CN108701519B - 二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯及其制造方法和电磁电路部件 - Google Patents

二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯及其制造方法和电磁电路部件 Download PDF

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Abstract

本申请发明涉及一种二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯，其特征在于，具有如下组织：在表面包覆有二氧化硅系绝缘被膜的Fe系的软磁性粉末粒子通过由多个所述二氧化硅系绝缘被膜构成的晶界层来被接合，在所述晶界层中包含从所述Fe系的软磁性粉末粒子扩散的Fe，所述晶界层包含Fe和Si的各自的氧化物或Fe与Si的复合氧化物。

Description

二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯及其制造方法和电磁电路部件
技术领域
本申请发明涉及高电阻且高磁通密度的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯及其制造方法和电磁电路部件。
本申请基于2016年3月31日在日本申请的专利申请2016-073636号及2017年3月29日在日本申请的专利申请2017-066237号主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
以往，作为电机用铁芯、致动器、磁传感器等的磁芯，已知在Fe粉末或Fe基合金粉末等的软磁性粉末中添加树脂粉末而制备混合粉末，对该混合粉末进行压缩成型之后，进行热处理而得到的压粉磁芯。
在使用上述软磁性粉末来制造压粉磁芯的情况下，由于软磁性粉末单一物质的电阻率较低，因而采取了如下措施：在软磁性粉末的表面进行绝缘被膜的包覆，或者，混合有机化合物或绝缘材料等来防止软磁性粉末彼此的烧结，从而提高电阻率。例如，在这种压粉磁芯中，已知如下结构：为了抑制涡流损耗，对软磁性粉末的表面双重覆盖非铁金属的下层绝缘被膜和包含无机化合物的上层绝缘被膜之后进行成型并进行热处理。
作为所述压粉磁芯的一例，已知如下的压粉磁芯：在软磁性粉末的表面形成磷酸盐包覆之后，作为粘合剂添加有机硅树脂并混合，成为有机硅树脂包覆软磁性粉末之后，进行压缩成型，并进行热处理。
该压粉磁芯(复合软磁性材料)具有软磁性粉末粒子彼此通过有机硅树脂包覆来接合的组织，通过树脂包覆层来确保软磁性粉末粒子彼此的绝缘，因此能够抑制涡流损耗。
另外，作为这种压粉磁芯(复合软磁性材料)的一例，提出有如下技术：在磷酸盐包覆铁粉的表面实施底漆处理，并在底漆处理后的铁粉添加并混合氟树脂粉末来制作混合粉末，对该混合粉末进行压缩成型之后，实施热处理而得到复合软磁性材料(参考专利文献1)。所述底漆处理意味着，将溶解或分散有聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、有机硅树脂等的一种以上与聚四氟乙烯的液体涂布于磷酸盐包覆铁粉的表面，并进行干燥的处理。
专利文献1：日本专利公开2006-049407号公报(A)
但是，电子设备用电磁部件随着电子设备的小型化和高性能化而要求更优异的材料特性，而且必须是在实际使用状态下不会出现问题的电磁部件。考虑到用于这种电磁部件的软磁材料，使用覆盖了以有机硅树脂为代表的绝缘性树脂的软磁性粉末的混合粉末来制造的压粉磁芯具有如下问题：容易产生耐热性不足、电阻率也无法充分提高。例如，如果在500～600℃的高温下烧结，则绝缘性树脂劣化，因此具有如下问题：难以使软磁性粉末粒子彼此良好地绝缘，电阻率会降低。
发明内容
