CN106571221B - 一种各向异性软磁复合材料的制备方法 - Google Patents

一种各向异性软磁复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种各向异性软磁复合材料的制备方法。该发明以平均粒径为2~80μm的磁性金属粉末为原材料；在球磨机中球磨获得扁平化颗粒；然后与环氧树脂充分混合均匀，加入固化剂后注入环形模具中；将模具置于磁场中取向，按照取向方式不同可以三种形式：一、磁环水平放置，没有磁场取向；二、磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；三、磁环垂直放置，法线平行于磁场方向；样品在磁场中取向固化后取出。该方法在软磁复合材料成型过程中，施加磁场，使扁平化金属颗粒沿外磁场方向进行取向，呈现各向异性结构；磁环内部扁平化磁粉的各向异性取向结构，产生了各向异性磁性能：有效磁导率，损耗等。

Description

一种各向异性软磁复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种各向异性软磁复合材料的制备方法，属于材料制备领域。
背景技术
软磁材料具有高磁导率和低矫顽力的一类磁性材料。软磁材料容易磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。软磁材料的种类众多，可分为软磁铁氧体、金属软磁材料和软磁复合材料。铁氧体软磁材料具有高电阻率，因此在中高频段优势明显，但缺点是铁氧体为亚铁磁性物质，因此饱和磁化强度较低，无法满足电子设备日益增大的功率要求，因此在众多高精尖领域无法应用。金属软磁的优点在于其饱和磁化强度高，但缺点是金属电阻率低，因此在高频下使用时涡流损耗极大，磁导率急剧下降，因此无法在中高频率下使用，这对于软磁材料是致命的缺点。
软磁复合材料是将磁性微粒均匀分散在非磁性物中形成的。与传统的金属软磁合金和铁氧体材料相比，它有很多独特的优点：磁性金属粒子分散在非导体物件中，可以减少高频涡流损耗，提高应用频率；既可以采取热压法加工成粉芯，也可以利用现在的塑料工程技术，注塑制造成复杂形状的磁体；具有密度小，重量轻，生产效率高，成本低，产品重复性和一致性好等优点。缺点是由于磁性粒子之间被非磁性体分开，磁路隔断，磁导率现在一般在100以内。
现在商用的软磁复合材料体系包括：Fe、FeSi、FeSiAl、FeNi和FeNiMo等。采用绝缘介质分割磁性颗粒有利于体系电阻率的升高，大幅降低了涡流损耗。近来有研究者发现，将磁性颗粒扁平化以后，降低了金属材料的趋肤效应，可进一步降低体系的涡流损耗。同时，金属磁性颗粒扁平化以后，会产生形状各向异性，由于退磁场的影响，沿扁平化颗粒不同方向的磁化特性会有显著差异。但由于制备原理和制备工艺等限制，目前仍没有研究者利用这种特性制备各向异性软磁复合材料。
针对以上，本发明采用扁平化、磁化取向等方法制备了一种各向异性软磁复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种各向异性软磁复合材料的制备方法。
本发明的具体步骤为：
1）材料准备
选择平均粒径为2~80μm的磁性金属粉末为原材料，金属粉末可以为铁粉、铁硅粉、铁硅铝粉、铁镍粉或铁镍钼粉；
2）扁平化
将金属粉末置于球磨机中，选择球料比为5:1~20：1，选择正己烷或无水乙醇为介质，控制球磨机转速为300~600r/min，控制球磨时间为0.1~10h，获得扁平化效果良好的片状金属粉；
3）混合，浇铸
将100份环氧树脂与20～500份金属粉末充分搅拌混合，再加入1～15份固化剂二乙烯三胺，继续搅拌30s，注入环形模具中；
4）磁场中取向固化
浇铸后的模具迅速放置于水平方向的磁场中取向，按取向方式不同，可以分为三种：（1）、磁环水平放置，没有磁场取向；（2）、磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；（3）、磁环垂直放置，法线平行于磁场方向；样品在磁场中取向固化后取出。
取向后的样品，经SEM分析其结构发现，扁平状金属颗粒在磁环中存在不同取向，进而呈现出各向异性的磁性能。
