CN101689417A - 压粉磁芯及扼流器 - Google Patents

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Abstract

一种压粉磁芯，其主成分为作为第一磁性体的Fe系非晶合金薄带的粉碎粉末和作为第二磁性体而包含有Cr的Fe系非晶合金雾化粉末，所述粉碎粉末为薄板状，具有两个对置的主表面，以所述主表面的面方向最小值为粒径时，粒径超过粉碎粉末厚度2倍且6倍以下的粉碎粉末占全部粉碎粉末质量的80％以上，且粒径为粉碎粉末厚度2倍以下的粉碎粉末占全部粉碎粉末质量的20％以下，并且所述雾化粉末的粒径为所述粉碎粉末厚度的1/2以下且3μm以上。

Description

压粉磁芯及扼流器
技术领域
本发明涉及应用于电视机及空调等家电设备中所采用的PFC电路上的压粉磁芯及扼流器，尤其涉及对软磁性Fe系非晶合金粉末进行高密度压缩制作压粉磁芯及扼流器。
背景技术
家电设备的电源电路的前段部分是由将AC(交流)电压转换为DC(直流)电压的AC/DC转换器电路构成。就目前所知，一般来讲，输入到该转换器电路中的输入电流的波形与电压波形存在相位偏移，或产生电流波形本身不是正弦波的现象。从而功率因数下降并导致无功功率变大，并且还会产生高次谐波噪声。PFC电路是用于通过控制使得这种相位偏移的AC输入电流的波形整形为与AC输入电压相同的相位或波形，从而降低无功功率及高次谐波噪声的电路。
近年，在标准化组织IEC(International Electro-technical Commission：国际电工委员会)的主导下，各种设备都需要依照标准搭载由PFC控制的电源电路。
为了使在上述PFC电路中使用的扼流器实现小型化、低背化，作为磁芯的材质，以具有高饱和磁通密度Bs为优，不仅需要低铁芯损耗(Core Loss)Pcv，更需要具有优良的直流重叠性能。
考虑到上述问题，由于利用铝硅铁粉(Sendust)或Fe-Si系列的金属磁性粉末制作的压粉磁芯具有优良的平衡性，因此被采用。
专利文献1提出采用粉碎Fe系非晶合金薄带的金属粉末制作铁芯，以进一步降低铁芯损耗。
另外，专利文献2提出，为了提高成形体的密度，将粉碎非晶合金薄带的板状粉末和通过雾化法(Atomization)得到的球状粉末进行混合。
专利文献1：日本特开2005-57230号公报
专利文献2：日本特开2002-249802号公报
发明人参考专利文献1研究了粉碎Fe系非晶合金薄带的粉碎条件。专利文献1记载的方法，经热处理使薄带脆化后进行粉碎，虽然可以有效提高粉碎效率，但实际得到的铁芯却达不到期待的低铁芯损耗，存在有比铝硅铁粉或Fe-Si系列的粉末性能差的问题。
专利文献2提出，通过混合由雾化法获得的非晶球状粉末和粉碎急冷薄带而得到的非晶扁平状粉末，使得高密度压缩容易进行，从而制造致密度得到提高的压粉磁芯。但发明人在对专利文献2的提案进行实验时发现，如果在球状粉末和扁平粉末的直径几乎相同的情况下，几乎不能提高致密度。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种压粉磁芯及扼流器，该压粉磁芯尽管也使用Fe系非晶薄带的粉碎粉末，但铁芯损耗低，并具有优良的直流重叠特性，而且成形体密度高、成形体强度大。
本发明为了使Fe系非晶薄带在粉末状时也具有薄带状时的低铁芯损耗和优良的直流重叠特性，对粉碎粉末的形态及粒径进行了研究，发明了一种兼具低铁芯损耗和良好的直流重叠特性的压粉磁芯及通过对压粉磁芯卷绕导线形成线圈而获得的扼流器，其主要制作方式为：粉碎粉末为薄带状，具有两个对置的主表面，主表面方向上的粒径最小值为粉碎粉末的2倍以上6倍以下；为获得高成形密度的压粉磁芯，混合包含粒径为上述粉碎粉末厚度的1/2以下、3μm以上Cr的Fe系非晶雾化球状粉末(采用雾化法制备的球状粉末，下同)。
