CN105845384A - 软磁性金属压粉磁芯以及电抗器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及软磁性金属压粉磁芯以及电抗器。在软磁性金属压粉磁芯中，以在直流重叠特性方面优异为课题。本发明的软磁性金属压粉磁芯是包含软磁性金属粉末、氮化硼以及硅化合物的软磁性金属压粉磁芯，在研磨软磁性金属压粉磁芯的截面并观察的情况下，相对于软磁性金属压粉磁芯的截面的面积的软磁性金属粉末所占有的面积的比例为90％以上且95％以下，并且构成软磁性金属粉末的80％以上的粒子的截面的圆度为0.75以上且1.0以下，并且氮化硼存在于在软磁性金属压粉磁芯的截面上存在的多粒子间空隙中的70％以上的多粒子间空隙，从而能够作为直流重叠优异的软磁性金属压粉磁芯。

Description

软磁性金属压粉磁芯以及电抗器
技术领域
本发明涉及使用了软磁性金属粉末的软磁性金属压粉磁芯。
背景技术
随着电气、电子设备的小型化不断发展，要求小型且高效率的软磁性金属压粉磁芯。作为以施加大电流的用途使用的电抗器或电感器用的磁芯材料，使用铁氧体芯、层叠电磁钢板、软磁性金属压粉磁芯(由模具成型、注塑成型、板材成型等制作的芯)等。层叠电磁钢板虽然饱和磁通密度高，但是会有如果电源回路的驱动频率超过数十kHz的话则铁损变大并且招致效率的降低等的问题。另一方面，铁氧体芯为高频损耗小的磁芯材料，但是，因为饱和磁通密度低，所以会有形状大型化等的问题。
软磁性金属压粉磁芯因为高频的铁损小于层叠电磁钢板并且饱和磁通密度大于铁氧体磁芯，所以被广泛使用。为了磁芯的小型化，特别是需要重叠了直流的高磁场下的导磁率优异、即直流重叠特性优异。为了取得优异的直流重叠特性，使用饱和磁通密度高的软磁性金属压粉磁芯是有效的，并且需要作为高密度的软磁性金属压粉磁芯。另外，提高软磁性金属压粉磁芯内部的均匀性对于直流重叠特性的改善来说也是有效果的。
因此，在专利文献1中，记载了如果使用平均粒径为1μm以上且70μm以下、粒径的标准偏差与平均粒径之比即变动系数Cv为0.40以下并且圆度为0.8以上且1.0以下的电抗器芯的话，则能够提高成形体内部的均匀性，并且能够改善直流重叠特性。
另外，在专利文献2中，记载了通过将氮化硼覆盖于软磁性金属粉末的表面，从而成为富有变形性的被膜，达成了高密度化，从而实现了磁特性的提高等的效果。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2009-70885
专利文献2：日本专利申请公开2010-236021
在专利文献1的技术中，通过使软磁性金属粉末的平均粒径为1μm以上且70μm以下、使圆度为0.8以上且1.0以下并且使粒径的标准偏差与平均粒径之比即变动系数Cv为0.40以下，从而能够改善直流重叠特性。但是，在要使变动系数为该范围内的情况下，有必要使粒度分布非常尖锐，所以在对软磁性金属压粉磁芯进行成形的情况下，会有填充密度必然降低等的问题。作为结果，所获得的软磁性金属压粉磁芯的密度会降低，所以会有直流重叠特性发生恶化等的问题。
在专利文献2的技术中，如果使用将含有氮化硼的绝缘层覆盖于软磁性粉末的软磁性材料的话，则不会破坏绝缘层而能够为高密度。这是因为含有氮化硼的被膜追随于软磁性金属粉末的变形，所以即使为高密度，也存在氮化硼被膜，并且有助于绝缘。然而，通过为高密度从而饱和磁通密度变大并能够期待直流重叠特性的改善，但是，实际上通过氮化硼的被膜存在于粒子之间从而粒子间距离变大而使导磁率降低，所以会有不能够获得良好的直流重叠特性等的问题。
这样，在现有的技术中，存在不能够获得良好的直流重叠特性等的问题。因此，要求直流重叠特性优异的那样的软磁性金属压粉磁芯。
发明内容
本发明是为了解决上述的问题而完成的发明，在软磁性金属压粉磁芯中，以得到直流重叠特性优异的软磁性金属压粉磁芯为课题。