本发明的优点是：
1、在软磁复合材料成型过程中，施加磁场，使扁平化金属颗粒沿外磁场方向进行取向，呈现各向异性结构；
2、磁环内部扁平化磁粉的各向异性取向结构，产生了各向异性磁性能：有效磁导率，损耗等。
附图说明
图1是FeSiAl磁粉球磨前后的XRD图谱；
图2是FeSiAl磁粉球磨前后的磁滞回线；
图3是磁场取向的示意图、FeSiAl磁粉的分布模型和水平断面的SEM照片，其中：（1）磁环水平放置，没有磁场取向；（2）磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；（3）磁环垂直放置，法线平行于磁场方向；
图4不同取向FeSiAl软磁复合材料样品的有效磁导率，其中：（a）磁环水平放置，没有磁场取向；（b）磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；（c）磁环垂直放置，法线平行于磁场方向；
图5不同取向FeSiAl软磁复合材料样品的损耗，其中：（a）磁环水平放置，没有磁场取向；（b）磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；（c）磁环垂直放置，法线平行于磁场方向。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述，以便更好地理解本发明的目的、特点和优点。虽然本发明是结合该具体的实施例进行描述，但并不意味着本发明局限于所描述的具体实施例。相反，对可以包括在本发明权利要求中所限定的保护范围内的实施方式进行的替代、改进和等同的实施方式，都属于本发明的保护范围。对于未特别标注的工艺参数，可按常规技术进行。
本发明的具体步骤为：
1）材料准备
选择平均粒径为2~80μm的磁性金属粉末为原材料，金属粉末可以为铁粉、铁硅粉、铁硅铝粉、铁镍粉或铁镍钼粉；
2）扁平化
将金属粉末置于球磨机中，选择球料比为5:1~20：1，选择正己烷或无水乙醇为介质，控制球磨机转速为300~600r/min，控制球磨时间为0.1~10h，获得扁平化效果良好的片状金属粉；
3）混合，浇铸
将100份环氧树脂与20～500份金属粉末充分搅拌混合，再加入1～15份固化剂二乙烯三胺，继续搅拌30s，注入环形模具中；
4）磁场中取向固化
浇铸后的模具迅速放置于水平方向的磁场中取向，按取向方式不同，可以分为三种：一、磁环水平放置，没有磁场取向；二、磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；三、磁环垂直放置，法线平行于磁场方向；样品在磁场中取向固化后取出。
取向后的样品，经SEM分析其结构发现，扁平状金属颗粒在磁环中存在不同取向，进而呈现出各向异性的磁性能。
实施例1：
具体步骤为：
1）材料准备
选择平均粒径为2μm的磁性铁粉为原材料；
2）扁平化
将金属粉末置于球磨机中，选择球料比为5:1，选择正己烷为介质，控制球磨机转速为300r/min，控制球磨时间为0.1h，获得扁平化效果良好的片状金属粉；
3）混合，浇铸
将100份环氧树脂与20份铁粉充分搅拌混合，再加入1份固化剂二乙烯三胺，继续搅拌30s，注入环形模具中；
4）磁场中取向固化
浇铸后的模具迅速放置于水平方向的磁场中取向，按取向方式不同，可以分为三种：一、磁环水平放置，没有磁场取向；二、磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；三、磁环垂直放置，法线平行于磁场方向；样品在磁场中取向固化后取出。
对实施例1的样品，经SEM分析其结构发现，扁平状铁粉在磁环中存在不同取向，进而呈现出各向异性的磁性能。
实施例2：
具体步骤为：
1）材料准备
选择平均粒径为8μm的磁性铁硅粉为原材料；
2）扁平化
将金属粉末置于球磨机中，选择球料比为8：1，选择无水乙醇为介质，控制球磨机转速为400r/min，控制球磨时间为1h，获得扁平化效果良好的片状金属粉；
3）混合，浇铸
将100份环氧树脂与50份铁硅粉充分搅拌混合，再加入3份固化剂二乙烯三胺，继续搅拌30s，注入环形模具中；
4）磁场中取向固化
