CN104376949A - 一种有机-无机复合绝缘包覆Fe-Si-Al磁粉芯 - Google Patents

一种有机-无机复合绝缘包覆Fe-Si-Al磁粉芯 Download PDF

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唐少龙
李江峰
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Abstract

本发明公开了有机-无机复合绝缘包覆Fe-Si-Al磁粉芯及其制备方法。采用该方法包覆的Fe-Si-Al磁粉芯，其磁导率在120~130之间，磁芯损耗最低可以控制在275mW/cm3左右。本发明Fe-Si-Al磁粉芯具有高磁导率和低磁芯损耗，可以应用在输出电感线路滤波器和功率因素校正器等器件中，是一种高频性能好、成本低的软磁材料。

Description

一种有机-无机复合绝缘包覆Fe-Si-Al磁粉芯
技术领域
本发明涉及一种铁基磁粉芯及其制备方法。
背景技术
Fe-Si-Al磁粉芯作为一种高频性能好、成本低的软磁材料，在输出电感线路滤波器和功率因素校正器等器件中得到了广泛应用，其市场需求日益增加。
绝缘包覆是磁粉芯制备过程中的重要环节，包覆的好坏会直接影响磁粉芯的频率特性等软磁性能。包覆剂大体可分为有机包覆剂和无机包覆剂两类。由于有机包覆剂的熔点低，采用这种包覆剂的磁粉芯不能进行高温热处理来消除内应力。无机包覆剂基本为非磁性物质，会导致磁粉芯磁导率和磁通密度的下降。所以如何减少包覆剂对磁粉芯的磁损耗和功率损耗是磁粉芯研究和生产的难点之一。
功率损耗与绝缘剂的种类、添加量、成型压力和退火温度有着重要的关系。随着日新月异的科技发展，对磁粉芯性能的要求也在不断的提高，因此，如何改进其性能成为现今研究的一大挑战。发明CN 103996479 A公布的磁导率为200的Fe-Si-Al磁粉芯的功率损耗为600 mW/cm3左右（测试条件为100 kHz，100 mT）。即使在50 kHz，100 mT的测试条件下，发明CN 102013313 A 和CN 103065786 A所制备的Fe-Si-Al磁粉芯的功率损耗仍在300 mW/cm3左右。
发明内容
本发明的目的是通过对Fe-Si-Al粉的有机-无机复合绝缘包覆，获得一种制备高磁导率、低磁芯损耗的磁粉芯的方法。
本发明有机-无机包覆Fe-Si-Al磁粉芯，采用的技术方案如下。
1）粉体粒度配比：将100目、200目和400目的Fe-Si-Al粉末按一定比例进行粒度配比。
2）粉体预处理：将粉体原料先在氢气中进行高温退火预处理，然后缓慢冷却至室温。
3）绝缘剂配比：选择绝缘剂为一定粒度的云母粉末和环氧树脂、无水乙醇、正硅酸乙酯混合溶液，润滑剂为硬脂酸锌。
4）混合包覆：在经过预处理的铁硅铝粉末中加入一定量的酒精，使粉末完全浸润，再加入绝缘包覆剂，快速搅拌一定时间，使绝缘包覆剂将铁硅铝粉末完全包覆。
5）造粒：将完成绝缘包覆的粉末放在烘箱中80 ℃烘干后，后研磨，使粉末完全散开并具有一定的流动性，过100目筛。
6） 压制成型：采用液压机在磨具中一次压制成型，成型压力为10 ~ 20 MPa，压制前加入硬脂酸锌作脱模润滑剂。
7）退火烧结：将样品置于管式炉中，于氢气气氛下烧结，烧结温度在500-700℃，保温时间1-2小时。
本发明采用有机-无机复合包覆的Fe-Si-Al磁粉芯，经过调控绝缘剂的加入量、成型压力和去应力退火条件等参数条件，获得了高磁导率（130）和低磁芯损耗（275 mW/cm3, 测试条件为100 kHz, 50 mT）的性能。
