CN104538167A

CN104538167A - 软磁合金-铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法

Info

Publication number: CN104538167A
Application number: CN201410783881.9A
Authority: CN
Inventors: 车晓舟
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2015-04-22

Abstract

本发明公开了纳米晶软磁合金‐铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法。该方法是将FeSiAl软磁合金粉和Mn‐Zn、Ni‐Zn铁氧体磁粉加入聚合物单体溶液中，利用原位聚合反应在磁粉表面生成聚合物粘接剂，采用压片工艺制备出FeSiAl软磁合金磁片和Mn‐Zn、Ni‐Zn铁氧体磁片，将上述磁片层叠压制得到所述纳米晶软磁合金‐铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体。本发明综合了软磁合金粉末、Mn‐Zn铁氧体，Ni‐Zn铁氧体在不同频率范围的电磁屏蔽性能特点，使复合屏蔽磁体在宽的电磁波频率范围具有优异的电磁屏蔽性能，拓宽了屏蔽磁体适用的频率范围，提供了一种在几十MHz～10GHz频率范围有效屏蔽电磁干扰的复合磁体。

Description

软磁合金-铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法

技术领域

本发明涉及抗电磁干扰材料制备与磁体成型加工技术领域，特别是涉及一种软磁合金-铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，移动通信、计算机、家用电器等迅速普及，工作频率范围越来越宽，电磁炉的工作频率为20～50kHz，手机的工作频率为800～2400MHz，计算机CPU的时钟频率已达到4GHz以上。家用电器与电子设备的广泛普及在给人们生活带来很大便利的同时，也带来了不利的电磁波干扰问题。电磁波干扰(EMI)或叫电磁噪声，是一种凭感官无法感觉到的无形污染。由于电磁干扰(EMI)而造成电子仪器的误动作、甚至出现故障的事例已屡见不鲜，几乎所有信息系统都程度不同地存在EMI和抗EMI问题。据称，在医院内由于移动电话的使用导致医用电子设备误动作的发生率达到66％以上。电子设备辐射、泄漏的电磁波不仅会对电子设备造成严重干扰，也威胁着人类的健康和各种军事目标的安全。电磁辐射己成为当今危害人类健康的致病源之一，生活在2毫高斯以上电磁波磁场中的人群患白血病的几率为正常人群的2.93倍，患肌肉肿瘤的几率为正常人群的326倍。就军事目标而言,它不仅要面临来自空中的立体化、多手段、高性能现代侦察设施的搜索,还受到地面的可见光、近红外、热红外、毫米波等侦察制导系统的威胁。特别是现代无线电技术和雷达探测系统的迅猛发展,极大地推动了战争防御系统的搜索、跟踪目标的能力。军用电子设备的电磁辐射有可能成为敌方侦察的线索,因而传统的伪装(可见光与红外伪装)已不能适应未来战争的发展。如何抑制甚至消除电子设备的EMI己成为关系到人民健康与国防安全的重要问题。

电磁干扰信号主要通过传导、辐射和感应方式到达接收器。常见的干扰源以及频率范围主要包括计算机(10M～100MHz)，电视、调频广播、甚高频通讯(100M～1GHz)，微波、航空雷达(1G～10GHz)。许多情况下，干扰信号是一个宽带信号。抗电磁干扰技术主要包括滤波、屏蔽、接地三大类，电磁屏蔽主要是限制电磁能量从屏蔽材料的一侧空间向另一侧空间的传递。电磁波传播到屏蔽材料表面时，通常有3种不同机理进行衰减：一是在屏蔽体表面的反射衰减；二是进入屏蔽体后被材料吸收衰减；三是在屏蔽体内部的多次反射衰减。一般来说，电屏蔽材料衰减的是高阻抗的电场，屏蔽作用主要由表面反射决定。而磁屏蔽体的衰减主要是由吸收衰减决定。性能良好的电磁屏蔽材料应具有较高的电导率及磁导率。电磁屏蔽材料主要包括表层导电型屏蔽材料和填充复合型屏蔽材料，后者是由合成树脂和具有优良导电导磁性能的填料所组成。

