可以得到高密度的生坯。

根据本发明，通过这种方式提供具备高填充性的、能用于制造高密度生坯的金属粉末。

第二发明是一种通过压制第一发明所述的金属粉末而得到生坯的方法，所述方法包括：

装料步骤，将所述金属粉末装入预制模具中；

填充步骤，将所述金属粉末在该模具中填充；以及

压制步骤，压制所述金属粉末以得到所述生坯。

在本发明的生坯的制造方法中，使用的是第一发明所述的金属粉末，也就是那种具有高填充性的金属粉末，所以根据这种制造方法，通过在预制模具中致密填充所述金属粉末并进行压制所得到的生坯具有高密度。

并且，由于所述金属粉末具有高填充性，所以在压制步骤中也不必采用高压来填充金属粉末之间的空隙，这样以低于以往的压力进行压制就可以得到高密度的生坯。

根据本发明的制造方法，可以通过这种方式获得高密度的生坯。

第三发明是通过第二发明所述的制造生坯的方法而获得的生坯。

本发明的生坯是通过第二发明所述的制造粉末压坯的方法制造，所以该生坯具有高密度。

附图说明

图1是实施例1中的金属粉末的示意图，

图2是实施例1中金属粉末表面的截面放大图，

图3是实施例1中金属粉末表面的截面放大图，

图4是实施例1中金属粉末处于填充状态的示意图，

图5是实施例1中生坯的示意图，

图6是实施例1中其他形状的金属粉末的示意图，

图7是实施例1中其他形状的金属粉末的示意图，

图8是实施例1中其他形状的金属粉末的示意图，

图9是实施例2中齿轮零件(链轮)的示意图，

图10是实施例2中泵零件(转子)的示意图，

图11是实施例3中用于制造粉末磁芯的粉末的示意图，

图12是实施例3中用于制造粉末磁芯的粉末的表面的截面放大图，

图13是实施例3中用于制造粉末磁芯的粉末的表面的截面放大图，

图14是实施例3中用于制造粉末磁芯的粉末处于填充状态的示意图，

图15是实施例3中粉末磁芯的示意图。

具体实施方式

在第一发明中，可接近表面的总面积优选是金属粉末整个表面积的70％或更多。

在这种情况下，所述金属粉末在填充后能保证具有足够大的面积与相邻的金属粉末彼此之间发生表面接触，使得这些金属粉末间的间隙能确实减小，粉末的填充性也能得到令人满意的增强。

金属粉末的形状优选是下列形状之一：近似立方体、近似长方体、近似三棱锥或近似四棱锥，金属粉末的所述可接近表面优选是下列形状之一：近似正方形、近似长方形和近似三角形。

在这种情况下，所述金属粉末在填充后能够增加与相邻金属粉末表面接触的面积，这样能极大地减小金属粉末间的间隙，而粉末的填充性也能得到进一步的增强。

对于每个可接近表面的形状而言，如果金属粉末是近似立方体，则所有的表面是近似正方形；如果金属粉末是近似长方体，则表面是近似正方形或近似长方形；如果金属粉末是近似三棱锥，则所有的表面是近似三角形；如果金属粉末是近似四棱锥，则一个表面是近似正方形或近似长方形，其余四个表面是近似三角形。

同样，金属粉末一侧的长度优选在10至500微米之间。

在这种情况下，金属粉末在填充后能有效地与相邻金属粉末彼此之间发生表面接触，这样就能有效地减少这些金属粉末间的空隙和增强填充性。

假设金属粉末的振实密度(tap density)是A，而所述金属粉末的密度是B的话，那么用(A/B)×100(％)来表示的振实填充率(tapped filling rate)优选是60％或者更高。

这种情况下，所述金属粉末具有高填充性，使得使用该金属粉末获得的生坯能够是令人满意的，并可靠地提高了它的密度。

顺带说一下，金属粉末的振实密度通过下面的方法来测量。将任意重量a的金属粉末装入量筒，使该量筒从10mm的高度自由下落然后将量筒提起来，重复上述操作，由此振动量筒的底部。完成装入金属粉末的操作之后，再振动量筒的底部20次。测得装入金属粉末的体积b，a/b的值就定义为振实密度A。在振实密度的测量中，可以使用Tap Denser(Seishin Enterprise Co.，Ltd.制造的，KYT-2000型号)等。