总之，本发明提供一种压粉磁芯，其主成分为：作为第一磁性体的Fe系非晶薄带的粉碎粉末和作为第二磁性体的包含有Cr的Fe系非晶雾化球状粉末；上述粉碎粉末为薄板状，具有两个对置的主表面，以上述主表面的面方向最小值为粒径值时，粒径超过粉碎粉末厚度的2倍且6倍以下的粉碎粉末质量占全部粉末质量的80％以上，且粒径为粉碎粉末厚度的2倍以下的粉碎粉末质量为全部粉末质量的20％以下；进一步的上述雾化球状粉末的粒径为上述粉碎粉末厚度的1/2以下3μm以上。
另外，一种压粉磁芯，上述作为第一磁性体的Fe系非晶薄带的粉碎粉末和作为第二磁性体而包含有Cr的Fe系非晶雾化球状粉末的混合比例为，质量比为95∶5～75∶25之间。
另外，一种压粉磁芯，当频率为50kHz、磁通密度为50mT时铁芯损耗为70kW/m3以下，并且，磁场强度为10000A/m时相对磁导率为30以上。
另外，一种压粉磁芯，在压粉磁芯的表面处涂布硅橡胶涂布层，涂布环氧树脂涂布。
另外，一种扼流器，其特征在于，对上述压粉磁芯卷绕数圈导线形成线圈。
另外，一种扼流器，将压粉磁芯放入到树脂箱内，上述压粉磁芯和上述树脂箱内侧用硅胶进行固定，对上述树脂箱的外层卷绕数圈导线形成线圈。
本发明采用粉碎方式可以最大限度的控制Fe系非晶合金薄带的低铁芯损耗和优良的直流重叠特性。另外，由于采用压缩成形技术，可以自由地获得所需形状的高强度的压粉磁芯及扼流器。
附图说明
图1为本发明中粒径超过50μm的Fe系非晶薄带粉碎粉末的SEM图像；图2为比较例1中粒径为50μm以下的Fe系非晶薄带的粉碎粉末的SEM图像；
图3为粉碎粉末粒径与铁芯损耗关系的示意图；
图4为本发明及比较例中频率与铁芯损耗关系的示意图；
图5为本发明及比较例中磁场与相对磁导率关系的示意图；
图6为粒径为50μm以下的粉碎粉末的含有率与铁芯损耗关系的示意图；
图7为关于铁芯压环强度评定方法的示意图；
图8为关于Fe系非晶薄带的粉碎粉末粒径的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种压粉磁芯，其主要成分为作为第一磁性体的Fe系非晶合金薄带的粉碎粉末和作为第二磁性体而包含有Cr的Fe系非晶合金雾化球状粉末，上述粉碎粉末为薄板状，具有两个对置的主表面，以上述主表面的面方向最小值为粒径时，粒径超过粉碎粉末厚度的2倍且6倍以下的粉碎粉末质量占全部粉末质量的80％以上，且粒径为粉碎粉末厚度的2倍以下的粉碎粉末质量占全部粉末质量的20％以下，并且上述雾化球状粉末的粒径为上述粉碎粉末厚度的1/2以下、3μm以上。
另外，一种压粉磁芯，上述作为第一磁性体的经脆化热处理的Fe系非晶合金薄带的粉碎粉末和作为第二磁性体而包含有Cr的Fe系非晶合金雾化球状粉末的混合质量比为95∶5～75∶25之间。
另外，一种压粉磁芯，当频率为50kHz、磁通密度为50mT时铁芯损耗为70KW/m3以下，并且，磁场强度为10000A/m时，相对磁导率为30以上。
另外，一种压粉磁芯，涂部硅酮橡胶(silicone rubber)后，涂布环氧树脂(epoxyresin)。
进一步的，一种扼流器，对上述压粉磁芯卷绕数圈导线形成线圈。
另外，一种扼流器，将压粉磁芯放入到树脂箱内，上述压粉磁芯和上述树脂箱内侧使用硅胶进行固定，对上述树脂箱的外层卷绕数圈导线形成线圈。
本发明人针对Fe系非晶合金薄带的低铁芯损耗和优良的直流重叠特性在粉碎后磁特性恶化的问题，探讨了如何将粉碎方式引起的恶化抑制到最小。另外，由于采用压缩成形技术，可以自由地获得所需形状的高强度的压粉磁芯及扼流器。
(脆化热处理)
Fe系非晶合金薄带经300℃以上的热处理引起脆化，具有易粉碎的特性。如果继续更高温度的热处理，则引起进一步的脆化，变得更加容易粉碎。但是，温度超过380℃会增加铁芯损耗。因此，优选热处理温度为320℃以上370℃以下。
(准备阶段)
首先，使用冲击粉碎机(Impact mil)粉碎经360℃热处理引起脆化的Fe系非晶合金薄带，使用透过孔径为106μm筛子的粉碎粉末制作铁芯(压粉磁芯)。在粉碎粉末中添加丙烯酸(Acrylic)系粘合剂(Binder)，之后再添加作为无机粘合剂的Sb系的低熔点玻璃，使用37吨的压力床在2Gpa的压力条件下将粉碎粉末加压成环状。之后粉碎加工成环形的粉碎粉末以去除加工过程的变形，使用无机粘合剂使粉碎粉末颗粒之间绝缘，进行400℃的热处理以结合粉碎粉末。在该热处理过程中，上述的有机粘合剂消失。通过绝缘薄膜，卷绕导线制得的线圈，。在磁通密度为50mT的条件下，频率为50Hz时铁芯损耗为115kW/m3，频率为100Hz时铁芯损耗为249kW/m3，铁芯损耗均比较大。(比较例3)
