CN104028762A - 一种软磁复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软磁复合材料的制备方法。采用溶胶凝胶法在软磁合金粉末表面包覆由尺寸均匀的纳米Fe₃O₄颗粒形成的包覆层，经粘结、压制成型、热处理工艺，制备新型的软磁复合材料。本发明的优点是：采用溶胶凝胶法制备的Fe₃O₄可以均匀的包覆在软磁粉末的表面；用亚铁磁性的Fe₃O₄作为绝缘包覆剂，克服了传统非磁性物质作为包覆剂的磁稀释现象，可以获得更高的磁导率及磁化强度。

Description

一种软磁复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及磁性材料领域，尤其涉及一种软磁复合材料的制备方法。

背景技术

软磁复合材料以其低的中高频损耗，较低的成本，易制备复杂形状的特点，在电子电工领域得到了广泛的应用。由于现今工业需求的不同，因而出现了各种不同类型的软磁复合材料：铁粉芯、铁硅粉芯sendust粉芯、Hi-Fiux粉芯、MPP粉芯及近年来的非晶粉芯、纳米晶粉芯等。这些磁粉芯在性能、成本等方面各有特点，应用领域也各有不同。

目前的各种软磁复合材料中，多数是将不同类型的软磁粉末用磷酸、铬酸、磷酸盐等进行表面钝化，形成表面的绝缘层，如专利CN1931480A，但是，由于磷酸盐铬酸盐在较高温度下退火时容易分解导致包覆层的绝缘效果下降，因此限制了退火温度。由于磁环压制成型时需要较大的压力，从而引进了较大的应力，较低的退火温度不能使应力完全释放，影响软磁复合材料的磁性能。因此，近几年来。又出现了一种新的绝缘包覆方法：将软磁复合材料与镁混合，用蒸镀的方法将镁蒸镀到软磁粉末的表面，然后将表面的镁氧化形成氧化镁绝缘层，该方法制得的包覆层可以在较高的温度下存在，因而有利于软磁复合材料的应力释放，从而具有较高的磁性能，但是该方法制备过程复杂，制备成本较高。除此之外，溶胶凝胶法制备非磁性氧化物作为绝缘包覆层也被用来制备软磁复合材料，该方法制备条件简单，制备的纳米包覆层颗粒均匀，使得包覆层厚度均匀，具有良好的绝缘包覆效果，如专利CN201310187700。在以上方法中，表面形成的绝缘包覆层均为非磁性层，会造成磁稀释现象，从而导致磁粉芯的磁导率及磁化强度的降低。

发明内容

本发明的目的是针对上述现象，提供一种软磁复合材料的制备方法，通过溶胶凝胶法制备出纳米级的Fe₃O₄颗粒均匀包覆在软磁粉末表面。

软磁复合材料制备方法的步骤如下：

1) 制备溶胶：将Fe³⁺盐溶于乙二醇溶液中，使Fe³⁺的溶度为2mol/L，加热到30~50^oC，搅拌1~3h，形成溶胶；

2) 金属软磁合金的包覆：将软磁粉末加入到溶胶中，充分搅拌混合，加热到60~90^oC，保温，直到得到凝胶；将凝胶陈化1~4h，然后在80~120^oC条件下干燥3~5h，干燥后的干凝胶在200~400^oC的惰性气体中退火3~5h；得到包覆好的软磁粉末，软磁粉末的用量使软磁粉末在最终产物中所占质量百分比为70~99%，Fe₃O₄在产物中所占质量百分比为1~30%；

3) 添加粘结剂：取包覆好的软磁粉末质量分数0.5-2.5%的粘结剂倒入步骤2）处理后的软磁粉末中，在80^oC条件下充分搅拌至混合物干燥、混合均匀；

4) 压制成型：将步骤3）添加粘结剂后的软磁粉末加入质量分数0.5%的润滑剂，在800~2000MPa的压力下压成磁芯；

5) 热处理：在惰性气体的保护下在400~700^oC的温度下热处理0.5~2h，以消除压制产生的内应力。

所述的软磁粉末为铁粉、铁硅粉、铁硅铝粉、铁基非晶粉、铁基纳米晶粉、铁镍粉和铁镍钼粉中的一种或多种。

所述的润滑剂为硬脂酸锌或硬脂酸钡。

所述的粘结剂为聚氟化乙烯、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、硅酮树脂、低熔点玻璃粉、SiO₂中的一种或多种。