金属粉末优选地在表面上具有细小的不规则形，不规则形的凹陷部分的深度优选是金属粉末最大直径的10％或更小。

在这种情况下，在压制这些金属粉末时能增强粉末彼此之间的机械连接(mechanical connection)，使得用这种金属粉末制成的生坯的强度可以得到提高。

如果所述不规则形的凹陷部分的深度超过10％，那么填充后金属粉末之间的间隙就会增加，填充性可能下降。

所述凹陷部分的深度优选在1至50微米之间。

在这种情况下，在压制过程中所述金属粉末之间的机械连接可以进一步得到增强。

所述金属粉末优选自下列金属之一：Fe型、Fe-Al型、Fe-Si型、Fe-Al-Si型，Fe-Co型和Fe-Ni型。

在这种情况下，用所述金属粉末制成的生坯具有磁性。由于这种生坯具有高密度，所以作为磁特性之一的磁通密度也就高，这样当这种具有优良磁性的生坯作为粉末磁芯用于电机芯或螺线管芯等等时，性能也就能够得到提高。另外，在这种情况下，如果使用表面形成绝缘薄膜的金属粉末，能够进一步地提高性能。

也就是说，所述金属粉末优选是其表面涂覆了绝缘膜的用于制造粉末磁芯的粉末。

在这种情况下，通过压制这种用于制造粉末磁芯的粉末，能获得一种高密度的粉末磁芯，所述粉末是前述的金属粉末。由此获得的高密度粉末磁芯具有高磁通密度。

另外，在本发明中，可以以低于以往的压力进行压制，这样能够减少由于压制过程中承受压力而导致金属粉末的变形(扭曲)，压制后粉末磁芯的磁滞损耗也能得到降低。同时，也能减少涂覆在金属粉末表面的绝缘薄膜的变形/破裂，能有效地保证金属粉末之间的绝缘。由于存在着绝缘薄膜，所述粉末磁芯在压制后能够减少涡流损耗，并获得低铁损的粉末磁芯。

通过这种方式，能获得同时满足高磁通密度和低铁损的粉末磁芯。对于金属粉末是用于制造粉末磁芯的粉末的情况而言，其优选条件在下面进行描述。

所述金属粉末优选地具有500微米或更小的最大直径。

在这种情况下，金属粉末在压制过程中能可靠地获得令人满意的提高填充性的效果。

绝缘薄膜的厚度优选在10至1000纳米之间。

在这种情况下，能够有效地保证压制过程中金属粉末之间的绝缘。

绝缘薄膜优选是陶瓷薄膜、树脂薄膜或陶瓷树脂混合薄膜。

在这种情况下，能够有效地保证压制过程中金属粉末之间的绝缘。

所述陶瓷薄膜优选含有选自下列物质构成的组的至少一种或多种：氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化钛、氮化硼和氮化硅。

在这种情况下，所述绝缘薄膜具有高体积电阻，所以金属粉末间的绝缘可以得到增强。

所述树脂薄膜优选含有选自下列物质构成的组的至少一种或多种：硅树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂、酚醛树脂、聚醚酮基树脂、硅树脂和硅烷偶联剂。

在这种情况下，所述绝缘薄膜具有高电绝缘性，所以金属粉末间的绝缘可以得到增强。

在第二发明中，所述金属粉末优选通过在填充步骤中振动模具来进行填充。

在这种情况下，所述金属粉末可以填充到充分致密的状态，由此所获得的生坯的密度能够提高。

在填充步骤中，所述模具还可以优选地通过超声波发生器来进行振动。

在这种情况下，所述金属粉末可以填充到更致密的状态，由此所获得的生坯的密度能够进一步提高。

就所述金属粉末而言，也可以采用表面涂覆绝缘薄膜的用于制造粉末磁芯的粉末。

在这种情况下，通过压制前述这种用于制造粉末磁芯的磁性金属粉末，能获得高密度的粉末磁芯。这样获得的高密度粉末磁芯具有高磁通密度。

另外，在本发明的制造方法中，可以以低于以往的压力进行压制，这样能够减少金属粉末的变形(扭曲)和绝缘薄膜的变形/破裂。同时，压制后粉末磁芯的磁滞损耗和涡流损耗也会降低，从而能获得低铁损的粉末磁芯。

通过这种方式，能获得同时满足高磁通密度和低铁损要求的粉末磁芯。

在这种表面涂覆了绝缘薄膜并被用于制造粉末磁芯的金属粉末中，假设压制步骤之前的表面积是S1，压制步骤之后的表面积是S2，那么(S1-S2)/S1的值优选是0.2或更小。