(Fe系非晶合金薄带粉碎粉末)
在此，为了探明铁芯损耗值大的原因，对上述透过106μm的粉碎粉末，使用孔径更小的筛子，并对粉碎粉末分设级别，以粉碎粉末的粒径为参数对铁芯损耗进行了分析。结果参见图3。在此，粉碎粉末的粒径值为孔径的1.4倍，同薄带状粉末的主表面的面方向的最小值几乎相同。
对此，以图8为例进行说明。Fe系非晶合金薄带粉碎粉末1的粒径的主表面的面方向最小值为d，t为Fe系非晶合金薄带的厚度。
粉碎粉末的粒径数值可通过孔径的大小进行控制，采用扫描电子显微镜(以下，记为SEM)进行观察的结果，与实测值基本一致。
由图3可知，粒径为50μm(薄带厚度的2倍)以下时，铁芯损耗会骤然增加，因此可以认为含有粒径为50μm(薄带厚度的2倍)以下的粉碎粉末是导致铁芯损耗增加的原因。另外，使用SEM观测各粒径的粉碎粉末的结果表明：如图1所示，显示低铁芯损耗值粒径超过50μm的粉碎粉末的两个主表面，与粉碎前的非晶薄带的两个主表面相对应，没有明显的加工痕迹，并且能够清楚的观测到上述两个主表面端部的边缘；参考图2，而在粒径低于50μm的粉碎粉末的两个主表面处，可以清楚的观察到粉碎加工时的切削痕迹，并且两个主表面顶部的边缘轮廓不分明。
接下来，对造成较大铁芯损耗的的粒径为50μm(薄带厚度的2倍)以下的粉碎粉末的含量进行研究。将透过孔径为35μm(粒径为49μm)的粉碎粉末同粒径为50μm以上150μm以下的粉碎粉进行混合，观察粒径为50μm以下的粉碎粉末对铁芯损耗的影响。结果如图6所示，如粒径为50μm以下的粉碎粉末的含量低于全部质量的20％以下，则不会加剧铁芯损耗。
也就是说，如果粒径为50μm以下的粉碎粉末的含量低于全部质量的20％以下，就不必担心增加铁芯损耗。
从上述的测定结果和SEM的观察结果可知，在粉碎Fe系非晶合金薄带(厚度为25μm)时，如果对粉碎前的Fe系非晶合金薄带的两个主表面产生的加工痕迹不明显，则可能保持低铁芯损耗的优点；但是如果对两个主表面(包括两个主表面的端部边缘)产生的粉碎痕迹很明显(粒径为50μm以下)，则可确定铁芯损耗将显著增加。上述铁芯损耗显著增加的原因可以认为是由于粉碎粉末中残留有对两个主表面的加工变形。
对已发生脆化的Fe系非晶合金薄带进行粉碎时，如果粒径(粒径为50μm以上)为薄带厚度的2倍以上，则可推断为几乎没有对主表面进行粉碎。
不过，即便含有主表面处粉碎痕迹明显的粉末(粒径为50μm以下)，但其含量如果为全部粉碎粉末的全部质量的20％以下，则几乎不加重铁芯损耗。
在压缩成形处理时，在成形压缩模内粉末的流动，可以提高成形密度，获得致密的成形体；但如果粉末为薄带状，则流动性差，导致当粒径超过150μm以上时无法获得致密的成形体。因此粉碎粉末的粒径优选为50μm以上(薄带厚度的2倍)150μm以下(薄带厚度的6倍)。
另外，根据使用的筛子对粉碎粉末分设级别，混有超出分设级别的粗大粉碎粉末的情况也会存在。在本发明中，如果存在有微量的超出分设级别的粗大粉碎粉末，则不会产生问题。
(Fe非晶合金球状粉末)
接下来探讨了如何提高成形体的密度问题。在上述专利文献2中记载的球状粉末的粒径条件下，即便进行混合也无法提高密度。本发明将利用水雾化法获得的Fe系非晶合金球状粉末的粒径作为参数进行了研究。结果表明，当粒径比粉碎粉末的厚度小时能够提高成形体的密度，其原因可认为：当成分仅为薄带状粉碎粉末的情况时，粉碎粉末表面附近的空隙很难通过压缩的方式进行填充，与此相对应，粒径小于粉碎粉末厚度的球状粉碎粉末，可以填充上述的粉碎粉末表面附近的空隙，从而提高填充密度；另外球状粉末可以提高压缩成形作业时粉体的流动性。
对于提高密度，优选球状粉末的粒径小于薄带状粉碎粉末厚度的50％。如果薄带状粉碎粉末厚度为25μm时，则球状粉末的粒径优选小于12.5μm。虽然如果粒径更小的话，可以更有效的填充上述的空隙，但粒径变小，会导致球状粉末之间的凝聚力增大，使得分散粉末变得困难。