本申请发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯及其制造方法，所述二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯具有比使用以有机硅树脂覆盖的软磁性粉末的压粉磁芯更优异的耐热性，电阻率也能够得到提高。
(1)为了达到上述目的，本申请发明的一方式的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯(以下，称为“本申请发明的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯”)的特征在于，具有如下组织：在表面包覆有二氧化硅系绝缘被膜的Fe系的软磁性粉末粒子通过由多个所述二氧化硅系绝缘被膜构成的晶界层来被接合，在所述晶界层中包含从所述Fe系的软磁性粉末粒子扩散的Fe，所述晶界层包含Fe和Si的各自的氧化物或Fe与Si的复合氧化物。
能够提供一种具有二氧化硅系绝缘被膜、电阻率较高、材料强度较高且耐热性优异的压粉磁芯，所述二氧化硅系绝缘被膜为包含从软磁性粉末粒子扩散的Fe的氧化物。
(2)在本申请发明的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯中，优选Fe在所述晶界层中的Fe、Si及O的总量中所占的比例为0.1～6.0原子％。
只要扩散到二氧化硅系绝缘被膜的Fe的含量为0.1～6.0原子％，则得到电阻率较高、材料强度较高且耐热性优异的压粉磁芯。
关于作为二氧化硅溶胶-凝胶被膜的烧结物的晶界层，通过烧结包含存在于晶界层中的Si的被膜成分，生成原子级的空孔，在该原子级的空孔吸入从软磁性粉末粒子扩散的Fe。因此，二氧化硅溶胶-凝胶被膜的烧结物成为从软磁性粉末粒子扩散的Fe侵入的牢固的氧化物。其结果，能够得到具有较高电阻率与优异的耐热性的压粉磁芯。
如果在晶界层中包含Fe，则软磁性粉末粒子彼此的粘合得到强化。如果晶界层中存在的Fe超过6.0原子％，则压粉磁芯的强度慢慢提高，但随之耐热性也会降低，电阻率会降低。如果存在于晶界层中的Fe为0.1～6.0原子％，则可以提高材料强度，并且能够维持耐热性和高电阻率。
(3)在本申请发明的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯中，在所述Fe系的软磁性粉末粒子的表面形成磷酸盐包覆层，在其外侧形成二氧化硅系绝缘被膜。
通过软磁性粉末粒子的表面被磷酸盐被膜覆盖而且多个软磁性粉末粒子通过晶界层来接合的组织，能够进一步提高电阻率。
(4)在本申请发明的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯中，优选以直接覆盖所述Fe系的软磁性粉末粒子的表面的方式设置所述二氧化硅系绝缘被膜。
(5)在本申请发明的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯中，优选在所述晶界层中，在加速电压为1kV的观察条件下的SEM反射电子图像中能够确认的斑点状或不规则形状的富含SiO2的微粒以0.2～50面积％含有。
如果晶界层中存在的富含SiO2的微粒超过50面积％，则具有二氧化硅系绝缘包覆软磁性粉末粒子的成型性下降的趋势。
如果晶界层中存在的富含SiO2的微粒低于0.2面积％，则在热处理工序时成型体收缩的时候，即使存在于二氧化硅系绝缘包覆软磁性粉末粒子表面的绝缘包覆缺损(Fe露出部)只有少许，也有可能会软磁性粉末粒子表面上的Fe露出部彼此接触而导通。
(6)本申请发明的另一方式的电磁电路部件(以下，称为“本申请发明的电磁电路部件”)的特征在于，其包含先前的任一项所述的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯。
只要是包含前述的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的本申请发明的电磁电路部件，则能够提供耐热性优异、强度较高、在高温下电阻率难以降低的电磁电路部件。