在这种情况下，能够减少金属粉末的变形(扭曲)和绝缘薄膜的变形/破裂，这样所得到的粉末磁芯的铁损会进一步降低。

在第三发明中，所述生坯的相对密度优选是95％或更高。

在这种情况下，所述生坯由于含有更少的气孔而具备足够高的密度。

所述生坯可能是通过压制前述的用于制造粉末磁芯的金属粉末而获得的粉末磁芯，该粉末的表面涂覆有绝缘薄膜。

在这种情况下，所述生坯能同时满足高磁通密度和低铁损要求。

在所述生坯是粉末磁芯的情况下，优选的条件如下所述。

所述生坯的密度优选为7.4Mg/m³或更高。

在这种情况下，该生坯变得具有足够高的密度，生坯的磁通密度也就变得足够高。所述生坯的饱和磁通密度优选为1.6T或更高。

在这种情况下，该生坯变得具有足够高的磁通密度。

所述生坯，以高密度烧结零件的形式，可以用于齿轮零件(例如，链轮)、泵零件(例如，转子，叶片)等等。

同样，在所述生坯是粉末磁芯的情况下，该生坯也可以用作电机芯、螺线管芯、电抗器等等。

实施例

本发明将参考下面的实施例作进一步描述。

实施例1

根据本发明实施例的金属粉末描述如下。

本实施例中的金属粉末1，如图1所示，是用作压制生坯的原材料的金属粉末。金属粉末1有多个可接近表面11，使得其在填充时能与相邻的金属粉末1彼此之间发生表面接触。

以下是细节详述。

本实施例中的金属粉末1是纯铁(Fe)，如图1所示，其有着近似立方体的形状，一个侧边的长度为100微米。金属粉末1的最大直径为170微米。金属粉末1有6个可接近表面11，使得其在填充时能与相邻的金属粉末1彼此之间发生表面接触。所述可接近表面11近以正方形。虽然立方体金属粉末1出于简化的目的被描绘成了图1所示的最理想的形状，但是实际上其不是如此精确的立方体，在许多时候往往是带有圆角的形状。

如图2所示，金属粉末1的表面10上有多个细小的不规则形。在图中，出于简化的目的描绘了最理想的具有方形角的不规则形状，但是就像图3所示那样，在许多情况下不规则形实际上是带有圆角的形状。

同样，当使用三维形状测量显微镜(由Keyence Corp.生产，型号VK-8500)对金属粉末1的表面10进行检查时，所述不规则形的凹陷部分101的深度D大约是5微米。

在本实施例的金属粉末1中，6个可接近表面11的总面积占该金属粉末1整个表面积(表面10的整个面积)的90％，也就是说，金属粉末1在填充时能在表面10的多个部分与相邻的金属粉末1发生表面接触(参见图4)。

假设金属粉末1的振实密度是A，金属粉末1的密度是B，用(A/B)×100(％)来表示的振实填充率是90％(A＝7.06Mg/m³，B＝7.85Mg/m³)。

本实施例中金属粉末1的振实密度通过使用Tap Denser(Seishin EnterpriseCo.，Ltd.制造，KYT-2000型号)来测量。具体来说，当将300g(＝a)的金属粉末1装入一个100ml容积的量筒中时，使量筒从10mm的高度自由下落再提起来，重复所述操作，由此振动该量筒的底部。在完成金属粉末1装料之后，再振动该量筒的底部20次，测得金属粉末1的填充体积b。本例中该体积是42.5ml(＝b)。这样就得出了振实密度A(＝a/b)。

金属粉末1的制造方法简述如下。对于本例中金属粉末1的制造方法而言，采用的是铸模(cast-molding)法。

首先，纯铁作为构成金属粉末1的材料被熔化以制成熔融铁。随后熔融铁被浇铸到浇铸模具中，该模具有一侧长度为100微米的、近似立方体形状的凹陷部分。附带说明的是，该浇铸模具的内表面具有多个细小的不规则形，内表面上的凹陷部分的深度是5微米。接着，熔融铁被冷却并固化在浇铸模具中。最后，将金属粉末1从浇铸模具中取出。

通过这种方式，获得有一侧长度为100微米、形状近似于立方体的金属粉末1。

在制造本例金属粉末1的方法中，浇铸模具可以使用的构造材料是陶瓷，如氮化硅、氧化铝和氧化镁，或者是金属，如铁。从易于将金属粉末1从浇铸模具中取出的观点出发，优选使用热膨胀系数小的陶瓷。同样，考虑到将熔融铁浇铸到浇铸模具中会产生热冲击，优选使用氮化硅这种陶瓷。

对于金属粉末1的制造方法而言，除了本例中所述的铸模法以外，还可以采用挤压成型法(extrusion-molding)、拉制成型法(draw-molding)等等。举例来说，横截面积是100平方微米的角盘条通过挤压成型或拉制成型法成型，然后以100微米的节距进行切割，可以得到与本例的金属粉末1相同的金属粉末。