使用激光衍射/散射法测定的球状粉末的粒径的中位径D50(相当于累积质量占全部质量的50％的颗粒粒径)
对Fe系非晶合金薄带粉碎粉末也同样使用SEM进行了观察，测出的数值基本一致。
另外。因在Fe系球状粉末中粒径变小从而使得表面积增大，在制作铁芯时会由于水蒸气等环境条件引起酸化问题。作为对策，可使用含有Cr的Fe系非晶合金球状粉末来解决上述问题。
(粉碎粉末和球状粉末的混合比例)
作为表示粉碎粉末和球状粉末的混合比率的质量比为95∶5～75∶25时，可以明确认为具有提高成形体密度的效果。继续增加球状粉末，如果混合质量比超过75∶25，则不再提高成形体密度。原因被认为是球状粉末不再填充上述空隙。因此优选球状粉末的质量混合比为5％以上，25％以下。(实施例9、10、11、比较例5、6)
(有机粘合剂、无机粘合剂)
在对粉碎粉末和球状粉末进行压缩成形时，需要在室温下使用有机粘合剂粘合粉体。
另外，为了去除加工变形，需要对压缩成形后的粉碎粉末和球状粉末在400℃的温度下进行1小时的热处理。通过热处理，有机粘合剂发生热分解，而被去除。由此可知，如果只含有有机粘合剂，经热处理后的粉碎粉末和球状粉末之间的结合力几乎丧失，从而导致成形体的强度丧失。
在此，为了使粉末之间在经过400℃的热处理后冷却至室温时仍可以相互结合，同时添加无机粘合剂和有机粘合剂。在有机粘合剂进行热分解的温度范围内，无机粘合剂呈现流动性，对粉末表面不断润湿扩散，使粉末之间相互结合。同时粉末表面的无机粘合剂由于粉末间的毛管作用进一步加强了绝缘性。这种粉末间的结合力以及绝缘性即便冷却至室温时也仍能保持。
在成形工序及热处理前期过程中使用有机粘合剂，优选为可以维持粉体间的结合力，防止发生成形体处出现碎片及裂隙，并且在成形后的热处理过程中容易发生热分解的。在400℃时可基本完全分解的有机粘合剂适宜为丙烯酸系树脂。
作为无机粘合剂，优选在低温时也可具有流动性的低熔点玻璃，或具有优良的耐热性和绝缘性的硅树脂。硅树脂优选聚甲基硅树脂或苯甲基硅树脂。
添加量是由无机粘合剂的流动性和对粉末表面的润湿性能力或结合能力、金属粉末表面积与热处理后希望得到的铁芯的机械强度，以及希望达到的铁芯损耗来决定的。增加无机粘合剂的添加量，相应的铁芯的机械强度也增加，同时对粉碎粉末和球状粉末的应力也增加，从而导致铁芯损耗也增加。由此可知低铁芯损耗和高机械强度呈互抵(Tradeoff curve)关系，有必要参考实际需要的铁芯损耗和机械强度调整无机粘合剂的添加量。
(粉碎粉末和球状粉末的混合)
使用干式混合机混合粉碎粉末、球状粉末、有机粘合剂及无机粘合剂。为了减少在压缩成形过程时的粉末同压缩模的摩擦，优选添加质量百分比小于1％的硬脂酸或硬脂酸锌等硬脂酸盐。
(颗粒)
在上述的混合工序中，通过包含于有机粘合剂中的有机溶剂，使混合粉末成为颗粒分布相对松散的凝结粉。使用孔径为425μm的震动筛，将混合粉末通过孔径，从而制得颗粒粉末。
(成形)
在成形工序中，使用成形模具进行压缩成形。在1GPa以上3GPa以下的压力条件下，持续数秒钟即可成形。根据上述的有机粘合剂的含量或所需的成形体强度适当调整成形工序中的压力及持续时间。
(成形后的热处理)
为了获得高软磁性，有必要减缓上述粉碎工序及成形工序中的应力变形。通过调查铁芯损耗和热处理温度间的关系可知，在350℃以上420℃以下的温度条件下，可以有效的减缓应力变形，实现低铁芯损耗。
当温度不满350℃时，不能充分减缓应力，而当温度超过420℃时，则粉碎粉末的一部分开始结晶，导致铁芯损耗显著增加。因此优选温度为350℃以上420℃以下。进一步的，为了获得稳定的低铁芯损耗，更优选温度为380℃以上410℃以下。
在此对结晶温度进行说明。结晶温度是通过使用差示扫描热量计(DSC)检测放热过程而确定的。在后面的实施例中使用Metglas公司制作的2605SA1作为Fe系非晶合金薄带。合金薄带的结晶温度为510℃，比上述的粉碎粉末的结晶温度420℃要高。