填充复合型屏蔽材料通常制成刚性的或柔性的薄片或板。柔性的吸波片由于形状自由度大，更能适应各种复杂仪器设备以及各种工作条件下的使用要求。目前广泛使用的填料一般是具有介电损耗，又具有磁损耗的磁性材料，包括软磁铁氧体和金属软磁材料。铁氧体系列的抗EMI材料研究的国外开始的比较早，国内也于八十年代开始研制，在抗EMI材料领域，特别是用其制备的抗EMI滤波器在整个市场中占主导地位，另外它还是优秀的电磁屏蔽材料和电磁波吸收体，用于电缆的接头屏蔽与电流扼流圈等抗EMI器件。低频高磁导率、低电阻率或高电阻率宽频带Mn‐Zn系铁氧体，低磁导率高频高电阻率Ni‐Zn系铁氧体几乎覆盖了1GHz以下的所有频带，尖晶石型的Ni系铁氧体材料已广泛应用于电波暗室作为30M～1GHz的电波吸收体，在GHz频段，此类铁氧体的磁导率急剧下降，只能工作在5.6GHz(Snock极限)以下。

金属磁性材料的饱和磁化强度是铁氧体的2～3倍，在GHz频段比铁氧体具有性能更优良的抗电磁干扰特性。如果在厚度为趋肤深度左右且具有大的纵横比的片状金属磁性粉末之间用聚合物隔离，形成类似于磁性薄膜‐电介质薄膜交替叠层结构的复合叠层材料，可有效抑制金属磁性材料闭合磁畴的形成及涡流，在GHz频段具有比铁氧体磁性材料性能更为优良的抗EMI特性。

迄今公开的填充复合型屏蔽材料主要包括如下几种：第一种是用Mn‐Zn铁氧体与聚合物材料制成复合屏蔽材料；第二种是用Ni‐Zn铁氧体与聚合物材料制成复合屏蔽材料；第三种是用扁平状金属软磁合金微粉与聚合物材料制成复合屏蔽材料，第四种是由吸波层和阻抗匹配层构成双层吸波材料。

已有技术存在如下不足：

(1)制备复合屏蔽材料时采用单一磁性材料，屏蔽材料只能在某一特定频率范围内发挥功效，能够有效屏蔽的电磁波频率范围受到限制。

(2)将软磁合金和铁氧体混合后制成粘结磁体，软磁合金粉的密度为7.8g/cm³，铁氧体的密度为4.8g/cm³，聚合物粘接剂的比重一般小于1g/cm³。由于比重和粒度的差异，将软磁合金粉、铁氧体磁粉与聚合物粘接剂进行混炼时，为了使磁粉与粘接剂混合均匀，必须进行强制混合，对混练设备和工艺要求高。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种使复合屏蔽磁体在宽的电磁波频率范围具有好的电磁屏蔽性能的软磁合金‐铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法。

本发明方法工艺简单，采用Fe‐Si‐Al软磁合金粉末和Mn‐Zn、Ni‐Zn铁氧体制成层叠复合磁体，可以综合软磁合金粉末、Mn‐Zn铁氧体，Ni‐Zn铁氧体在不同频率范围的电磁屏蔽性能特点，使复合屏蔽磁体在宽的电磁波频率范围具有好的电磁屏蔽性能。

本发明通过如下技术方案实现：

软磁合金-铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：

1)将Fe‐Si‐Al合金鳞片破碎获得软磁合金粉；

2)将已内酰胺单体加热到130～160℃熔化成液体，以质量份数计，将4～6份的6﹣氨基乙酸加入到94～96份已内酰胺中，制成已内酰胺单体溶液；并将10～30份已内酰胺单体熔液与70～90份所述软磁合金粉混合，制得软磁合金粉‐已内酰胺单体混合物；将软磁合金粉‐已内酰胺单体混合物加热到180～220℃，保温6～10小时，使已内酰胺单体发生聚合生成尼龙﹣6；然后采用压片工艺制备出软磁合金磁片；