用前述的金属粉末1制造生坯2(参见图5)的制造方法如下所述。

本例中生坯2的制造方法包括：装料步骤，将金属粉末1装入预定模具中；填充步骤，将金属粉末1在模具中填充；以及压制步骤，通过压制金属粉末1以得到生坯2。

以下是细节详述。

在装料步骤中，金属粉末1被装入模具中，模具的形状与所要成型的生坯2形状相同。

接下来，在填充步骤中，该模具用超声波发生器进行振动以使金属粉末1致密填充。此时，如图4所示，金属粉末1尽可能地对整齐，使可接近表面11彼此之间发生表面接触。填充步骤是为了使金属粉末1之间的间隙尽可能小。填充之后，模具中金属粉末1的填充密度为4.6Mg/m³。附带说明的是，图4中，金属粉末1在模具中的填充只画出了其中的一部分。在该图中，显示的是理想的填充状态，但实际上，可能会有可接近表面11没有互相发生接触的部分。

接下来，在压制步骤中，对填充之后的金属粉末1施加800MPa的压力，这样能取得压实的效果。

通过这种方式，获得图5中所示的生坯2。

通过前述制造方法制造的生坯2如下所述。

如图5所示，本例的生坯2为圆柱形(环形)。生坯2的密度是7.8Mg/m³，相对密度是99.4％。

生坯2可以根据用途通过改变模具的形状而成形为各种形状。

本例中金属粉末1的工作效果如下所述。

本例中金属粉末1具有多个可接近表面11。由于这种构造，金属粉末1在填充时能在多个可接近表面11上可靠地与相邻的金属粉末1发生表面接触，由此填充时金属粉末1之间形成的间隙得以减小，金属粉末1的填充性可以得到增强。

通过致密填充这种具有高填充性的金属粉末1，并在金属粉末1之间的间隙减小的状态下压制这些粉末所得到的生坯2，由于压制后减少了气孔的出现而变得具有高密度。

同样，由于该金属粉末1具有高填充性，所以在压制过程中就不必要使用高压力来填充金属粉末1之间的间隙，这样通过在低于以往的压力下进行压制就可以得到高密度的生坯2。

在本实施例中，可接近表面11的总面积占金属粉末1整个表面积的90％。所以，金属粉末1在填充时能保证具有足够大的面积用于和相邻金属粉末1发生表面接触，由此金属粉末1之间的间隙能够可靠地减小，其填充性可以得到令人满意的提高。

金属粉末1是有一侧长度为100微米、近似于立方体的形状，其可接近表面11近似正方形。所以，金属粉末1在填充时能有效地与相邻金属粉末1发生表面接触，同时能增加发生表面接触的面积，这样能大大减小金属粉末1之间的间隙，并可以进一步提高其填充性。

通过前述的方法测得金属粉末1的振实填充率是90％，所以金属粉末1具有高填充性，由此用这种金属粉末1制造的生坯2的密度得到了令人满意地、可靠地提高。

金属粉末1在表面10上有细小的不规则形，不规则形的凹陷部分101的深度D是5微米，其为金属粉末1的最大直径的10％或更小。所以，这些金属粉末1彼此之间的机械连接在压制过程中可以得到增强，由此采用这种金属粉末1制得的生坯2的强度也可以得到提高。

在本例的制造方法中，在填充这一步，采用超声波发生器振动模具来进行填充金属粉末1，所以金属粉末1能被填充成更致密的状态，由此所制得的生坯2的密度可以得到进一步提高。

通过这种方式，根据本实施例，可以提供具有高填充性、并能制成高密度生坯的金属粉末，用所述粉末制成的生坯，以及该生坯的制造方法。

在本实施例中，纯铁(Fe)被用作金属粉末1，但是除这以外，也可以采用Fe-Al型金属、Fe-Si型金属、Fe-Al-Si型金属，Fe-Co型金属、Fe-Ni型金属或其他类的金属。

同样，该金属粉末1采用的形状是近似立方体，但是也可以采用各种其他的形状。举例来说，可以采用如近似长方体(图6)，近似三棱锥(图7)，近似四棱锥(图8)的形状。

如果采用近似长方体，那么所述可接近表面11就近似正方形或近似长方形；如果采用近似三棱锥，那么所有的表面都近似三角形；如果采用近似四棱锥，那么一个表面近似正方形或近似长方形，其余的4个表面近似三角形。