该原因可推测为在粉碎粉末中由于粉碎时的应力，使得在低于合金薄带本来的结晶温度时就开始发生结晶。
(铁芯的绝缘涂布)
一般来讲，对具有导电性的金属铁芯表面进行涂布树脂层等进行绝缘处理，确保卷绕的导线间相互绝缘，防止使用时由于铁芯所引起的短路。作为其他的绝缘方法，将铁芯保存在树脂箱内，在箱体的外侧卷绕导线。如果偏重于小型化，优选涂布树脂层的绝缘方法，如果想确保高绝缘性，则优选放置到树脂箱内的方法。
发明人当初考虑到流动层的问题试验了涂布环氧树脂层的方法，发现涂布后铁芯的磁特性恶化。究其原因可推测为由于环氧树脂的固化使铁芯产生应力，从而导致磁特性恶化。在此讨论了使用可使铁芯产生较小应力的树脂避免磁特性减弱的可能性。其结果为使用硅橡胶几乎不会减弱磁特性。
另外，随着铁芯的大型化，上述的由环氧树脂引起的磁特性恶化现象也不再出现。究其原因可推测为：随着铁芯的大型化，铁芯的表面积与铁芯体积的比值变小，使得作用于铁芯整体的应力在铁芯表面附近的体积分数也减小，实际产生的磁特性恶化可忽略不计。铁芯表面积和铁芯体积的比值为0.7以上时，采用硅涂层(Sillcone Coating)可以有效防止磁特性恶化，而比值为0.9以上时，硅涂层的效果更为有效。
(采用铁芯树脂箱进行的绝缘)
如前所述，为了确保高绝缘性将铁芯放置到树脂箱处。在放置于树脂箱处时，为使铁芯不发生应力，可使树脂箱的内部尺寸大于铁芯的外部尺寸。而铁芯如在箱内移动则有可能产生噪音，因此有必要将铁芯固定到树脂箱的内侧。固定方法优选使用如前所述的使铁芯产生较小应力的硅橡胶机械粘合。另外，铁芯在设想的所受冲击范围内，只需固定于箱内即可，因此没有必要将铁芯的各表面都固定于树脂箱的内部，按照预测的耐冲击性确定粘合面积和粘合位置。
(Fe系非晶合金薄带)
现就Fe系非晶合金薄带进行如下说明。
Fe系非晶合金薄带的合金组成优选为FeaSibBcCdMe(M为Cr、Mo、Zr、Hf元素中的一种或一种以上元素，原子百分比为50≤a≤90、5≤b≤30、2≤c≤15、0≤d≤3、0≤e≤10、a+b+c+d+e＝100)。
Fe原子个数a的原子百分比，优选为60％以上80％以下，而当小于50％(下面出现的％，表示原子百分比)时，耐蚀性差，导致无法获得稳定性能好，能够长期使用的用于制作天线的磁芯。Fe原子个数a的原子百分比如果超过90％，则导致将在后面叙述的Si、B的含量不足，制作工业非晶合金薄带将变得艰难。Fe原子个数a的原子百分比超过50％时，可以用Co、Ni的一种或两种来置换低于10％的Fe含量。优选Co、Ni的含量为低于Fe的5％。
Si为非晶形成的必须元素，需添加Si，使得用以表示Si含量的b的原子百分比为5％以上，但为了提高饱和磁通密度，还需控制Si的原子百分比为30％以下。
B为在提高非晶形成能力时起最大作用的元素，因而是必须的。表示B含量的c在不满2％时，Fe系非晶合金薄带热稳定性降低，而添加量即便超过15％也看不出有改善非晶形成能力的效果。
M元素对改善软磁特性非常有效。表示M含量的e优选低于8％，如果超过10％则导致饱和磁通密度下降。
C可提高角形性及磁通密度，表示C含量的d为整体的3％以下即可，如果超过3％则导致脆化性和热稳定性的降低。
上述合金组成原子百分比为100％，也可以是其中含有0.5％以下的S、P、Sn、Cu、Al、Ti中一种或一种以上的元素作为不可避免的杂质。
实施例
下面根据实施例对本发明进行详细说明。
(实施例1)
采用平均厚度为25μm，宽213mm的Metglas公司生产的2605SA1材料作为Fe系非晶合金薄带。对10kg的该Fe系非晶合金薄带进行空心卷绕，卷绕好后放置于干燥的大气环境的恒温箱(Oven)中，在360℃的温度下加热2小时，使之脆化。将绕组从恒温箱中取出进行冷却后，使用岛通株式会社(DULTON.CO.，LTD)制造的超微粉碎机(粉碎能力为20kg/小时，转速18000rpm)进行粉碎。将粉碎粉末透过孔径为106μm的孔径(粒径为149μm)。粉碎粉末整体质量的70％透过孔径。进一步透过35μm(粒径为49μm)孔径，去除此次透过的粉碎粉末。使用SEM对透过106μm的孔径而没能透过35μm的孔径的粉碎粉末进行了观察。几乎看不到透过孔径的粉末对粉碎前的合金薄带的两个主表面进行加工的痕迹，并且两个主表面端部边缘清晰，两个主表面的形状为不定形，最小的粒径值约为上述孔径孔径乘以1.4，即为50μm至150μm之间。