3)将已内酰胺单体加热到130～160℃熔化成液体，以质量份数计，将4～6份的6﹣氨基乙酸加入到94～96份已内酰胺中，制成已内酰胺单体溶液；并将10～30份已内酰胺单体熔液与70～90份软磁铁氧体混合，制得软磁铁氧体‐已内酰胺单体混合物；将软磁铁氧体‐已内酰胺单体混合物加热到180～220℃，保温6～10小时，使已内酰胺单体发生聚合生成尼龙﹣6；然后采用压片工艺制备出软磁铁氧体磁片；

4)将步骤2)制得的软磁合金磁片和步骤3)制得的软磁铁氧体磁片逐层堆叠后用压片工艺制备出所述软磁合金‐铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述Fe‐Si‐Al合金鳞片采用熔体快速凝固技术制得。以质量份数计，所述Fe‐Si‐Al合金鳞片中原料配比为：80～90份Fe，5～10份Si，5～10份Al。所述软磁合金微粒的粒径为25～120微米。所述软磁合金微粒还包括真空退火处理，控制Fe‐Si‐Al合金微粉的平均晶粒尺寸约为10‐30纳米

所述软磁铁氧体磁粉包括Mn‐Zn铁氧体和Ni‐Zn铁氧体。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明利用软磁合金粉和铁氧体分别压片后通过层叠复合的方法制成软磁合金-铁氧体层叠复合屏蔽磁体，综合了软磁合金粉末、Mn-Zn铁氧体，Ni-Zn铁氧体的在不同频率范围的电磁屏蔽性能特点，使复合屏蔽磁体在宽的电磁波频率范围具有优异的电磁屏蔽性能，提供了一种在几十MHz～10GHz频率范围有效屏蔽电磁干扰的复合磁体。

(2)本发明采用合金粉或软磁铁氧体粉与液态单体混合后，使单体在混合物中发生聚合生成聚合物，而无须对磁粉与聚合物粘结剂进行强制混合，简化了制备工艺。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

第一步，以质量份数计，用90份纯铁、5份硅和5份铝作为原料，在中频真空感应熔炼炉熔炼得到母合金铸锭，将母合金铸锭破碎后，利用熔体快速凝固技术在40米/秒的冷却辊表面线速下，制得厚度为10微米的Fe‐Si‐Al合金鳞片，采用真空滚动球磨工艺将快淬鳞片破碎获得Fe‐Si‐Al合金粉。软磁合金粉的粒径控制为80～100微米。

第二步，将已内酰胺单体加热到130℃熔化成液体，以质量份数计，将4份6﹣氨基乙酸加入96份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将15份已内酰胺单体溶液与85份第一步制得的Fe‐Si‐Al合金粉末混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到180℃，保温10小时，使已内酰胺单体在Fe‐Si‐Al合金粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Fe‐Si‐Al合金磁片。

第三步，将已内酰胺单体加热到130℃熔化成液体，以质量份数计，将4份6﹣氨基乙酸加入96份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将15份已内酰胺单体溶液与85份Mn‐Zn铁氧体混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到180℃，保温10小时，使已内酰胺单体在Mn‐Zn铁氧体粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Mn‐Zn铁氧体磁片。

第四步，将第二步制得的Fe‐Si‐Al合金磁片和第三步制得的Mn‐Zn铁氧体磁片逐层叠置，于200℃模压成型，制备出所述Fe‐Si‐Al合金‐Mn‐Zn铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体。

用矢量网络分析仪测得层叠复合电磁屏蔽磁体在50MHz～10GHz频率范围内的屏蔽效能＞35dB。

实施例2

第一步，以质量份数计，用85份纯铁、5份硅和10份铝作为原料，在中频真空感应熔炼炉熔炼得到母合金铸锭，将母合金铸锭破碎后，利用熔体快速凝固技术采用25米/秒的冷却辊表面线速制得厚度为25微米的Fe‐Si‐Al合金鳞片，采用真空滚动球磨工艺将快淬鳞片破碎，然后通过筛分获得粒度为80～100微米的Fe‐Si‐Al合金微粒，将微粉在600℃温度下进行真空退火30分钟，控制Fe‐Si‐Al合金微粉的平均晶粒尺寸约为30纳米。