不管采用上述哪种形状，可接近表面11的总面积优选占金属粉末1整个表面积的70％或更多。振实填充率优选是60％或更多，更优选的是70％或更多。

实施例2

本实施例是采用实施例1的金属粉末1所制成的生坯2的应用实施例。

生坯2可以以高密度烧结零件的形式用于制造齿轮零件的链轮(图9)、泵零件的转子(图10)、叶片等等。

同样，生坯2也可以根据用途做成各种形状，并可应用于各种材料。

实施例3

本实施例表示这样一种情况：表面涂覆了绝缘膜的、用于制造粉末磁芯的粉末被用作所述金属粉末。

本例中用于制造粉末磁芯的粉末3是金属粉末，其作为原材料通过压制而得到如图11所示的粉末磁芯。用于制造粉末磁芯的粉末3具有多个可接近表面11，使其能与相邻的用于制造粉末磁芯的粉末3发生表面接触，其表面10涂覆有绝缘薄膜12。

具体细节详述如下。

本例中用于制造粉末磁芯的粉末3是纯铁(Fe)，如图11所示，它是一侧长度为100微米的近似立方体的形状。用于制造粉末磁芯的粉末3的最大直径是170微米。同样，用于制造粉末磁芯的粉末3有6个可接近表面11，以使在填充时相邻的用于制造粉末磁芯的粉末3之间可以发生表面接触。可接近面11近似正方形。虽然用于制造粉末磁芯的立方体粉末3出于简化的目的被描绘成了图11所示的最理想的形状，但是实际上其不是如此精确的立方体，而往往是带有圆角的形状。

如图12所示，用于制造粉末磁芯的粉末3的表面10上有细小的不规则形。在图中，不规则形状出于简化的目的被描绘成了最理想的方形转角，但是就像图13所示那样，实际上其往往是带有圆角的形状。

当使用与实施例1相同的方法对用于制造粉末磁芯的粉末3的表面10进行检查之后，所述不规则形的凹陷部分101的深度d是大约5微米。

如图11至13所示，用于制造粉末磁芯的粉末3的表面10全都涂覆有绝缘薄膜12，该薄膜含有硅树脂，其平均厚度为50纳米。

在本例的用于制造粉末磁芯的粉末3中，6个可接近表面11的总面积占该用于制造粉末磁芯的粉末3的整个表面积(表面10的整个面积)的90％，也就是说，该用于制造粉末磁芯的粉末3在填充时能在表面10的多个部分与相邻的用于制造粉末磁芯的粉末3发生表面接触(参见图14)。

假设用于制造粉末磁芯的粉末3的振实密度是A，用于制造粉末磁芯的粉末3的密度是B，用(A/B)×100(％)来表示的振实填充率是90％(A＝7.02Mg/m³，B＝7.80Mg/m³)。顺带说明的是，用于制造粉末磁芯的粉末3的振实密度A采用与实施例1相同的方法测量。

用于制造粉末磁芯的粉末3的制造方法简述如下。对于本例中的制造方法而言，采用的是与实施例1中相似的铸模法。

首先，纯铁作为构成用于制造粉末磁芯的粉末3的材料被熔化以制成熔融铁。熔融铁随后被浇铸到浇铸模具中，该模具具有一侧长度为100微米的、大约立方形的凹陷部分。附带说明的是，该浇铸模具的内表面具有多个细小的不规则形，内表面的凹陷部分的深度是10微米。接着，熔融铁被冷却并固化在浇铸模具中。最后，将用于制造粉末磁芯的粉末3从浇铸模具中取出，由此，就获得有一侧长度为100微米、形状近似于立方体的用于制造粉末磁芯的粉末3。

在所制得的用于制造粉末磁芯的粉末3的整个表面10上，形成平均厚度50纳米的包含硅树脂的绝缘薄膜12，举例来说，通过喷涂硅树脂溶液的方法形成，或者通过先将用于制造粉末磁芯的粉末3浸入硅树脂溶液再取出的方法形成。

通过这种方式，得到图11中所示的用于制造粉末磁芯的粉末3。

在本例的制造方法中，浇铸模具可使用的构造材料是陶瓷，如氮化硅、氧化铝和氧化镁，或者是金属，如铁。从易于将用于制造粉末磁芯的粉末3从浇铸模具中取出的观点出发，优选使用热膨胀系数小的陶瓷。同样，考虑到将熔融铁浇铸到浇铸模具中会产生热冲击，优选使用氮化硅这种陶瓷。

对于用于制造粉末磁芯的粉末3的制造方法而言，除了本例中所述的铸模法以外，还可以采用挤压成型法(extrusion-molding)、拉制成型法(draw-molding)等等。举例来说，横截面积是100平方微米的角盘条通过挤压成型或拉制成型法成型，然后以100微米的节距进行切割，可以得到与本例相同的用于制造粉末磁芯的粉末3。