向80g的上述粉碎粉末添加20g(添加整体质量的20％)的爱普生雾化(EPSON ATMIX)株式会社制作的Fe74B11Si11C2Cr2(粒径为5μm)，Fe74B11Si11C2Cr2作为含有Cr的Fe系非晶合金雾化球状粉末，这样可得到100g的混合粉末。向该混合粉末添加：2.0g(添加整体质量的2％)的日本福利得株式会社(NIPPON FRIT CO.，LTD.)制造的VY000M1，一种Sb系低熔点玻璃用作无机粘合剂；1.5g(添加整体质量的1.5％)丙烯酸系昭和高分子株式会社制造的合成树脂乳液(Polysol)AP-604，用作有机粘合剂；0.5g(添加整体质量的0.5％)硬脂酸锌。再使用岛通株式会社制造的万能混合搅拌机进行混合。
混合粉末透过425μm的孔径而制得颗粒粉末。使用37吨压缩机，在压力为2GPa的条件下持续2秒，压缩成环形，其外形尺寸为：外径14mm，内径7.5mm，高5.5mm。
对制得的成形体，在恒温箱内的大气环境下，以400℃的温度进行1小时的热处理后，利用浸渍法涂布信越硅株式会社制造的硅橡胶涂布材料KE-4895，在120℃的温度下进行1小时的干燥，制得硅橡胶涂布的产品。使用测微计对涂布前后进行测量可知，涂布的厚度约为50μm。并且，再使用粉体流动法涂布SOMAR株式会社的环氧树脂EPIFORM，在温度为170℃的条件下使其固化，并制得环氧树脂涂布产品。使用与上述相同的方法测量涂布厚度，为100μm至300μm之间。
对经以上工序制作的环形铁芯卷绕20圈直径为0.25mm的绝缘导线，进行2次卷绕，制作出2组线圈，使用岩通测试株式会社制造的B-H分析仪SY-8232对该2组线圈的铁芯损耗进行测定，在磁通密度为50mT，频率为50kHz及100kHz的条件下，测定结果分别为49KW/m3、119KW/m3。
另外，对环状铁芯卷绕30圈直径为0.6mm的绝缘导线，测量其直流重叠性。使用HP公司制造的HP-4284A，在100kHz，1V，磁场强度H分别为H＝0、5000以及10000A/m的条件下测量相对磁导率μ，分别为65、50、31。
表1中的No.1(实施例1)对结果进行了总结。
(比较例1)
在实施例1的实施条件下，使用铝硅铁粉(粒径D50＝60μm)代替Fe系非晶合金薄带粉碎粉末，其他条件同实施例1，制作环形铁芯，并研究了铁芯损耗和直流重叠性。表1中的No.10(比较例1)对该结果进行了总结。在频率为50kHz，磁通密度为50mT时的铁芯损耗为85KW/m3；磁场强度为10000A/m时的相对磁导率为22。
(比较例2)
在实施例1的实施条件下，使用大同特殊钢材株式会社制造的DAPMS7(粒径D50＝75μm)作为Fe-Si6.5％粉末以取代Fe系非晶合金薄带粉碎粉末，其他作业条件同实施例1，制作环形铁芯，并研究了铁芯损耗和直流重叠性。表1中的No.11(比较例2)对该结果进行了总结。在频率为50kHz，磁通密度为50mT时的铁芯损耗为161KW/m3；磁场强度为10000A/m时的相对磁导率为38。
图4示出表1中的No.1(实施例1)、将粉末的材料变换为铝硅铁粉的表1中的No.10(比较例1)、以及将粉末的材料变换为Fe-Si系的No.11(比较例2)之间的铁芯损耗频率特性的测评结果。从图4可知，No.1(实施例1)中的铁芯损耗在50kHz以及100kHz时为最低。
另外，图5则示出在与上述实验材料相同的条件下，磁导率μ和磁场强度H的相互依存关系的测试结果。相对H＝0A/m，在H＝5000A/m、H＝10000A/m时的下降率越小其直流重叠性也越好，No.1(实施例1)同No.11(比较例2)(Fe-Si系)相比直流重叠性差，但同No.10(比较例1)(铝硅铁粉)相比，其直流重叠性非常好。
综上可知，实施例1同比较例1和比较例2相比，具有低铁芯损耗，和优于比较例1的直流重叠性。