为了解决上述课题，本发明的软磁性金属压粉磁芯，其特征在于，是一种包含软磁性金属粉末、氮化硼以及硅化合物的软磁性金属压粉磁芯，在研磨所述软磁性金属压粉磁芯的截面并进行观察的情况下，相对于所述软磁性金属压粉磁芯的截面的面积的所述软磁性金属粉末所占有的面积的比例为90％以上且95％以下，并且构成所述软磁性金属粉末的80％以上的粒子的截面的圆度为0.75以上且1.0以下，并且氮化硼存在于在所述软磁性金属压粉磁芯的截面上存在的多粒子间空隙中的70％以上的多粒子间空隙。通过这样做，从而能够作为直流重叠特性优异的软磁性金属压粉磁芯。在此，硅化合物优选含有硅(Si)、氧(O)以及碳(C)。这样的硅化合物更加优选由来于硅酮树脂。所谓硅酮树脂，是将硅氧烷键作为结构单位来形成主骨架并在其侧链具有甲基或苯基等的官能团的树脂。其结构单位能够分类成单官能性、双官能性、三官能性、四官能性，从而成为它们复合了的化合物。另外，所谓多粒子间空隙，是指在软磁性金属压粉磁芯的截面上由3个以上的软磁性金属粒子包围而成的空隙(不包含2个粒子间的空隙)。另外，在由4个以上的软磁性金属粒子包围而成的空隙的情况下，是具有1μm以上的与不邻接而面对面的粒子的最接近距离的空隙。
本发明的软磁性金属压粉磁芯，其特征在于，是权利要求1或者权利要求2所述的软磁性金属压粉磁芯，相对于所述软磁性金属压粉磁芯，硼(B)含有0.17质量％以上且0.80质量％以下，氮(N)含有0.22质量％以上且1.00质量％以下。通过这样做，从而能够进一步改善直流重叠特性。
本发明的软磁性金属压粉磁芯，其特征在于，是权利要求1～3所述的软磁性金属压粉磁芯，在所述软磁性金属粉末的粒度分布中，在将从小的一方开始累积个数而成为50％的个数的粒径作为d50％的情况下，d50％为30μm以上且60μm以下。通过这样做，从而能够进一步改善直流重叠特性。
本发明的软磁性金属压粉磁芯，其特征在于，是权利要求1～4所述的软磁性金属压粉磁芯，在研磨所述软磁性金属压粉磁芯的截面并进行观察的情况下，具有软磁性金属粒子在不存在氮化硼的部分与所邻接的至少1个以上的粒子进行相对的结构。通过这样做，从而能够进一步改善直流重叠特性。在此，所谓不存在氮化硼，是指即使是目前的电子微探分析仪(EPMA)等的检测器的界限也不能够检测出。
使用本发明的软磁性金属压粉磁芯进行制作的电抗器能够改善直流重叠特性。
根据本发明，能够获得直流重叠特性优异的软磁性金属压粉磁芯。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的软磁性金属压粉磁芯的结构的截面的模式图。
图2是表示本发明的一个实施方式所涉及的软磁性金属压粉磁芯的结构的截面的模式图，并且是表示多粒子间空隙的图。
图3是表示由EDS测定实施例1-1的软磁性金属压粉磁芯的截面的硅(Si)、氧(O)以及碳(C)的面内浓度分布的图。
图4是表示由电子微探分析仪(EPMA)观察实施例1-1的软磁性金属压粉磁芯的截面后的组成图像的图。
图5是由电子微探分析仪(EPMA)测定实施例1-1的软磁性金属压粉磁芯的截面的硼(B)、氮(N)以及硅(Si)的面内浓度分布的结果。
图6是由电子微探分析仪(EPMA)测定实施例1-7的软磁性金属压粉磁芯的截面的硼(B)、氮(N)以及硅(Si)的面内浓度分布的结果。
图7是表示使用本发明的软磁性金属压粉磁芯进行制作的电抗器的模式图的图。
具体实施方式
本发明的软磁性金属压粉磁芯，其特征在于，是一种包含软磁性金属粉末、氮化硼以及硅化合物的软磁性金属压粉磁芯，在研磨所述软磁性金属压粉磁芯的截面并进行观察的情况下，相对于所述软磁性金属压粉磁芯的截面的面积的所述软磁性金属粉末所占有的面积的比例为90％以上且95％以下，并且构成所述软磁性金属粉末的80％以上的粒子的截面的圆度为0.75以上且1.0以下，氮化硼存在于在所述软磁性金属压粉磁芯的截面上存在的多粒子间空隙中的70％以上的多粒子间空隙。