(7)本申请发明的另一方式的制造方法(以下，称为“本申请发明的制造方法”)的特征在于，将有机硅树脂和Si醇盐添加到溶剂并混合搅拌来制作二氧化硅溶胶-凝胶涂布液，将该二氧化硅溶胶-凝胶涂布液涂布于Fe系的软磁性粉末粒子，从而得到包覆二氧化硅溶胶-凝胶的软磁性粉末粒子，然后混合多个该包覆二氧化硅溶胶-凝胶的软磁性粉末粒子，并进行压缩成型而得到压坯，然后通过对该压坯进行热处理，由此制造二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯，所述二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯具有如下组织：在表面包覆有二氧化硅系绝缘被膜的Fe系的软磁性粉末粒子通过由多个所述二氧化硅系绝缘被膜构成的晶界层来被接合，在所述晶界层中包含从所述Fe系的软磁性粉末粒子扩散的Fe，所述晶界层包含Fe和Si的各自的氧化物或Fe与Si的复合氧化物。
将有机硅树脂和Si醇盐添加到溶剂中，充分地混合搅拌，由此能够得到混合溶剂与Si醇盐、且使有机硅树脂溶解(微细分散)的二氧化硅溶胶-凝胶涂布液。混合多个将该二氧化硅溶胶-凝胶涂布液涂布于软磁性粉末粒子而得到的包覆二氧化硅溶胶-凝胶的软磁性粉末粒子，进行压缩成型并烧结，由此能够得到具有如下组织的压粉磁芯：通过由二氧化硅溶胶-凝胶涂布液的烧结物构成的晶界层来接合软磁性粉末粒子。在由二氧化硅溶胶-凝胶涂布液的烧结物构成的晶界层中，被膜成分中的有机成分在烧结时部分烧掉，存在聚合反应进行后形成的原子级的空孔，并且从软磁性粉末粒子在烧结时扩散的Fe侵入该原子级的空孔，生成耐热性优异且强度较高的晶界层。
(8)在本申请发明的制造方法中，可以对涂布所述二氧化硅溶胶-凝胶涂布液之前的软磁性粉末粒子实施磷酸盐包覆。
(9)另外，在本申请发明的制造方法中，优选在混合多个所述包覆二氧化硅溶胶-凝胶的软磁性粉末粒子时，添加有机硅树脂粉末。
(10)根据先前的任一项所述的本申请发明的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的制造方法，能够得到Fe在Fe、Si及O的总量中所占的比例为0.1～6.0原子％的晶界层。
(11)根据先前的任一项所述的本申请发明的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的制造方法，能够得到如下晶界层：在加速电压为1kV的观察条件下的SEM反射电子图像中能够确认的斑点状或不规则形状的富含SiO2的微粒以0.2～50面积％含有。
根据本申请发明，作为Fe系的多个软磁性粉末粒子通过由二氧化硅系绝缘被膜构成的晶界层来接合的组织，由Fe和Si各自的氧化物或Fe与Si的复合氧化物构成晶界层，在晶界层含有从软磁性粉末粒子扩散的Fe，因此能够提供晶界层与软磁性粉末粒子牢固地接合、且耐热性也优异的压粉磁芯。
另外，覆盖软磁性粉末粒子的晶界层为Fe和Si各自的氧化物或Fe与Si的复合氧化物，绝缘性经高温的热处理后也优异，因此能够提供电阻率较高的压粉磁芯。
附图说明
图1是表示本申请发明所涉及的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的组织结构的放大示意图。
图2是表示将本申请发明所涉及的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯应用于电抗器铁芯的一例的立体图。
图3是表示用于制造本申请发明所涉及的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的工序的一例的说明图。
图4是表示混合有机硅树脂和TEOS的工序的一例的说明图，(A)是表示将有机硅树脂添加到溶剂中的状态的图，(B)是表示将TEOS添加到溶剂中的状态的图，(C)是表示添加水和催化剂的状态的图，(D)是表示溶胶-凝胶涂布液(用于形成二氧化硅系绝缘被膜的涂布液)的图。
图5是通过场发射扫描电子显微镜在低加速电压下拍摄在实施例中得到的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的一部分剖面组织的二次电子图像的照片。