(实施例2)
在实施例1的条件下，使用含有Cr的Fe系非晶合金雾化球状粉末Fe74B11Si11C2Cr2，其粒径为10μm，其他作业条件同实施例1，制作外观尺寸为外径30mm、内径20mm、高8.5mm的环形铁芯，并进行测评。在表1中的No.2(实施例2)处总结了测评结果。在频率为50kHz，磁通密度为50mT时的铁芯损耗为53KW/m3；磁场强度为10000A/m时的相对磁导率为31。
(实施例3、4)
在实施例1的条件下，制作外观尺寸为外径40mm、内径23.5mm、高12.5mm的环形铁芯，并对其测评，其他作业条件与实施例1条件相同。在实施例3中，涂布硅橡胶层后继续涂布环氧树脂；在实施例4中没有涂布硅橡胶，仅仅涂布环氧树脂后进行了比较测评。铁芯表面积/铁芯体积＝4137/10281≈0.40，由于其值较小，可认为没有出现因硅橡胶层的有无而导致的明显差别。在表1中No.3(实施例3)、No.4(实施例4)处总结了测评结果。在频率为50kHz，磁通密度为50mT时的铁芯损耗分别为44KW/m3、45KW/m3；而且在磁场强度为10000A/m时，均获得了相对磁导率为30的优良性能。
(实施例5)
在实施例1的条件下，采用了日本电气硝子株式会社制造的Glass60/200，一种Sb低熔点玻璃，用作无机粘合剂，制作环形铁芯，并对其测评，其他作业条件与实施例1的条件相同。在表1中的No.5(实施例5)处总结了测评结果。在频率为50kHz，磁通密度为50mT时的铁芯损耗为55KW/m3；而且在磁场强度为10000A/m时，获得了相对磁导率为31的优良性能。
(实施例6)
在实施例1，无机粘合剂Sb低熔点玻璃的添加量为全部质量的2％，而在实施例6中，该Sb低熔点玻璃的添加量为全部质量的5％，制作环形铁芯，并对其测评，其他作业条件与实施例1的条件相同。在表1中的No.6(实施例6)处总结了测评结果。在频率为50kHz，磁通密度为50mT时的铁芯损耗为66KW/m3，大于实施例1中的49KW/m3；而且在磁场强度为10000A/m时，相对磁导率为30，几乎与实施例1中的相对磁导率31相同。
进行了铁芯的机械强度的比较。根据图7所示的测评方法，压环强度σr(MPa)可通过破坏铁芯时的最大压力P(N)，利用下面的公式计算。
σr＝P(D-d)/Id2
此处，D：铁芯的外径(mm)、d：铁芯自身的厚度(mm)、I：铁芯的高度(mm)。
测定结果显示，在实施例1中铁芯的压环强度为12MPa，在实施例6中铁芯的压环强度为25MPa。
如果增加无机粘合剂的添加量，可以确定：铁芯的机械强度将会增加，粉碎粉末或球状粉末的应力也将同时增加，铁芯损耗也将增加。低铁芯损耗和高机械强度为互抵关系。
(实施例7)
在实施例1的条件下，添加1.0g(全部质量的1％)WACKER ASAHIKASEISILICONE CO.，LTD制造的SILRES H44作为苯甲基硅树脂，取代无机粘合剂Sb低熔点玻璃，制作环形铁芯，并对其测评，其他作业条件与实施例1相同。在表1中No.7(实施例7)处总结了测评结果。在频率为50kHz，磁通密度为50mT时的铁芯损耗为55KW/m3；而且在磁场强度为10000A/m时，获得了相对磁导率为30的优良性能。
(实施例8)
在实施例1的条件下，添加0.8g(全部质量的0.8％)WACKERASAHIKASEISILICONE CO.，LTD制造的SILRES MK作为苯甲基硅树脂，取代Sb低熔点玻璃，制作环形铁芯，并对其测评，其他作业条件与实施例1相同。在表1中No.8(实施例8)处总结了测评结果。在频率为50kHz，磁通密度为50mT时的铁芯损耗为70KW/m3；而且在磁场强度为10000A/m时，获得了相对磁导率为30的优良性能。
(比较例3)
在实施例1的条件下，不去除透过孔径为32μm(粒径为45μm)的粉碎粉末，制作环形铁芯，并对其测评，其他作业条件与实施例1相同。对没能通过上述孔径的粉碎粉末分设了级别，粒径为20μm以上150μm以下，并且粉碎粉末中粒径为50μm以下的部分的含量为全部质量的40％。在表1中No.12(比较例3)处总结了测评结果。在频率为50kHz时的铁芯损耗较大，为115KW/m3。(图6)