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示软磁性金属压粉磁芯10的截面结构的模式图。软磁性金属压粉磁芯10由软磁性金属粉末11、覆盖构成其的大部分的粒子表面的硅化合物12、存在于多粒子间空隙的氮化硼13构成。软磁性金属粉末11为将铁作为主成分的软磁性金属，能够使用纯铁、Fe-Si合金、Fe-Si-Cr合金、Fe-Al合金、Fe-Si-Al合金、Fe-Ni合金等。为了获得良好的直流重叠特性，优选使用饱和磁化高的软磁性金属粉末，所以优选使用纯铁、Fe-Si合金、Fe-Ni合金。
在软磁性金属压粉磁芯10的截面上，在计算相对于软磁性金属压粉磁芯的截面的面积的软磁性金属粉末所占有的面积的比例的情况下，软磁性金属压粉磁芯截面中的90％以上且95％以下被软磁性金属粉末占据。对于相对于软磁性金属压粉磁芯的截面的面积的软磁性金属粉末所占有的面积的比例的计算来说，例如能够使用扫描电子显微镜(SEM)来观察组成图像并且根据金属部分与非金属部分的对比度并使用图像解析来进行计算。另外，也能够在由电子微探分析仪(EPMA)得到的面内元素分布图像中从Fe元素所占有的部分使用图像解析来进行计算。
在软磁性金属压粉磁芯10的截面上，在相对于软磁性金属压粉磁芯的截面的面积的软磁性金属粉末所占有的面积的比例不满90％的情况下，软磁性金属压粉磁芯的饱和磁通密度变得过低，所以直流重叠特性发生恶化。另一方面，在软磁性金属压粉磁芯中含有一定量的氮化硼或硅化合物，因此，获得相对于软磁性金属压粉磁芯的截面的面积的软磁性金属粉末所占有的面积的比例超过95％的磁芯是困难的。因此，通过使相对于软磁性金属压粉磁芯的截面的面积的软磁性金属粉末所占有的面积的比例为90％以上且95％以下，从而软磁性金属压粉磁芯具有高饱和磁通密度，并且能够改善直流重叠特性。
在观察软磁性金属压粉磁芯10的截面并测定软磁性金属粉末11的圆度的情况下，构成软磁性金属粉末11的粒子中80％以上的粒子的圆度为0.75～1.0。作为圆度的一个例子，能够使用Wadell的圆度，并且以相对于外接于粒子截面的圆的直径的与粒子截面的投影面积相等的圆的直径之比来定义。在正圆的情况下，Wadell的圆度成为1，越接近于1，正圆度越高。能够将光学显微镜或SEM用于观察，并且能够将图像解析用于圆度的计算。
圆度低的粒子因为粒子表面的曲率不是一定的，所以成形时的应力的地方变得不均匀。因此，在包含较多的圆度低的粒子的情况下，产生塑性变形量大的部分和不大的部分，所以磁化过程变得不均匀，作为结果，直流重叠特性恶化。即，通过使80％以上的粒子的圆度为0.75～1.0，从而能够获得良好的直流重叠特性。更加优选使85％以上的粒子的圆度为0.75～1.0，从而能够获得更加优异的直流重叠特性。
另外，通过使用圆度高的软磁性金属粉末从而能够提高在成形时使氮化硼流动并且使氮化硼浓缩于多粒子间空隙的效果。如后面所述，由作为氮化硼浓缩到多粒子间空隙的组织的作用，能够获得良好的直流重叠特性。
通过硅化合物12存在于软磁性金属粉末的粒子间从而将多个软磁性金属粒子间牢固地接合并且赋予电绝缘性。因此，能够提高软磁性金属压粉磁芯的强度，并且能够进一步降低涡电流损耗。
另外，作为形成硅化合物的成分，优选使用硅酮树脂。在使用硅酮树脂的情况下，硅酮树脂在加压成形时具有适度的流动性，所以如后面所述，助长了在成形时能够使氮化硼流动并且使氮化硼浓缩于多粒子间空隙的效果。由形成氮化硼浓缩于多粒子间空隙的组织的作用，能够获得更加良好的直流重叠特性。