图6是通过场发射扫描电子显微镜在低加速电压下拍摄相同剖面组织的反射电子图像的照片。
图7是表示根据相同剖面组织的SEM-EDS面分析的碳(C)浓度测定结果的分析照片。
图8是表示根据相同剖面组织的SEM-EDS面分析的氧(O)浓度测定结果的分析照片。
图9是表示根据相同剖面组织的SEM-EDS面分析的硅(Si)浓度测定结果的分析照片。
图10是表示根据相同剖面组织的SEM-EDS面分析的铁(Fe)浓度测定结果的分析照片。
图11是表示根据相同剖面组织的SEM-EDS面分析的磷(P)浓度测定结果的分析照片。
图12是表示为了分析在实施例中得到的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯而制作的试样的一部分的剖面照片。
图13是表示为了分析在实施例中得到的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯而制作的试样的其他部分的剖面照片。
图14是表示通过能量分散光谱法对于图12所示的试样中由符号1表示的区域进行分析(EDS分析)的分区的组织照片。
图15是表示对于图12所示的试样中由符号2表示的区域进行EDS分析的分区的组织照片。
图16是表示对于图12所示的试样中由符号3表示的区域进行EDS分析的分区的组织照片。
图17是表示对于图12所示的试样中由符号4表示的区域进行EDS分析的分区的组织照片。
图18是表示对于图12所示的试样中由符号5表示的区域进行EDS分析的分区的组织照片。
图19是表示对于图13所示的试样中由符号6表示的区域进行EDS分析的分区的组织照片。
图20是表示对于图13所示的试样中由符号7表示的区域进行EDS分析的分区的组织照片。
图21是表示对于图13所示的试样中由符号8表示的区域进行EDS分析的分区的组织照片。
图22是表示对于图13所示的试样中由符号9表示的区域进行EDS分析的分区的组织照片。
图23是表示对于图13所示的试样中由符号10表示的区域进行EDS分析的分区的组织照片。
图24是表示在实施例中得到的二氧化硅系绝缘包覆软磁性粉末的表面状态的一例的放大照片。
图25是表示在减压惰性气体气氛中在650℃对在实施例中得到的二氧化硅系绝缘包覆软磁性粉末加热30分钟之后的表面状态的放大照片。
图26是表示以往的绝缘包覆软磁性粉末的表面状态的一例的放大照片。
图27是表示在减压惰性气体气氛中在650℃对以往的绝缘包覆软磁性粉末加热30分钟之后的表面状态的放大照片。
图28是通过场发射扫描电子显微镜在低加速电压下以50000倍拍摄在实施例1中得到的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的晶界层的一部分的反射电子图像。
图29是通过场发射扫描电子显微镜在低加速电压下拍摄在实施例3中得到的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的晶界层的一部分的在50000倍的情况下的反射电子图像。
图30是通过场发射扫描电子显微镜在低加速电压下以50000倍拍摄在实施例5中得到的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的晶界层的一部分的反射电子图像。
具体实施方式
下面，对本申请发明进行详细说明，但本申请发明并不限于以下说明的实施方式。
图1是表示本申请发明所涉及的第一实施方式的压粉磁芯的组织结构的一例的示意图，该实施方式的压粉磁芯A构成为，对于多个软磁性粉末粒子11在它们之间介入晶界层12而接合。并且，在各软磁性粉末粒子11的外周形成有基底被膜13。
在图1中仅表示出两个软磁性粉末粒子11的一部分和在它们之间存在的晶界层12的一部分，但压粉磁芯A是将多个软磁性粉末粒子11分别通过晶界层12来接合而一体化，并成型为目标形状。
作为压粉磁芯A向电磁部件的应用例，可以举例出如图2所示的直视观察为跑道形状、且环状的电抗器铁芯14a。在电抗器铁芯14a的直线部分形成由绕线构成的线圈部14b、14b，从而构成电抗器14。