第二步，将已内酰胺单体加热到160℃熔化成液体，以质量份数计，将6份6﹣氨基乙酸加入94份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将10份已内酰胺单体溶液与90份第一步制得的Fe‐Si‐Al合金粉末混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到220℃，保温6小时，使已内酰胺单体在Fe‐Si‐Al合金粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Fe‐Si‐Al合金磁片。

第三步，将已内酰胺单体加热到160℃熔化成液体，以质量份数计，将4份6﹣氨基乙酸加入96份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将10份已内酰胺单体溶液与90份Ni‐Zn铁氧体混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到220℃，保温6小时，使已内酰胺单体在Ni‐Zn铁氧体粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Ni‐Zn铁氧体磁片。

第四步，将第二步制得的Fe‐Si‐Al合金磁片和第三步制得的Ni‐Zn铁氧体磁片逐层叠置，于200℃模压成型，制备出所述Fe‐Si‐Al合金‐Ni‐Zn铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体。

用矢量网络分析仪测得层叠复合电磁屏蔽磁体在30MHz～10GHz频率范围内的屏蔽效能＞40dB。

实施例3

第一步，以质量份数计，用80份纯铁、10份硅和10份铝作为原料，在中频真空感应熔炼炉熔炼得到母合金铸锭，将母合金铸锭破碎后，利用熔体快速凝固技术采用18米/秒的冷却辊表面线速制得厚度为30微米的Fe‐Si‐Al合金鳞片，采用真空滚动球磨工艺将快淬鳞片破碎，然后通过筛分获得粒度为90～120微米的Fe‐Si‐Al合金微粒，将微粉在450℃温度下进行真空退火180分钟，控制Fe‐Si‐Al合金微粉的平均晶粒尺寸约为20纳米。

第二步，将已内酰胺单体加热到140℃熔化成液体，以质量份数计，将5份6﹣氨基乙酸加入95份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将20份已内酰胺单体溶液与80份第一步制得的Fe‐Si‐Al合金粉末混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到200℃，保温8小时，使已内酰胺单体在Fe‐Si‐Al合金粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Fe‐Si‐Al合金磁片。

第三步，将已内酰胺单体加热到140℃熔化成液体，以质量份数计，将5份6﹣氨基乙酸加入95份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将20份已内酰胺单体溶液与80份Mn‐Zn铁氧体混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到2000℃，保温8小时，使已内酰胺单体在Mn‐Zn铁氧体粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Mn‐Zn铁氧体磁片。

用矢量网络分析仪测得层叠复合电磁屏蔽磁体在50MHz～10GHz频率范围内的屏蔽效能＞30dB。

实施例4

第一步，用84份纯铁、10份硅和6份铝作为原料，在中频真空感应熔炼炉熔炼得到母合金铸锭，将母合金铸锭破碎后，利用熔体快速凝固技术采用35米/秒的冷却辊表面线速制得厚度为20微米的纳米晶Fe‐Si‐Al合金鳞片，采用真空滚动球磨工艺将快淬鳞片破碎，然后通过筛分获得粒度为25～30微米的软磁合金微粒，将微粉在700℃温度下进行真空退火90分钟，控制Fe‐Si‐Al合金微粉的平均晶粒尺寸约为30纳米。

第二步，将已内酰胺单体加热到150℃熔化成液体，以质量份数计，将4份6﹣氨基乙酸加入96份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将25份已内酰胺单体溶液与75份第一步制得的Fe‐Si‐Al合金粉末混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到190℃，保温9小时，使已内酰胺单体在Fe‐Si‐Al合金粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Fe‐Si‐Al合金磁片。

第三步，将已内酰胺单体加热到150℃熔化成液体，以质量份数计，将4份6﹣氨基乙酸加入96份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将25份已内酰胺单体溶液与75份Ni‐Zn铁氧体混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到190℃，保温9小时，使已内酰胺单体在Ni‐Zn铁氧体粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Ni‐Zn铁氧体磁片。