本发明有机-无机复合包覆的Fe-Si-Al磁粉芯，是一种高频性能好、成本低的软磁材料，同时具有获得了高磁导率和低磁芯损耗，可以应用在输出电感线路滤波器和功率因素校正器等器件中。
具体实施方式
本发明有机-无机复合包覆Fe-Si-Al磁粉芯，具有高磁导率、低磁芯损耗的特性，其具体实施方式如下。
实施方式一。
1）本发明有机-无机复合包覆Fe-Si-Al磁粉芯，粉体颗粒选择100目、200目、400目大小按照10%、80%和10%的比例进行粒度配比。
2）先将粉体原料在氢气中进行高温退火预处理，退火温度为800 ℃，保温2小时，然后缓慢冷却至室温。
3）采用1250目的云母粉末与环氧树脂、无水乙醇、正硅酸乙酯混合溶液按重量比1.5:1混合后作为绝缘包覆剂。
4）在经过预处理的铁硅铝粉末中加入一定量的酒精，使粉末完全浸润，再加入0.4 %的绝缘包覆剂，快速搅拌30 min，使绝缘包覆剂将铁硅铝粉末完全包覆。
5）将完成绝缘包覆的粉末放在烘箱中80 ~ 120 ℃烘干后进行研磨，使粉末完全散开并具有一定的流动性，过100目筛。
6）加入0.15 ~ 3 %硬脂酸锌作脱模润滑剂，然后采用液压机在模具中一次压制成型，成型压力为10 ~ 20 MPa。
7）将样品置于管式炉中，于氢气气氛下烧结，烧结温度在500 ~ 700 ℃之间，保温时间1-2小时。
实施方式二。
此实施方式中，绝缘包覆剂的加入量为0.8 %，其余条件与实施方式一相同。
实施方式三。
此实施方式中，绝缘包覆剂的加入量为1 %，其余条件与实施方式一相同。
实施方式四。
此实施方式中，绝缘包覆剂的加入量为1.2 %，其余条件与实施方式一相同。
从表1中可以看出，有机-无机绝缘包覆的Fe-Si-Al磁粉芯的磁导率在120 ~ 130之间，磁芯损耗在最低可275 mW/cm3左右。
增大成型压力可以增大磁粉芯的密度，提高磁导率，提高机械强度，但压力不能过高，以免绝缘层遭到破坏。当磁粉芯成型压力为13 MPa时，磁粉芯的综合磁性能最好，见图1a和b。
退火热处理是影响磁性能的最重要的工艺，退火处理可提高样品的磁导率，降低涡流损耗，在保证绝缘层不被烧蚀的情况下，要尽可能提高热处理温度。此外，热处理时需要一定的保温时间，以使磁粉芯内部的应力释放完全。如图2a与b所示，采用650 ℃到680 ℃的热处理温度，样品磁性能最好。

Claims (3)

1.一种有机-无机复合绝缘包覆Fe-Si-Al磁粉芯及其制备方法，具体为：将100目、200目和400目的粉末按一定比例进行粒度配比，然后在氢气中进行高温退火预处理，退火温度为800 ℃，保温2小时；以1250目的云母粉末与环氧树脂、无水乙醇、正硅酸乙酯混合溶液作为绝缘包覆剂，加入量在0.4 ~ 1.2 %之间；将完成绝缘包覆的粉末放在烘箱中80 ~ 120 ℃烘干后进行研磨，过100目筛；加入0.15 ~ 3 %硬脂酸锌作脱模润滑剂，然后采用液压机在模具中一次压制成型，成型压力为10 ~ 20 MPa；最后，将样品置于管式炉中，于氢气气氛下烧结，烧结温度在500 ~ 700 ℃之间，保温时间1-2小时。
2.根据权利要求1）所述方法制备的Fe-Si磁粉芯，其磁导率在120 ~ 130之间。
3.根据权利要求1）所述方法制备的Fe-Si磁粉芯，其磁芯损耗最低可控制在275 mW/cm3。
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