关于如图2中所示的电抗器铁芯14a，通过将后述的多个二氧化硅系绝缘包覆软磁性粉末与粘合材料混合并装入金属模具，使用金属模具来压缩成型为目标形状，并在成型后进行烧结而得到。
软磁性粉末粒子11作为一例由纯铁粉末粒子构成，优选以平均粒径(D50)在5～500μm的范围内的纯铁粉末粒子11为主体。其理由为，如果平均粒径比5μm过小，则纯铁粉末粒子的压缩性降低，纯铁粉末粒子的体积比例变低，因此具有磁通密度的值降低的趋势，另一方面，如果平均粒径比500μm过大，则纯铁粉末粒子内部的涡流增大，且在高频下的磁导率降低，等。
此外，纯铁系的软磁性粉末粒子的平均粒径是利用基于激光衍射法的测定而得到的粒径。
基底被膜13由磷酸盐被膜构成，例如，由磷酸铁被膜、磷酸锌被膜、磷酸锰被膜、磷酸钙被膜等构成。
此外，构成软磁性粉末粒子11的粒子并不限于纯铁粉末粒子，当然通常可以广泛应用Fe-Si系铁基软磁性合金粉末粒子、Fe-Si-Al系铁基软磁性合金粉末粒子、Fe-Ni系合金粉末粒子、Fe-Co系铁基软磁性合金粉末粒子、Fe-Co-V系铁基软磁性合金粉末粒子、Fe-P系铁基软磁性合金粉末粒子、Fe-Cr系Fe基合金粉末粒子等的软磁性合金粉末粒子。
晶界层12由通过以下说明的方法来制造的二氧化硅系绝缘包覆的烧结物构成。关于压粉磁芯A，将在溶剂中溶解或分散有有机硅树脂和TEOS(四乙氧基硅烷：Si(OC2H5)4：Si醇盐)的后述的涂布液涂布于附带磷酸盐被膜的软磁性粉末，干燥该粉末后，与润滑剂一同成型用的金属模具中装入所需量，成型为目标形状后，进行热处理而得到。
下面，对制造压粉磁芯A的工序进行详细说明。
在制造压粉磁芯A时，首先，制作涂布于软磁性粉末的外周的涂布液。在制作涂布液时，如图3、图4的(A)所示，一边在25～50℃左右的温度加热IPA(2-丙醇)等的溶剂15，一边搅拌该溶液的同时将有机硅树脂16溶解于该溶剂15中2～12小时左右(溶解工序)。
在该溶解工序中使用的溶剂15除了IPA之外，也可以是乙醇、1-丁醇等。
如果加热温度低于25℃，则有机硅树脂16的溶解可能不充分，如果加热温度超过50℃，则容易进行溶剂的蒸发，有机硅树脂16不会充分分散于溶剂中的状态将成为问题。
溶解搅拌时间优选设为2小时以上，但若溶解搅拌时间为短时间则溶解容易变得不充分，即使设定为超过24小时的溶解搅拌时间也浪费时间。因此，溶解时间优选为2～12小时左右。
有机硅树脂16对于溶剂15的溶解量，优选有机硅树脂相对于溶剂1L为20g～350g左右。
将有机硅树脂16充分溶解于溶剂15中之后，如图3、图4的(B)所示，在溶剂15中添加TEOS(四乙氧基硅烷：Si(OC2H5)4)17，混合并充分搅拌(TEOS添加工序)。
优选的是，该TEOS17的混合量对于溶剂以摩尔比计为[溶剂]/[TEOS]＝4～15左右，优选为7～13的范围。在溶剂15中混合TEOS17时的温度可以是室温，但也可以在与前述的溶解有机硅树脂的情况相同程度的温度范围内进行加热。
添加TEOS17后，如图3、图4的(C)所示，在溶剂中添加作为酸催化剂的盐酸18和水19之后，在25～50℃，例如在35℃搅拌4小时以上，例如4～24小时左右(催化剂添加工序)。通过添加盐酸18来优先进行水解反应，从而进行缩聚反应。在此使用的酸催化剂，除了盐酸之外，可以使用硝酸、乙酸、甲酸、磷酸等。
如图3、图4的(D)所示，通过以上的工序能够得到溶胶-凝胶涂布液20。该溶胶-凝胶涂布液20呈现出如下的状态：在将TEOS添加到溶剂而得到的液体中分散有无法肉眼观察的程度的微细的有机硅树脂的微粒。
如果制作涂布液20，如图3所示，与附带磷酸盐被膜的软磁性粉末21一同装入亨舍尔混合机等的流动式混合器中，在软磁性粉末的外周涂布预定厚度的涂布液20(涂布工序22)。
此外，在该涂布工序22中使用的软磁性粉末21也可以是未设有磷酸盐被膜13的软磁性粉末21，即使省略磷酸盐被膜13也没关系。