用矢量网络分析仪测得层叠复合电磁屏蔽磁体在30MHz～10GHz频率范围内的屏蔽效能＞30dB。

实施例5

第一步，用86份纯铁、9份硅和5份铝作为原料，在中频真空感应熔炼炉熔炼得到母合金铸锭，将母合金铸锭破碎后，利用熔体快速凝固技术采用40米/秒的冷却辊表面线速制得厚度为10微米的纳米晶Fe‐Si‐Al合金鳞片，采用真空滚动球磨工艺将快淬鳞片破碎，然后通过筛分获得粒度为25～40微米的软磁合金微粒，将微粉在450℃温度下进行真空退火60分钟，控制软磁合金微粉的平均晶粒尺寸约为10纳米。

第二步，将已内酰胺单体加热到160℃熔化成液体，以质量份数计，将5份6﹣氨基乙酸加入95份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将30份已内酰胺单体溶液与70份第一步制得的Fe‐Si‐Al合金粉末混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到210℃，保温7小时，使已内酰胺单体在Fe‐Si‐Al合金粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Fe‐Si‐Al合金磁片。

第三步，将已内酰胺单体加热到160℃熔化成液体，以质量份数计，将5份6﹣氨基乙酸加入95份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将30份已内酰胺单体溶液与70份Mn‐Zn铁氧体混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到210℃，保温7小时，使已内酰胺单体在Mn‐Zn铁氧体粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Mn‐Zn铁氧体磁片。

用矢量网络分析仪测得层叠复合电磁屏蔽磁体在50MHz～10GHz频率范围内的屏蔽效能＞20dB。

实施例6

第一步，用88份纯铁、6份硅和6份铝作为原料，在中频真空感应熔炼炉熔炼得到母合金铸锭，将母合金铸锭破碎后，利用熔体快速凝固技术采用15米/秒的冷却辊表面线速制得厚度为40微米的纳米晶Fe‐Si‐Al合金鳞片，采用真空滚动球磨工艺将快淬鳞片破碎，然后通过筛分获得粒度为25～30微米的软磁合金微粒，将微粉在650℃温度下进行真空退火100分钟，控制软磁合金微粉的平均晶粒尺寸约为30纳米。

第二步，将已内酰胺单体加热到130℃熔化成液体，以质量份数计，将6份6﹣氨基乙酸加入94份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将10份已内酰胺单体溶液与90份第一步制得的Fe‐Si‐Al合金粉末混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到185℃，保温9小时，使已内酰胺单体在Fe‐Si‐Al合金粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Fe‐Si‐Al合金磁片。

第三步，将已内酰胺单体加热到130℃熔化成液体，以质量份数计，将6份6﹣氨基乙酸加入94份已内酰胺单体中并充分搅拌，混合均匀，制成已内酰胺单体溶液；将10份已内酰胺单体溶液与90份Ni‐Zn铁氧体混合，并充分搅拌均匀，制得混合体系；将混合体系加热到185℃，保温9小时，使已内酰胺单体在Ni‐Zn铁氧体粉末表面原位聚合生成尼龙﹣6；然后利用压片制成Ni‐Zn铁氧体磁片。

如上所述，即可较好地实现本发明。

Claims

1.软磁合金-铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：

1)将Fe‐Si‐Al合金鳞片破碎获得软磁合金粉；

2.根据权利要求1所述软磁合金-铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法，其特征在于，所述Fe‐Si‐Al合金鳞片采用熔体快速凝固技术制得。

3.根据权利要求1或2所述软磁合金-铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法，其特征在于，以质量份数计，所述Fe‐Si‐Al合金鳞片中原料配比为：80～90份Fe，5～10份Si，5～10份Al。

4.根据权利要求1所述软磁合金-铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法，其特征在于，所述软磁合金微粒的粒径为25～120微米。

5.根据据权利要求1或2所述软磁合金-铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法，其特征在于，所述软磁合金微粒还包括真空退火处理，控制Fe‐Si‐Al合金微粉的平均晶粒尺寸约为10‐30纳米。

6.根据权利要求1所述软磁合金-铁氧体层叠复合电磁屏蔽磁体的制备方法，其特征在于，所述软磁铁氧体磁粉包括Mn‐Zn铁氧体和Ni‐Zn铁氧体。