(比较例4)
在实施例1的条件下，不涂布硅橡胶层，仅涂布环氧树脂，制作环形铁芯，并对其测评，其他作业条件与实施例1相同。在表1中No.13(比较例4)处总结了测评结果。在频率为50kHz时的铁芯损耗较大为90KW/m3。铁芯表面积/铁芯体积＝590/603≈0.98，因该比值较大，由环氧树脂引起的应力导致铁芯损耗显著增加。
(实施例9、10、11，比较例5、6)
在实施例1的条件下，将粉碎粉末同球状粉末的混合比例变换为100∶0、95∶5、85∶15、75∶25、70∶30，制作环形铁芯，并对成形体密度进行测评，其他作业条件与实施例1相同。在表2中处总结了测评结果(包括对实施例1进行的测评)。在球状粉末的比例为5％以上、15％和25％的情况下可提高成形体的密度。但是，在为30％时与25％时相等。
(实施例12)
在实施例1的条件下，在400℃时，经过1小时热处理后制得的成形体用作铁芯，将其放置于DuPont株式会社制造的玻璃强化PET树脂箱内，该箱体的外形尺寸为外径15mm、内径6.5mm，高6.5mm，箱体壁厚度0.6mm。在与铁芯外周相对的树脂箱外周的内侧，均等分为6处并分别注入硅橡胶，然后与上述的6个位置对应的，与铁芯内周相对的树脂箱内周的内侧处的6个位置处也同样注入硅橡胶，使用环氧系粘合剂将环状的盖子和树脂箱进行粘合，从而制得环形铁芯。对制得的铁芯与实施例1相同，也卷绕导线，并对其测评。在表1中No.9(实施例12)处总结了测评结果。在频率为50kHz，磁通密度为50mT时的铁芯损耗为48KW/m3；而且在磁场强度为10000A/m时，获得了相对磁导率为31的优良性能。
表1
[表1]
Figure G2009800002127D00171
表2
  No.   粉碎粉末的质量百分比   球状粉末的质量百分比   成形体密度(kg/m3)   当No.17比较例5看做100时的比率
  1   实施例1   80   20   5.69×103   102.5
  14   实施例9   95   5   5.60×103   100.9
  15   实施例10   85   15   5.67×103   102.2
  16   实施例11   75   25   5.70×103   102.7
  17   比较例5   100   0   5.55×103   100.0
  18   比较例6   70   30   5.70×103   102.7
符号说明
1Fe系非晶合金薄带粉碎粉末

Claims (6)

1、一种压粉磁芯，其主成分为作为第一磁性体的Fe系非晶合金薄带的粉碎粉末和作为第二磁性体而包含有Cr的Fe系非晶合金雾化球状粉末，其特征在于，所述粉碎粉末为薄板状，具有两个对置的主表面，以所述主表面的面方向最小值为粒径时，粒径超过粉碎粉末厚度2倍且6倍以下的粉碎粉末占全部粉碎粉末质量的80％以上，且粒径为粉碎粉末厚度2倍以下的粉碎粉末占全部粉碎粉末质量的20％以下，并且所述雾化球状粉末的粒径为所述粉碎粉末厚度的1/2以下且3μm以上。
2、如权利要求1所述的压粉磁芯，其特征在于，所述作为第一磁性体的Fe系非晶合金薄带的粉碎粉末和作为第二磁性体而包含有Cr的Fe系非晶合金雾化球状粉末的混合质量比为95∶5～75∶25之间。
3、如权利要求1或2所述的压粉磁芯，其特征在于，当频率为50kHz、磁通密度为50mT时铁芯损耗为70kW/m3以下，且磁场强度为10000A/m时相对磁导率为30以上。
4、一种压粉磁芯，其特征在于，在权利要求1～3所述压粉磁芯的表面涂布硅橡胶后，涂布环氧树脂。
5、一种扼流器，其特征在于，对权利要求4所述的压粉磁芯卷绕数圈导线形成线圈。
6、一种扼流器，其特征在于，将权利要求1～3所述的压粉磁芯放入到树脂箱内，上述压粉磁芯和上述树脂箱内侧用硅橡胶进行固定，对所述树脂箱的外层卷绕数圈导线形成线圈。
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