混合时的加热温度设定为85℃～105℃，例如95℃，在减压下混合结束后，在175～250℃左右的温度下，例如在200℃加热数十分钟左右而使软磁性粉末外周的涂布液干燥，能够得到由涂布液的干燥被膜覆盖软磁性粉末的外周的结构的成型用涂布粉末(干燥工序23)。
在前述干燥时，如果以低于175℃的温度进行干燥，则干燥时间较长，因此生产效率差，如果以超过250℃的温度进行干燥，则产生龟裂容易进入被膜这样的问题。
接下来，对于所述涂布粉末以(0质量％～0.9质量％)的比例，例如0.03质量％、0.09质量％或0.18质量％的比例混合有机硅树脂粉末，得到成型用原料混合粉末，在该成型用原料混合粉末中以(0质量％～0.8质量％)，例如0.4质量％或0.6质量％的比例混合蜡系润滑剂(混合工序24)。
将得到的原料混合粉末装入冲压成型机的金属模具中，压缩成型为目标形状，例如圆环状、棒状、圆盘状等的形状(成型工序25)。
成型时的加压力例如为700～1570MPa左右的压力，例如790MPa在80℃的温成型，由此能够压缩成型。
对于所得到的成型体，通过热处理工序26，能够得到具有将由多个软磁性粉末构成的软磁性粉末粒子11通过晶界层12接合的组织的目标压粉磁芯A，所述热处理工序26为在真空气氛或氮气气氛等的非氧化性气氛中，在500℃～900℃的温度范围，例如在650℃加热数十分钟～数小时左右，例如30分钟左右而进行烧结。
通过以上说明的制造方法来得到的压粉磁芯A呈现出如下的组织：在前述的溶剂中充分溶解有机硅树脂并使TEOS充分分散的涂布液的干燥物被压实，通过烧结该层而生成的晶界层12来接合多个软磁性粉末粒子11。
对在溶剂中充分溶解有机硅树脂并使TEOS充分分散的溶胶-凝胶涂布液(二氧化硅系绝缘被膜形成用涂布液)的干燥物进行烧结而成的晶界层12，能够假想为在层内源自溶胶-凝胶涂布液的Si-O骨架与源自有机硅树脂的树脂骨架的复合化而成的复合氧化物层。
只要是前述的溶胶-凝胶涂布液(二氧化硅系绝缘被膜形成用涂布液)20，将有机硅树脂与TEOS相对于溶剂充分地搅拌混合，添加酸催化剂和水来促进水解反应和缩聚反应。然后，只要是由有机硅树脂与TEOS构成的溶胶-凝胶涂布液(二氧化硅系绝缘被膜形成用涂布液)，在分子间必然存在作为树脂的有机硅树脂，其在烧结时部分地烧掉，由此在晶界层内产生出原子级的空孔。在此，烧结时Fe从Fe系的软磁性粉末粒子扩散而被捕捉到原子级的空孔，其结果，生成在Si的复合氧化物中扩散有Fe的结构的晶界层12，由于该晶界层12，能够得到牢固地接合软磁性粉末粒子11的强度较高的压粉磁芯A。此外，从后述的实施例试样的解析中能够确认Fe扩散到晶界层12的内部。
另外，只要是由该晶界层12包围其周围的软磁性粉末粒子11，在减压惰性气体气氛中即使升温至500℃～650℃的高温，也难以在软磁性粉末粒子11的周面生成氧化铁的微晶，由此即使是在高温下烧结的压粉磁芯A，也能够提供可抑制电阻率的降低的压粉磁芯A。即，由于在所得到的软磁性粉末粒子11的周面较少析出氧化铁的微晶，因此即使在高温也能够维持较高的电阻率。在减压惰性气体气氛中的升温时较少析出氧化铁的微晶意味着，存在于烧结前的被膜中的缺陷的数量较少。
晶界层12由在Fe和Si的各自的氧化物或Fe与Si的复合氧化物中包含C的基层12a及分散于晶界层12中的富含SiO2的斑点状或不规则形状的微粒12b构成。从表示后述的实施例的试验结果的图7的C的分布情况，该富含SiO2的微粒12b成为C低浓度范围。
如后述的实施例中所详述那样，富含SiO2的微粒12b是对晶界层在加速电压为1kV、50000倍的观察条件下的SEM反射电子图像中能够确认的斑点状或不规则形状的富含SiO2的微粒。
另外，在本实施方式中，相对于观察时的视场中的晶界层12的总面积，优选富含SiO2的微粒12b以0.2～50面积％的范围含有。
如果存在于晶界层12中的富含SiO2的微粒12b超过50面积％(平均值)，则二氧化硅系绝缘包覆软磁性粉末粒子的成型性有可能会降低。由此，作为压粉磁芯的材料强度降低，有可能会在实用性上无法承受。例如，由于作为压粉磁芯A有可能会强度不足，因此在晶界层中包含超过50面积％(平均值)的富含SiO2的微粒12b从强度方面来看并不优选。