所述的Fe³⁺盐为FeCl₃、Fe(NO₃)₃、Fe(PO₄)、Fe₂(SO₄)₃中的一种或多种。

所述的惰性气体为氮气或氩气。

由于Fe₃O₄是一种亚铁磁性的合金，不会造成合金的磁稀释，同时，Fe₃O₄具有较高的磁导率与饱和磁感应强度，有利于提高软磁粉末的磁导率及磁化强度。所以，利用该方法可以制备软磁性能良好的软磁复合材料。

附图说明

图1为实施例1中铁粉表面生成Fe₃O₄核壳复合软磁粉末的X射线(XRD)谱线。

具体实施方式

本发明的软磁复合材料是将一种或多种软磁粉末如铁粉、铁硅粉、铁硅铝粉、铁基非晶粉、铁基纳米晶粉、铁镍粉和铁镍钼粉表面包覆一层Fe₃O₄颗粒作为绝缘层，然后添加粘结剂、压制成型后烧结制成软磁复合材料。

软磁复合材料制备方法的步骤如下：

1) 制备溶胶：将Fe³⁺盐溶于乙二醇溶液中，使Fe³⁺的溶度为2mol/L，加热到30~50^oC，搅拌1~3h，形成溶胶；

2) 金属软磁合金的包覆：将软磁粉末加入到溶胶中，充分搅拌混合，加热到60~90^oC，保温，直到得到凝胶；将凝胶陈化1~4h，然后在80~120^oC条件下干燥3~5h，干燥后的干凝胶在200~400^oC的惰性气体中退火3~5h；得到包覆好的软磁粉末，软磁粉末的用量使软磁粉末在最终产物中所占质量百分比为70~99%，Fe₃O₄在产物中所占质量百分比为1~30%；

3) 添加粘结剂：取包覆好的软磁粉末质量分数0.5-2.5%的粘结剂倒入步骤2）处理后的软磁粉末中，在80^oC条件下充分搅拌至混合物干燥、混合均匀；

4) 压制成型：将步骤3）添加粘结剂后的软磁粉末加入质量分数0.5%的润滑剂，在800~2000MPa的压力下压成磁芯；

5) 热处理：在惰性气体的保护下在400~700^oC的温度下热处理0.5~2h，以消除压制产生的内应力。

所述的软磁粉末为铁粉、铁硅粉、铁硅铝粉、铁基非晶粉、铁基纳米晶粉、铁镍粉和铁镍钼粉中的一种或多种。所述的润滑剂为硬脂酸锌或硬脂酸钡。所述的粘结剂为聚氟化乙烯、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、硅酮树脂、低熔点玻璃粉、SiO₂中的一种或多种。所述的Fe³⁺盐为FeCl₃、Fe(NO₃)₃、Fe(PO₄)、Fe₂(SO₄)₃中的一种或多种。所述的惰性气体为氮气或氩气。

以下结合实例对本发明作进一步详细描述：

实施例1：

将0.02mol Fe(NO₃)₃溶于10ml的乙二醇中，加热到40^oC并搅拌2h，然后加入60g铁粉，加热到80^oC并搅拌，直到得到凝胶，将得到的凝胶陈化2h，在120^oC条件下干燥4h，将得到的干凝胶在400^oC温度下在氮气保护的条件下热处理4h。

将得到的铁粉加入2wt%环氧树脂与10wt%的丙酮的混合溶液中，在80^oC条件下搅拌直至粉末干燥，然后加入0.5wt%的硬脂酸钡，在800MPa的条件下压制成致密的环状形状，对环状样品在400^oC条件下退火1h，制成软磁复合材料。

经检测，软磁合金的磁化强度为1.6T，磁导率为80, 图1为实施例1中铁粉表面生成Fe₃O₄核壳复合软磁粉末的X射线(XRD)谱线。

实施例2：

将0.2mol FeCl₃溶于100ml的乙二醇中，加热到30^oC并搅拌3h，然后加入150g铁硅铝粉，加热到60^oC并搅拌，直到得到凝胶，将得到的凝胶陈化1h，在80^oC条件下干燥3h，将得到的干凝胶在200^oC温度下在氩气保护的条件下热处理5h。