氮化硼13具有六方晶的氮化硼连绵成层状的结构，层间的结合力弱，所以具有容易互相滑动等的性质。因此，通过在加压成形时施加应力从而容易进行剥离，所以氮化硼在成形的初期阶段从软磁性金属粉末的表面剥离，能够优先填充多粒子间空隙。因为氮化硼从软磁性金属粒子的表面剥离而减少因而能够使粒子间距离充分微小，所以，能够获得高导磁率。另一方面，通过氮化硼被填充于多粒子间空隙从而被填充于多粒子间空隙的氮化硼起到如楔子那样的作用，即使以高密度进行形成也有防止软磁性金属粒子的紧密附着的作用。即，通过形成氮化硼浓缩于多粒子间空隙的组织从而能够形成不使粒子间紧密附着而保持均匀且微小的粒子间距离的那样的组织，由此，磁通的流动变得均匀，所以能够获得良好的直流重叠特性。
图2是表示存在于软磁性金属压粉磁芯10的截面的多粒子间空隙的模式图。多粒子间空隙是在软磁性金属压粉磁芯的截面上由3个以上的软磁性金属粒子包围而成的空隙(不包含2个粒子间的空隙)。另外，空隙14的不邻接而面对面的粒子的最接近距离为1μm以上，该空隙可以称为被4个粒子包围而成的多粒子间空隙。但是，空隙15的不邻接而面对面的粒子的最接近距离小于1μm，该空隙不能够说被4个粒子包围，可以说是被每3个粒子包围而成的多粒子间空隙。空隙16是被2个粒子包围而成的空隙，所以不能够说是多粒子间空隙。另一方面，将粒子间距离小于1μm的金属粒子相对部分作为晶界17。
在软磁性金属压粉磁芯10的截面上存在的多粒子间空隙中，氮化硼所存在的多粒子间空隙不满70％的情况下，不存在氮化硼的多粒子间空隙的周边的软磁性金属粉末彼此紧密附着，所以在该部分粒子间距离变小且磁化过程变得不均匀，从而直流重叠特性恶化。因此，通过氮化硼被填充于70％以上的多粒子间空隙，从而在软磁性金属压粉磁芯整体上有均匀地形成粒子间距离的作用，磁化过程变得均匀，所以能够获得良好的直流重叠特性。另外，如果氮化硼被填充于80％以上的多粒子间空隙的话，则能够更加均匀地形成粒子间距离。因此，优选将氮化硼填充于80％以上的多粒子间空隙。
优选，相对于软磁性金属压粉磁芯，B含有0.17质量％以上且0.80质量％以下，N含有0.22质量％以上且1.00质量％以下。如果B为0.17质量％以上且0.80质量％以下并且N为0.22质量％以上且1.00质量％以下的话，则能够更加均匀地形成粒子间距离，通过将B的含量和N的含量控制在该范围从而能够获得更加良好的直流重叠特性。另外，相对于软磁性金属压粉磁芯，如果B含有0.26质量％以上且0.60质量％以下，N含有0.34质量％以上且0.80质量％以下的话，则能够获得特别良好的直流重叠特性。
软磁性金属压粉磁芯的截面的氮化硼的分布能够使用EPMA并从B和N的分布状态来得知。另外，相对于软磁性金属压粉磁芯的B、N的含量能够通过对B含量和N含量进行定量分析来求得。B含量能够使用电感耦合等离子体发射光谱分析装置(ICP-AES)来进行测定。N含量能够使用氮含量分析装置来进行测定。
测定软磁性金属粉末11的粒度分布，将从小的一方开始累积个数而成为50％的粒径设定为d50％的情况下，d50％的范围优选为30μm以上且60μm以下。通过将d50％的范围作为30μm以上且60μm以下从而将初始导磁率调整为公共的范围变得容易，所以能够获得优异的直流重叠特性。
在研磨上述软磁性金属压粉磁芯的截面并进行观察的情况下，软磁性金属粒子优选在不存在氮化硼的部分与邻接的至少1个以上的粒子相对。在至少1个以上的晶界不存在氮化硼，从而能够使粒子间距离更微小且能够均匀地形成，并且能够获得良好的直流重叠特性。
原料粉末是将铁作为主成分的软磁性金属粉末并且含有B。原料粉末中的B含量优选为0.1质量％以上且2.0质量％以下。如果B含量小于0.1质量％的话，则在氮化热处理后被形成的氮化硼变少，被填充于多粒子间空隙的氮化硼变得不充分。如果B含量超过2.0质量％的话，则非磁性成分的氮化硼量变成过剩，饱和磁通密度变得过低。
软磁性金属粉末的原料粉的制作方法能够使用水雾化法、气体雾化法等的方法。通过使用气体雾化法从而容易得到圆度高的粒子。另外，B有提高雾化粉的圆度的作用，即使使用水雾化法也能够通过调整喷雾条件等来得到圆度高的粒子。