如果存在于晶界层12中的富含SiO2的微粒12b的比例低于0.2面积％(平均值)，则在热处理工序时成型体收缩的时候，即使存在于二氧化硅系绝缘包覆软磁性粉末粒子表面的绝缘包覆缺陷(Fe露出部)只有少许，也有可能会无法防止软磁性粉末粒子表面上的Fe露出部彼此接触而导电。即，有可能会引起二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯A的电阻率降低，因此富含SiO2的微粒12b的比例低于0.2面积％(平均值)是并不优选。
在上述结构的压粉磁芯A中，在二氧化硅系绝缘包覆铁粉末表面上的二氧化硅系绝缘被膜中存在多个富含SiO2的微粒12b，由此即使在氮气气氛中的热处理时压坯收缩的情况下，热处理前的二氧化硅系绝缘包覆铁压坯(对二氧化硅系绝缘包覆铁粉末进行压缩成型而成的压坯)组织中的铁粉彼此也会通过晶界层12来保持适当的距离。
据此能够推测，即使Fe露出部在二氧化硅系绝缘包覆铁粉表面上仅有一小部分，也会得到防止因Fe露出部中的铁粉彼此的接触而引起的导通的效果。即，能够以较高水平维持通过晶界层12来接合多个的软磁性粉末粒子11的各自的绝缘性。
由此认为，本实施方式的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯A的高电阻率较高。
如上说明所述制备的压粉磁芯A具有高强度、电阻率高这样的特征。而且，压粉磁芯A具有即使在500～650℃进行加热，电阻率也难以降低的特征，并且耐热性优异。
另外，应用了压粉磁芯A的图2所示的电抗器14，电抗器铁芯14a的电阻率较大，作为电抗器14能够得到高性能。
此外，所述电抗器14为在电磁电路部件中应用本申请发明所涉及的压粉磁芯A的一例，当然可以将本申请发明所涉及的压粉磁芯A应用于其他各种电磁电路部件中。例如，能够应用于电机铁芯、致动器铁芯、变压器铁芯、扼流圈铁芯、磁传感器铁芯、噪声滤波器用铁芯、开关电源用铁芯、DC/DC转换器用铁芯等各种电磁电路部件。
实施例
准备对平均粒径50μm(D50)的纯铁粉末实施磷酸铁包覆的磷酸铁包覆铁粉或纯铁粉。
按照如下工序制作第1实施例制作用的成型用原料混合粉末，该成型用原料混合粉末中相对于所述磷酸铁包覆纯铁粉末(软磁性粉末)300g，源自TEOS的SiO2被膜厚度为16.9nm，相对于软磁性粉末，涂布液中的有机硅树脂含有0.2质量％。
按照如下工序制作第2实施例制作用或第3实施例制作用的成型用原料混合粉末，该成型用原料混合粉末中相对于所述磷酸铁包覆纯铁粉末(软磁性粉末)300g，源自TEOS的SiO2被膜厚度为33.8nm，相对于软磁性粉末，涂布液中的有机硅树脂含有0.41质量％。
按照如下工序制作第4实施例制作用的成型用原料混合粉末，该成型用原料混合粉末中相对于所述磷酸铁包覆纯铁粉末(软磁性粉末)300g，源自TEOS的SiO2被膜厚度为67.5nm，相对于软磁性粉末，涂布液中的有机硅树脂含有0.54质量％。
按照如下工序制作第5实施例制作用的成型用原料混合粉末，该成型用原料混合粉末中相对于所述纯铁粉末(软磁性粉末)300g，源自TEOS的SiO2被膜厚度为33.8nm，相对于软磁性粉末，涂布液中的有机硅树脂含有0.41质量％。该粉末相当于使用省略了磷酸盐被膜的软磁性粉末的例子。
下面，对各成型用原料混合粉末的制作顺序进行说明。
将甲基系有机硅树脂混合于液温45℃的2-丙醇(IPA)，并搅拌2小时而溶解，将四乙氧基硅烷(TEOS)该溶液中在室温下搅拌4小时而进行混合。
然后，添加12NHCl并搅拌24小时(液温35℃)，得到二氧化硅溶胶-凝胶涂布液。
关于第1实施例制作用的二氧化硅溶胶-凝胶涂布液，以有机硅树脂：0.61g、IPA：6.70g、TEOS：1.86g、水：0.32g、12NHCl：0.008g、合计9.496g的比例混合各成分。
关于第2实施例制作用或第3实施例制作用的二氧化硅溶胶-凝胶涂布液，以有机硅树脂：1.22g、IPA：13.39g、TEOS：3.73g、水：0.65g、12NHCl：0.017g、合计18.992g的比例混合各成分。