将得到的合金粉末加入1.5wt%硅酮树脂、1.0wt% SiO₂与10wt%的丙酮的混合溶液中，在80^oC条件下搅拌直至粉末干燥，然后加入0.25wt%的硬脂酸锌与0.25wt%的硬脂酸钡，在2000MPa的条件下压制成致密的环状形状，对环状样品在700^oC条件下退火2h，制成软磁复合材料。

经检测，软磁合金的磁化强度为1.2T，磁导率为92。

实施例3：

将0.2mol Fe(PO₄)溶于100ml的乙二醇中，加热到50^oC并搅拌1h，然后加入50g铁镍钼，加热到90^oC并搅拌，直到得到凝胶，将得到的凝胶陈化3h，在120^oC条件下干燥5h，将得到的干凝胶在400^oC温度下在氮气保护的条件下热处理3h。

将得到的合金粉末加入0.25wt%酚醛树脂、0.25wt%低熔点玻璃粉与10wt%的丙酮的混合溶液中，在80^oC条件下搅拌直至粉末干燥，然后加入0.25wt%的硬脂酸锌与0.25wt%的硬脂酸钡，在1400MPa的条件下压制成致密的环状形状，对环状样品在600^oC条件下退火1h，制成软磁复合材料。

经检测，软磁合金的磁化强度为0.8T，磁导率为180。

实施例4：

将0.01mol Fe₂(SO₄)₃溶于10ml的乙二醇中，加热到40^oC并搅拌2h，然后加入80g铁硅硼粉，加热到80^oC并搅拌，直到得到凝胶，将得到的凝胶陈化2h，在100^oC条件下干燥4h，将得到的干凝胶在300^oC温度下在氮气保护的条件下热处理5h。

将得到的合金粉末加入1wt%三聚氰胺树脂、1wt%聚氟乙烯与10wt%的丙酮的混合溶液中，在80^oC条件下搅拌直至粉末干燥，然后加入0.25wt%的硬脂酸锌与0.25wt%的硬脂酸钡，在1700MPa的条件下压制成致密的环状形状，对环状样品在650^oC条件下退火0.5h，制成软磁复合材料。

经检测，软磁合金的磁化强度为1.3T，磁导率为103。

Claims (6)

1. 一种软磁复合材料制备方法，其特征在于它的步骤如下：

1) 制备溶胶：将Fe³⁺盐溶于乙二醇溶液中，使Fe³⁺的溶度为2mol/L，加热到30~50^oC，搅拌1~3h，形成溶胶；

2) 金属软磁合金的包覆：将软磁粉末加入到溶胶中，充分搅拌混合，加热到60~90^oC，保温，直到得到凝胶；将凝胶陈化1~4h，然后在80~120^oC条件下干燥3~5h，干燥后的干凝胶在200~400^oC的惰性气体中退火3~5h；得到包覆好的软磁粉末，软磁粉末的用量使软磁粉末在最终产物中所占质量百分比为70~99%，Fe₃O₄在产物中所占质量百分比为1~30%；

3) 添加粘结剂：取包覆好的软磁粉末质量分数0.5-2.5%的粘结剂倒入步骤2）处理后的软磁粉末中，在80^oC条件下充分搅拌至混合物干燥、混合均匀；

4) 压制成型：将步骤3）添加粘结剂后的软磁粉末加入质量分数0.5%的润滑剂，在800~2000MPa的压力下压成磁芯；

5) 热处理：在惰性气体的保护下在400~700^oC的温度下热处理0.5~2h，以消除压制产生的内应力。

2. 根据权利要求1所述的一种软磁复合材料的制备方法，其特征在于所述的软磁粉末为铁粉、铁硅粉、铁硅铝粉、铁基非晶粉、铁基纳米晶粉、铁镍粉和铁镍钼粉中的一种或多种。

3. 根据权利要求1所述的一种软磁复合材料的制备方法，其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸锌或硬脂酸钡。

4. 根据权利要求1所述的一种软磁复合材料的制备方法，其特征在于所述的粘结剂为聚氟化乙烯、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、硅酮树脂、低熔点玻璃粉、SiO₂中的一种或多种。

5. 根据权利要求1所述的一种软磁复合材料的制备方法，其特征在于所述的Fe³⁺盐为FeCl₃、Fe(NO₃)₃、Fe(PO₄)、Fe₂(SO₄)₃中的一种或多种。

6. 根据权利要求1所述的一种软磁复合材料的制备方法，其特征在于所述的惰性气体为氮气或氩气。