在含有氮的非氧化气氛中，相对于原料粉末，进行升温速度为5℃/min以下、温度为1000～1500℃并且保持时间为30～600min的氮化热处理。通过进行氮化热处理从而气氛中的氮与原料粉末中的B发生反应，能够均匀地将氮化硼的被膜形成于金属粒子表面。在热处理温度不满1000℃的情况下，原料粉末中的B的氮化反应变得不充分，Fe2B等的强磁性相残留，矫顽力变大，损耗变大。如果热处理温度超过1500℃的话，则氮化迅速进行而结束反应，所以即使将温度上升到其以上也没有效果。氮化热处理在含有氮的非氧化性气氛中进行。在非氧化性气氛中进行热处理是为了防止软磁性金属粉末的氧化。如果升温速度过快的话，则在充分的量的氮化硼被生成之前温度到达原料粉末粒子发生烧结的温度，原料粉末会烧结，所以升温速度作为5℃/min以下。
相对于形成有均匀的氮化硼被膜的软磁性金属粉末，覆盖硅酮树脂，得到颗粒状的颗粒物。硅酮树脂是具有成形时的保形性和电绝缘性的树脂，优选能够均匀地涂布于软磁性金属粉末表面的硅酮树脂。将硅酮树脂的溶液仅以规定的量添加到软磁性金属粉末，在由叶片混合机(kneader)等进行混炼之后，粉碎干燥后获得的凝聚物，从而能够获得颗粒。相对于所获得的软磁性金属粉末，以氮化硼、硅酮树脂的顺序进行覆盖。
将所获得的颗粒填充于所希望的形状的模具并进行加压成形而获得成形体。成形压力能够根据软磁性金属粉末的组成或所希望的成形密度而适当选择，大概在600～1600MPa的范围。也可以根据需要使用润滑剂。颗粒是圆度高的软磁性金属粉末被均匀的氮化硼覆盖、进一步被硅酮树脂覆盖的颗粒。在加压成形的初期软磁性金属粉末的接触面因为应力集中，所以氮化硼从该部分剥离。剥离了的氮化硼对应于软磁性金属粉末的塑性变形而流动到空隙部，所以氮化硼填充软磁性金属粒子间的多粒子间空隙。在此，如果粒子的圆度高的话，则氮化硼由加压而发生流动难以被阻碍，氮化硼被均匀地填充于多粒子间空隙。另外，如果存在硅酮树脂的话，则因为硅酮树脂的流动性助长氮化硼的流动，所以氮化硼被均匀地填充于多粒子间空隙。再有，因为在氮化热处理之后氮化硼被膜被均匀地形成，所以被填充于多粒子间空隙的氮化硼量也变得均匀。通过氮化硼被均匀地填充于多粒子间空隙从而即使是在作为高密度的成形体的情况下也有均匀地保持软磁性金属粉末的粒子间的距离的效果，作为结果，能够获得良好的直流重叠特性。
另外，因为氮化硼流动于多粒子间空隙并且存在于晶界的氮化硼成为微量，所以粒子间距离不会变得过大而使导磁率降低。这样，通过在成形时使氮化硼充分地流动于多粒子间空隙，从而能够作为在不存在氮化硼的部分与邻接的至少1个以上的粒子进行相对的结构。成为软磁性金属粉末的粒子在不存在氮化硼的部分与邻接的至少1个以上的粒子、优选为半数以上的粒子进行相对的结构。再有，在氮化硼剥离了的软磁性金属粒子的晶界残留有薄的硅酮树脂，所以其作为绝缘层而进行工作，从而能够充分地抑制涡电流损耗。
所获得的成形体进行热固化而作为软磁性金属压粉磁芯。或者，为了除去成形时的歪斜，进行热处理而作为软磁性金属压粉磁芯。热处理的温度为500～800℃，优选在氮气氛或氩气氛等的非氧化性气氛中进行。硅酮树脂自身为含有Si、O、C的硅化合物，在该热处理中，即使硅酮树脂的一部分分解，也会成为含有Si、O、C的硅化合物。
通过这样做，从而能够得到具有本发明的结构的软磁性金属压粉磁芯。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但是，本发明并不限定于上述实施方式。本发明在不脱离其宗旨的范围内可以进行各种变形。
[实施例]
作为原料粉末，由气体雾化法制作在Fe-3.0Si、Fe-4.5Si以及Fe-6.5Si合金粉末中含有用于获得所希望的氮化硼的B的粉末。将它们放入到管状炉，以热处理温度1300℃、保持时间30min，进行氮气氛下的氮化热处理，从而准备在表面形成有均匀的氮化硼的软磁性金属粉末。软磁性金属粉末的d50％由激光衍射式粒度分布测量仪(HELOS系统，Sympatec公司制)来进行测定，将d50％、B含量以及原料粉末的制法表示于表1中。