对于绝缘薄膜12的涂覆方法而言，如果该绝缘薄膜12是树脂薄膜，举例来说，可以采用将用于制造粉末磁芯的粉末3和树脂粉末混合，并使树脂粉末黏附到用于制造粉末磁芯的粉末3的表面10的方法，或者采用在用于制造粉末磁芯的粉末3上喷涂树脂溶液的方法。

如果该绝缘薄膜12是陶瓷薄膜，举例来说，那么可以采用通过醇盐、或溶胶(sol-gel)等的化学反应使用于制造粉末磁芯的粉末3的表面10上涂覆薄膜的方法、在用于制造粉末磁芯的粉末3上喷射陶瓷细粉的方法、PVD法或CVD法。

如果该绝缘薄膜12是陶瓷和树脂的混合薄膜，举例来说，可以采用将陶瓷粉末分散到树脂溶液中，然后将所得混合溶液喷涂到用于制造粉末磁芯的粉末3上的方法。

用前述的用于制造粉末磁芯的粉末3制造粉末磁芯4(参见图15)的制造方法如下所述。

本例中粉末磁芯4的制造方法包括：装料步骤，将用于制造粉末磁芯的粉末3装入预定模具中；填充步骤，将用于制造粉末磁芯的粉末3在模具中填充；以及压制步骤，通过压制用于制造粉末磁芯的粉末3以得到粉末磁芯4。

以下是细节详述。

在装料步骤中，用于制造粉末磁芯的粉末3被装入模具中，模具的形状与所要成型的粉末磁芯4形状相同。

接下来，在填充步骤中，该模具用超声波发生器进行振动以使用于制造粉末磁芯的粉末3致密填充。同时，如图14所示，用于制造粉末磁芯的粉末3对整齐，使可接近表面11彼此发生表面接触。填充步骤是为了使用于制造粉末磁芯的粉末3之间的间隙尽可能小。填充之后，模具中用于制造粉末磁芯的粉末3的填充密度为5.5Mg/m³。附带说明的是，图14中，用于制造粉末磁芯的粉末3在模具中的填充只画出了其中的一部分。在该图中，显示的是理想的填充状态，但实际上，可能会有可接近表面11没有互相发生接触的部分。

接下来，在压制步骤中，对填充之后的用于制造粉末磁芯的粉末3施加800MPa的压力，这样能取得压实的效果。

通过这种方式，获得图15中所示的粉末磁芯4。

为了评估本实施例的制造方法中由于在压制过程中施加压力而导致用于制造粉末磁芯的粉末3的变形(扭曲)，在压制的前后都测量用于制造粉末磁芯的粉末3的表面积。压制前的表面积S1为755m²/m³，压制后的表面积S2为650m²/m³，用(S1-S2)/S1表示压制前后表面积的变化率，是0.14。

通过前述制造方法制造的粉末磁芯4如下所述。

如图15所示，本例的粉末磁芯4为圆柱形(环形)，被用作电动机的定子芯。粉末磁芯4的密度是7.70Mg/m³，相对密度是98.7％。通过BH分析器测得饱和磁通密度为1.82T，在400Hz交流磁场下的铁损是40W/kg。

粉末磁芯4可以根据用途通过改变模具的形状而成形为各种形状。

本例中用于制造粉末磁芯的粉末3的工作效果如下所述。

本例中用于制造粉末磁芯的粉末3具有多个可接近表面11，使得在填充时能与相邻的用于制造粉末磁芯的粉末3之间发生表面接触。也就是说，用于制造粉末磁芯的粉末3在填充时能在多个可接近表面11上可靠地与相邻的用于制造粉末磁芯的粉末3之间发生表面接触，由此，填充之后用于制造粉末磁芯的粉末3之间的间隙可以得以减小，用于制造粉末磁芯的粉末3的填充性得到增强。

通过致密填充这种具有高填充性的用于制造粉末磁芯的粉末3，再在用于制造粉末磁芯的粉末3之间的间隙减小的状态下压制这些粉末所得到的粉末磁芯4，由于压制后减少了孔隙的出现而变得具有高密度，这种具有高密度的粉末磁芯4也就具有高磁通密度。

同样，由于该用于制造粉末磁芯的粉末3具有高填充性，所以在压制过程中就不必要使用高压力来填充用于制造粉末磁芯的粉末3之间的间隙。换句话说，通过在低于以往的压力下进行压制就能得到高密度和高磁通密度的粉末磁芯4。