浇铸后的模具迅速放置于水平方向的磁场中取向，按取向方式不同，可以分为三种：一、磁环水平放置，没有磁场取向；二、磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；三、磁环垂直放置，法线平行于磁场方向；样品在磁场中取向固化后取出。
对实施例2的样品，经SEM分析其结构发现，扁平状铁硅粉在磁环中存在不同取向，进而呈现出各向异性的磁性能。
实施例3：
具体步骤为：
1）材料准备
选择平均粒径为16μm的磁性铁硅铝粉为原材料；
2）扁平化
将金属粉末置于球磨机中，选择球料比为12：1，选择正己烷为介质，控制球磨机转速为500r/min，控制球磨时间为3h，获得扁平化效果良好的片状金属粉；
3）混合，浇铸
将100份环氧树脂与80份铁硅铝粉充分搅拌混合，再加入6份固化剂二乙烯三胺，继续搅拌30s，注入环形模具中；
4）磁场中取向固化
浇铸后的模具迅速放置于水平方向的磁场中取向，按取向方式不同，可以分为三种：一、磁环水平放置，没有磁场取向；二、磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；三、磁环垂直放置，法线平行于磁场方向；样品在磁场中取向固化后取出。
对实施例3的样品，经SEM分析其结构发现，扁平状铁硅铝粉在磁环中存在不同取向，进而呈现出各向异性的磁性能。
实施例4：
具体步骤为：
1）材料准备
选择平均粒径为40μm的磁性铁镍粉为原材料；
2）扁平化
将金属粉末置于球磨机中，选择球料比为16：1，选择无水乙醇为介质，控制球磨机转速为500r/min，控制球磨时间为5h，获得扁平化效果良好的片状金属粉；
3）混合，浇铸
将100份环氧树脂与200份铁镍粉充分搅拌混合，再加入8份固化剂二乙烯三胺，继续搅拌30s，注入环形模具中；
4）磁场中取向固化
浇铸后的模具迅速放置于水平方向的磁场中取向，按取向方式不同，可以分为三种：一、磁环水平放置，没有磁场取向；二、磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；三、磁环垂直放置，法线平行于磁场方向；样品在磁场中取向固化后取出。
对实施例4的样品，经SEM分析其结构发现，扁平状铁镍粉在磁环中存在不同取向，进而呈现出各向异性的磁性能。
实施例5：
具体步骤为：
1）材料准备
选择平均粒径为80μm的磁性铁镍钼粉为原材料；
2）扁平化
将金属粉末置于球磨机中，选择球料比为20：1，选择正己烷为介质，控制球磨机转速为600r/min，控制球磨时间为10h，获得扁平化效果良好的片状金属粉；
3）混合，浇铸
将100份环氧树脂与500份铁镍钼粉充分搅拌混合，再加入15份固化剂二乙烯三胺，继续搅拌30s，注入环形模具中；
4）磁场中取向固化
浇铸后的模具迅速放置于水平方向的磁场中取向，按取向方式不同，可以分为三种：一、磁环水平放置，没有磁场取向；二、磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；三、磁环垂直放置，法线平行于磁场方向；样品在磁场中取向固化后取出。
对实施例5的样品，经SEM分析其结构发现，扁平状铁镍钼粉在磁环中存在不同取向，进而呈现出各向异性的磁性能。

Claims (1)

1.一种各向异性软磁复合材料的制备方法，其特征在于其具体步骤为：
1）材料准备
选择平均粒径为2~80μm的磁性金属粉末为原材料，金属粉末可以为铁粉、铁硅粉、铁硅铝粉、铁镍粉或铁镍钼粉；
2）扁平化
将金属粉末置于球磨机中，选择球料比为5:1~20：1，选择正己烷或无水乙醇为介质，控制球磨机转速为300~600r/min，控制球磨时间为0.1~10h，获得扁平化效果良好的片状金属粉；
3）混合，浇铸
将100份环氧树脂与20～500份金属粉末充分搅拌混合，再加入1～15份固化剂二乙烯三胺，继续搅拌30s，注入环形模具中；
4）磁场中取向固化
浇铸后的模具迅速放置于水平方向的磁场中取向，按取向方式不同，可以分为两种：一、磁环水平放置，法线垂直于磁场方向；二、磁环垂直放置，法线平行于磁场方向；样品在磁场中取向固化后取出。
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