相对于100质量％的表1的软磁性金属粉末，硅酮树脂以成为0.5、0.75、1.25质量％的方式用二甲苯进行稀释并添加，用叶片混合机进行混炼，以成为355μm以下的方式对干燥而获得的凝聚物进行整粒而获得颗粒。颗粒中，在软磁性金属粉末，以氮化硼、硅酮树脂的顺序进行覆盖。将其填充于外径17.5mm、内径11.0mm的圆环形状的模具，以成形压1180MPa进行加压而获得成形体。芯重量为5g。用传送带炉在氮气氛中在750℃下对所获得的成形体进行30分钟的热处理而成为软磁性金属压粉磁芯(实施例1-1～1-11)。
与实施例1-5相同的，准备仅将成形压变更为780MPa来制作的软磁性金属压粉磁芯(比较例1-1)。与实施例1-2相同的，准备将原料粉末的制造法变更为水雾化法来制作的软磁性金属压粉磁芯(比较例1-2、1-3)。与实施例1-4相同的，准备不添加硅酮树脂而制作的软磁性金属压粉磁芯(比较例1-4)。
作为原料粉末，用气体雾化法制作Fe-4.5Si合金粉末。将其放入到管状炉，以热处理温度900℃、保持时间60min，进行氮气氛下的氮化热处理，从而准备软磁性金属粉末。以与实施例1-1～1-11相同的方法对该软磁性金属粉末进行造粒、成形、热处理，从而成为软磁性金属压粉磁芯(比较例1-5)。另外，与比较例1-4相同的，准备在成形时相对于颗粒将1.0、1.5质量％的氮化硼粉末作为润滑剂进行添加的软磁性金属压粉磁芯(比较例1-6、1-7)。
使用LCR测试器(Agilent Technologies Japan,Ltd.制4284A)和直流偏置电源(Agilent Technologies Japan,Ltd.制42841A)来测定频率100kHz下的软磁性金属压粉磁芯的电感，从电感计算出软磁性金属压粉磁芯的导磁率。对于直流重叠磁场是0A/m的情况和8000A/m的情况进行测定，将各个导磁率作为μ0、μ(8kA/m)来表示于表1中。但是，选择改变了硅酮树脂量的3个试样中的μ(kA/m)最高的试样并表示结果。
另外，由冷嵌入树脂来固定软磁性金属压粉磁芯，切出截面，进行镜面研磨。随机观察100个粒子的截面，测定各个粒子的Wadell的圆度，并计算出圆度为0.75以上的粒子的比例。另外，用电子显微镜观察软磁性金属压粉磁芯的截面并拍摄组成图像。根据图像的对比度，计算出相对于视野面积的金属相所占有的面积的比率。将结果表示于表1中。
使用电子微探分析仪(EPMA)来观察软磁性金属压粉磁芯的截面的组成图像以及B、N、Si、O的面内分布。分别对于几个视野观察软磁性金属压粉磁芯的截面的组成图像以及B、N的面内分布，根据组成图像计算出多粒子间空隙的个数，根据B以及N的面内分布计算出该多粒子间空隙中氮化硼所存在的比例。将该结果表示于表1中。
粉碎软磁性金属压粉磁芯并制作250μm以下的粉末。用ICP-AES(岛津制作所株式会社制ICPS-8100CL)来测定该粉末的B的含量，从而作为相对于软磁性金属压粉磁芯的B的含量。另外，使用氮量分析装置(LECO公司制TC600)来测定该粉末的氮含量，从而作为相对于软磁性金属压粉磁芯的N的含量。将结果表示于表1中。
[表1]
根据表1，可以了解到实施例1-1～1-11均显示出μ(8kA/m)超过40的良好的直流重叠特性。因此，能够确认通过含有氮化硼和硅化合物，相对于软磁性金属压粉磁芯截面的面积的软磁性金属粉末所占有的面积的比例为90％以上且95％以下，构成软磁性金属粉末的80％以上的粒子的截面的圆度为0.75以上且1.0以下，在存在于软磁性金属压粉磁芯的截面的多粒子间空隙中的70％以上的多粒子间空隙存在氮化硼，从而能够获得良好的直流重叠特性，并且能够作为优异的软磁性金属压粉磁芯。