另外，由于压制可以在低于以往的压力下进行，所以能减少因为在压制过程中处于受压状态所产生的用于制造粉末磁芯的粉末3的变形(扭曲)，并且压制后粉末磁芯4的磁滞损耗可以得以减小。同时，也可能减少涂覆在用于制造粉末磁芯的粉末3的表面10上的绝缘薄膜12的变形/破裂，并且，用于制造粉末磁芯的粉末3之间的绝缘效果可以得到令人满意地保证。由于绝缘薄膜12的存在，压制后粉末磁芯4的涡流损耗可以减少，并可以获得低铁损的粉末磁芯4。

在本实施例中，可接近表面11的总面积占用于制造粉末磁芯的粉末3整个表面积的90％。所以，用于制造粉末磁芯的粉末3在填充时能保证具有足够大的表面积用于和相邻的用于制造粉末磁芯的粉末3之间彼此发生表面接触，由此用于制造粉末磁芯的粉末3之间的间隙能够可靠地减小，其填充性也可以得到令人满意的提高。

用于制造粉末磁芯的粉末3是有一侧长度为100微米、近似于立方体的形状，其可接近表面11的形状近似正方形。所以，用于制造粉末磁芯的粉末3在填充之后能有效地与相邻的用于制造粉末磁芯的粉末3彼此之间发生表面接触，同时能增加用于发生表面接触的面积，这样能大大减小用于制造粉末磁芯的粉末3之间的间隙，并可进一步提高其填充性。

通过前述的方法测得用于制造粉末磁芯的粉末3的振实填充率是90％，所以用于制造粉末磁芯的粉末3具有高填充性，由此，用这种用于制造粉末磁芯的粉末3制造的粉末磁芯4的磁通密度得到了令人满意的、可靠的提高，同时降低了铁损。

用于制造粉末磁芯的粉末3在其表面10上有细小的不规则形，不规则形的凹陷部分101的深度d是5微米，其为用于制造粉末磁芯的粉末3的最大直径的10％或更小。所以，这些用于制造粉末磁芯的粉末3在压制过程中彼此之间的机械连接得到了增强，由此，采用这种用于制造粉末磁芯的粉末3制得的粉末磁芯4的强度可以得到提高。

所述绝缘薄膜12是树脂薄膜，含有硅树脂，厚度50纳米，所以绝缘薄膜12具有高的电绝缘性，由此用于制造粉末磁芯的粉末3之间的绝缘效果可以得到提高。

在本例的粉末磁芯4的制造方法中，在填充这一步，采用超声波发生器振动模具来填充所述用于制造粉末磁芯的粉末3，所以用于制造粉末磁芯的粉末3能被填充成一种更致密的状态，由此所制得的粉末磁芯4的密度和磁通密度可以得到进一步提高。

在所述用于制造粉末磁芯的粉末3中，假设压制步骤前的表面积是S1，而压制步骤后的表面积是S2，那么(S1-S2)/S1的值是0.14。所以能够令人满意地减少用于制造粉末磁芯的粉末3的变形(扭曲)和所述绝缘薄膜12的变形/破裂，从而可以进一步降低所述粉末磁芯4的铁损。

同样，根据本例的制造粉末磁芯4的方法制得的粉末磁芯4的相对密度为98.7％。所以该粉末磁芯4由于孔隙少而具有高密度。

另外，粉末磁芯4的密度是7.70Mg/m³，饱和磁通密度是1.82T。所以，该粉末磁芯4具有令人满意的高密度，同时也具有高磁通密度。

通过这种方式，根据本实施例，可以提供用于制造粉末磁芯的粉末3，其能制成高填充性、并同时满足高磁通密度和低铁损要求的粉末磁芯。通过该用于制造粉末磁芯的粉末3制得的所述粉末磁芯4能同时满足高磁通密度和低铁损的要求。

在本实施例中，本例中的纯铁(Fe)被用作构成用于制造粉末磁芯的粉末3，但是除这以外，也可以采用Fe-Al型金属、Fe-Si型金属、Fe-Al-Si型金属、Fe-Co型金属、Fe-Ni型金属或其他金属。

另外，对于绝缘薄膜12而言，举例来说，除了本例中含有硅树脂的树脂薄膜以外，也可以使用陶瓷薄膜或陶瓷树脂混合薄膜。

对于树脂薄膜来说，可以采用包含一类树脂或多类树脂的薄膜，如本例中使用的硅树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂、酚醛树脂、聚醚酮基树脂、硅树脂和硅烷偶联剂。

对于陶瓷薄膜来说，可以采用包含一类陶瓷或多类陶瓷的薄膜，如氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化钛、氮化硼和氮化硅。

同样，本实施例中用于制造粉末磁芯的粉末3的形状是近似立方体，但是也可以采用各种其他的形状。举例来说，可以采用如近似长方体(图6)、近似三棱锥(图7)或近似四棱锥(图8)的形状。