在实施例1-1的软磁性金属压粉磁芯的截面的研磨面上，用扫描电子显微镜观察粒子脱落的部分，用能量色散X射线分析仪(EDS)来测定Si、O、C的浓度分布，将结果表示于图3中。如果对Si、O、C的分布进行比较、对应的话则可以了解到O、C高浓度地分布于与Si被观察到高浓度的地方相同的位置。能够确认含有Si、O、C的硅化合物分布于不存在Fe的地方，并且存在由来于硅酮树脂的硅化合物。
将在实施例1-1的软磁性金属压粉磁芯的截面的研磨面上用EPMA观察到的组成图像表示于图4，将B、N、Si的各个元素的浓度分布表示于图5。在图5中，以亮白部分表示各个成分的浓度高。如果对在图4的组成图像中被观察到的粒子间空隙的分布与图5的各个元素的分布进行比较、对应的话，则可以了解到B和N集中分布于多粒子间空隙。因此，在实施例1-1中能够确认氮化硼集中于多粒子间空隙。另外，在软磁性金属粒子的晶界部基本上未检测出B和N，几乎所有的粒子夹着不通过氮化硼的晶界而与邻接的粒子相对。成为软磁性金属粒子与所邻接的至少1个以上的粒子在不存在氮化硼的部分进行相对的结构。另一方面，可以了解到Si其由来于合金成分的Si在金属粒子内被检测出，但是，相较于其更高浓度的Si存在于金属粒子间。可以了解到金属粒子间的高浓度的Si由来于硅酮树脂，硅化合物均匀地分布于晶界部。因此，通过作为氮化硼填充多粒子间空隙的结构，从而氮化硼基本上不存在于晶界部，从而能够作为硅化合物均匀地分布于晶界部的结构。通过作为这样的结构，从而可以了解到因为磁化过程变得均匀，所以能够获得大的μ(8kA/m)，在存在于软磁性金属压粉磁芯的截面的多粒子间空隙中的70％以上的多粒子间空隙存在氮化硼对于直流重叠特性的改善来说是有效的。
相对于实施例1-7、1-9中μ(8kA/m)为41以下，实施例1-1、1-2、1-3、1-4中能够获得μ(8kA/m)超过45的特别良好的直流重叠特性。它们相对于软磁性金属压粉磁芯，B成为0.17质量％以上且0.8质量％以下，N成为0.22质量％以上且1.00质量％以下，通过这样做从而能够更加均匀地形成粒子间距离，所以可以说优选将氮化硼的含量调整为该范围。特别是实施例1-1、1-2中B成为0.26质量％以上且0.60质量％以下的范围，N成为0.34质量％以上且0.80质量％以下的范围，通过使氮化硼的含量为该范围内从而能够获得μ(8kA/m)为48这样的良好的直流重叠特性。
相对于实施例1-8、1-9中μ(8kA/m)为40，实施例1-2、1-3中能够获得μ(8kA/m)超过45的特别良好的直流重叠特性。d50％成为30μm以上且60μm以下的范围，通过这样做从而能够适当地调整μ0，所以可以说优选将d50％调整到该范围。
相对于实施例1-7中μ(8kA/m)为41，实施例1-1中能够获得μ(8kA/m)为48的特别良好的直流重叠特性。在图6中表示用EPMA测定实施例1-7的软磁性金属压粉磁芯的截面的研磨面上的B、N、Si的各个元素的分布的结果。如果对图5与图6的B和N的分布进行比较的话，则可以了解到氮化硼存在于与邻接的粒子的晶界的金属粒子，相较于实施例1-1，在实施例1-7中更多看到。因此，较多地具有氮化硼不存在于与所邻接的粒子的晶界的部分的一方容易获得良好的直流重叠特性。
比较例1-1中，相对于软磁性金属压粉磁芯截面的面积的软磁性金属粉末所占有的面积的比例为90％以下并且软磁性金属压粉磁芯的饱和磁通密度变得过低，所以直流重叠特性会发生恶化。作为结果，仅能够获得μ(8kA/m)不满40的低的导磁率。实施例1-1～实施例1-11中，可以了解到相对于软磁性金属压粉磁芯截面的面积的软磁性金属粉末所占有的面积的比例为90％以上，所以μ(8kA/m)超过40，相对于软磁性金属压粉磁芯截面的面积的软磁性金属粉末所占有的面积的比例有必要为90％以上。
比较例1-2、1-3中，圆度0.75以上的粒子的比例不满80％。比较例1-2、1-3中，圆度低的粒子过多，所以μ0会变得过大，作为结果，仅能够获得μ(8kA/m)不满40的低的导磁率。实施例1-1～实施例1-11中，圆度0.75以上的粒子的比例为80％以上，所以μ(8kA/m)超过40，圆度0.75以上的粒子的比例有必要为80％以上。
比较例1-4中，不含有硅酮树脂，所以硅化合物不存在于软磁性金属粉末的粒子间，电绝缘性变劣，因而涡电流的发生变得显著，所以100kHz下的导磁率会降低。再有，没有由硅酮树脂引起的氮化硼的向多粒子间空隙的流动的作用，所以氮化硼存在于晶界部的部分变多并且粒子间距离变得不均匀。因此，μ0变小并且直流重叠特性也恶化，仅能够获得μ(8kA/m)不满40的低的导磁率。实施例1-1～1-11中，可以了解到因为存在有硅化合物，所以μ(8kA/m)超过40，有必要含有硅化合物。
比较例1-5中，在存在于软磁性金属压粉磁芯的截面的多粒子间空隙不存在氮化硼。另外，如比较例1-6、1-7那样，因为在加压成形时即使添加作为润滑剂的氮化硼粉末，成形前的氮化硼的分布也不均匀，所以氮化硼仅存在于35％、63％的多粒子间空隙。在不存在氮化硼的多粒子间空隙的周边，因为没有由保持粒子间距离的氮化硼起到的楔子的作用，所以软磁性金属粉末彼此紧密附着。因此，在该部分粒子间距离变得过小且磁化过程变得不均匀。因此，仅能够获得μ(8kA/m)不满40的低的导磁率。实施例1-1～1-11中，可以了解到因为氮化硼存在于70％以上的多粒子间空隙，所以μ(8kA/m)超过40，氮化硼有必要存在于70％以上的多粒子间空隙。
产业上的利用可能性
正如以上所说明的那样，本发明的软磁性金属压粉磁芯，因为降低损耗并且即使在直流电流重叠下也具有高的电感，并且因为能够实现高效率化以及小型化，所以可以广泛而且有效地利用于电源电路等的电感器或电抗器等的电磁设备中。
符号的说明
10：软磁性金属压粉磁芯
11：软磁性金属粉末
12：硅化合物
13：氮化硼
14：由4个粒子构成的多粒子间空隙
15：由3个粒子构成的多粒子间空隙
16：由2个粒子构成的空隙
17：晶界
18：线圈

Claims (6)

1.一种软磁性金属压粉磁芯，其特征在于：
是包含软磁性金属粉末、氮化硼以及硅化合物的软磁性金属压粉磁芯，
在研磨所述软磁性金属压粉磁芯的截面并进行观察的情况下，相对于所述软磁性金属压粉磁芯的截面的面积的所述软磁性金属粉末所占有的面积的比例为90％以上且95％以下，
并且构成所述软磁性金属粉末的80％以上的粒子的截面的圆度为0.75以上且1.0以下，
并且氮化硼存在于在所述软磁性金属压粉磁芯的截面上存在的多粒子间空隙中的70％以上的多粒子间空隙。
2.如权利要求1所述的软磁性金属压粉磁芯，其特征在于：
所述硅化合物由来于硅酮树脂，并含有硅、氧以及碳，其中，硅的元素符号为Si，氧的元素符号为O，碳的元素符号为C。
3.如权利要求1或者2所述的软磁性金属压粉磁芯，其特征在于：
相对于所述软磁性金属压粉磁芯，硼含有0.17质量％以上且0.80质量％以下，氮含有0.22质量％以上且1.00质量％以下，其中，硼的元素符号为B，氮的元素符号为N。
4.如权利要求1～3中的任意一项所述的软磁性金属压粉磁芯，其特征在于：
在所述软磁性金属粉末的粒度分布中，在将从小的一方开始累积个数而成为50％的个数的粒径作为d50％的情况下，d50％为30μm以上且60μm以下。
5.如权利要求1～4中的任意一项所述的软磁性金属压粉磁芯，其特征在于：
在研磨所述软磁性金属压粉磁芯的截面并进行观察的情况下，具有构成所述软磁性金属粉末的粒子在不存在氮化硼的部分与所邻接的至少1个以上的粒子相对的结构。
6.一种电抗器，其特征在于：
是使用权利要求1～5中的任意一项所述的软磁性金属压粉磁芯制作的电抗器。
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