如果采用近似长方体，那么所述可接近表面11就近似正方形或近似长方形；如果采用三棱锥，那么所有的表面都近似三角形；如果采用近似四棱锥，那么一个表面近似正方形或近似长方形，其余的4个表面近似三角形。

不管采用上述哪种形状，可接近表面11的总面积优选占用于制造粉末磁芯的粉末3整个表面积的70％或更多。振实填充率优选是60％或更高，更优选的是70％或更高。

本例的粉末磁芯4被成型为电动机的定子芯形状，但是还可以根据不同的用途通过改变压制用于制造粉末磁芯的粉末3的模具的形状而成型为各种形状。除了前述的用途以外，粉末磁芯4可以被用于电动机的转子芯、噪声滤波器、和电抗器等等。

Claims (22)

1、金属粉末，其作为通过压制获得生坯的原料，所述金属粉末具有多个可接近表面，使得在填充时，相邻的金属粉末之间能发生表面接触。

2、如权利要求1所述的金属粉末，其中所述可接近表面的总面积占所述金属粉末整个表面积的70％或更多。

3、如权利要求1所述的金属粉末，其中所述金属粉末的形状是近似立方体、近似长方体、近似三棱锥和近似四棱锥中的任一个，所述金属粉末的所述可接近表面的形状是近似正方形、近以长方形和近似三角形中的任一个。

4、如权利要求3所述的金属粉末，其中所述金属粉末的一侧长度在10至500微米之间。

5、如权利要求1所述的金属粉末，其中假设所述金属粉末的振实密度是A，而所述金属粉末的密度是B，用(A/B)×100(％)来表示的振实填充率是60％或者更高。

6、如权利要求1所述的金属粉末，其中所述金属粉末在表面上有细小的不规则形，所述不规则形的凹陷部分的深度为所述金属粉末最大直径的10％或更小。

7、如权利要求6所述的金属粉末，其中所述凹陷部分的深度在1至50微米之间。

8、如权利要求1所述的金属粉末，其中所述金属粉末是下列金属之任一：Fe型金属、Fe-Al型金属、Fe-Si型金属、Fe-Al-Si型金属，Fe-Co型金属和Fe-Ni型金属。

9、如权利要求1所述的金属粉末，其中所述金属粉末是用于制造粉末磁芯的粉末，在其表面涂覆有绝缘薄膜。

10、如权利要求9所述的金属粉末，其中所述金属粉末的最大直径为500微米或更小。

11、如权利要求9所述的金属粉末，其中所述绝缘薄膜的厚度在10至1000纳米之间。

12、如权利要求9所述的金属粉末，其中所述绝缘薄膜是陶瓷薄膜、树脂薄膜或陶瓷树脂混合薄膜。

13、如权利要求12所述的金属粉末，其中所述陶瓷薄膜含有选自下列物质构成的组的至少一种或多种：氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化钛、氮化硼和氮化硅。

14、如权利要求12所述的金属粉末，其中所述树脂薄膜含有选自下列物质构成的组的至少一种或多种：硅树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯硫醚树脂、酚醛树脂、聚醚酮基树脂、硅树脂和硅烷偶联剂。

15、通过压制权利要求1-14任一所述的金属粉末来制造生坯的方法，所述方法包括：

装料步骤，将所述金属粉末装入预定模具中，

填充步骤，将所述金属粉末在所述模具中填充，以及

压制步骤，压制所述金属粉末以得到所述生坯。

16、如权利要求15所述的制造生坯的方法，在所述的填充步骤中，通过振动所述模具来填充所述金属粉末。

17、如权利要求16所述的制造生坯的方法，在所述的填充步骤中，通过使用超声波发生器来振动所述模具。

18、如权利要求15所述的制造生坯的方法，其中所述金属粉末是用于制造粉末磁芯的粉末，其表面上涂覆有绝缘薄膜，假设压制步骤之前金属粉末的表面积是S1，压制步骤之后的表面积是S2，那么(S1-S2)/S1的值是0.2或更小。

19、生坯，其由权利要求15-18任-所述的方法制成。

20、如权利要求19所述的生坯，其中所述生坯的相对密度是95％或更大。

21、如权利要求19所述的生坯，其中所述生坯是通过压制用于制造粉末磁芯的粉末所得到的粉末磁芯，所述粉末是表面涂有绝缘薄膜的金属粉末，所述生坯密度为7.4Mg/m³或更高。

22、如权利要求21所述的生坯，其中所述生坯的饱和磁通密度是1.6T或更高。

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