关于第4实施例制作用的二氧化硅溶胶-凝胶涂布液，以有机硅树脂：1.62g、IPA：8.597g、TEOS：7.45g、水：1.288g、12NHCl：0.066g、合计19.021g的比例混合各成分。
关于第5实施例制作用的二氧化硅溶胶-凝胶涂布液，以有机硅树脂：1.22g、IPA：13.39g、TEOS：3.73g、水：0.65g、12NHCl：0.017g、合计18.992g的比例混合各成分。
这些二氧化硅溶胶-凝胶涂布液中的有机硅树脂相对于铁粉设定为0.20重量％(第1实施例制作用)、0.41重量％(第2、第3实施例制作用)、0.54重量％(第4实施例制作用)、0.41质量％(第5实施例制作用)。有机硅树脂使用粒径1mm以下的等级产品。
在第1～第5实施例制作用的二氧化硅溶胶-凝胶涂布液中，[IPA]/[TEOS]的比例以摩尔比计依次设定为12(第1实施例制作用)、12(第2、第3实施例制作用)、4(第4实施例制作用)、12(第5实施例制作用)。
TEOS的添加量作为源自TEOS的SiO2被膜厚度进行计算，以比表面积为4.0×10- 2m2/g的软磁性粉末作为基准进行换算。
源自TEOS溶胶-凝胶涂布液的SiO2被膜厚度使用比表面积(基于BET三点法的测定值)、SiO2密度(水晶的物性值2.65g/cm3)，通过下式计算。
SiO2被膜厚度(nm)＝TEOS的物质量(mol)×SiO2原子量(g/mol)/SiO2密度(g/cm3)/软磁性粉末的比表面积(m2/g)/软磁性粉末重量(g)(*)
(计算例)
在TEOS重量为7.45g、铁粉比表面积为4.0×10-2m2/g、铁粉重量为300g时，上述计算式(*)中代入TEOS原子量208.1g/mol、SiO2原子量60.1g/mol，SiO2被膜的厚度＝7.45(g)/208.1(g/mol)×60.1(g/mol)/2.65(g/cm3)/4.0×10-2(m2/g)/300(g)＝6.76×10-8(m)＝67.6(nm)
水的添加量设为[H2O]/[TEOS]＝2。
Figure GDA0002316461160000131
(H2O质量)＝(TEOS质量/(208.33g/mol(TEOS原子量)))×2×18.016g/mol(H2O的分子量)
稀盐酸的添加量设为[12NHCl]/[TEOS]＝0.025。
Figure GDA0002316461160000132
[100％HCl]/[TEOS]＝0.009
Figure GDA0002316461160000133
(12NHCl质量)＝(TEOS质量/(208.33g/mol(TEOS分子量)))×0.025×36.458g/mol(HCl的分子量)
或者，可以以(12NHCl质量)＝(TEOS质量/(208.33g/mol(TEOS分子量)))×0.009×36.458g/mol(HCl的分子量)×100/36计算。
此外，关于表示12NHCl质量的第二个式子，将盐酸试剂12NHCl的HCl浓度设为36％进行计算。
使用亨舍尔混合机将所述二氧化硅溶胶-凝胶涂布液涂布于所述磷酸铁包覆铁粉或纯铁粉。
对在加热至95℃的亨舍尔混合机的容器内搅拌的磷酸铁包覆铁粉(300g)供给在前述的工序中所得的涂布液9.496g的1/3(3.165g)，并进行减压干燥，磷酸铁包覆铁粉温度恢复到涂布开始温度的例如94℃，然后进一步进行持续3分钟的搅拌和加热，重复上述一系列操作。以上述的比例使用铁粉和涂布液，由此得到源自TEOS的SiO2被膜厚度为16.9nm的涂布铁粉(实施例1制作用)。
在亨舍尔混合机内的对铁粉的溶胶-凝胶涂布中，如果将覆盖铁粉表面的溶胶-凝胶涂布液(二氧化硅系绝缘被膜形成用涂布液)的涂布在大气中在95℃持续加热3分钟，则每次重复供给涂布液时，溶胶-凝胶涂布液膜重叠涂布在铁粉上并固着而不溶解。如果是在95℃低于3分钟的加热时间，则溶胶-凝胶涂布液膜容易剥离而不能固着在铁粉表面上，因此优选处理3分钟以上。
接下来，对在加热至95℃的亨舍尔混合机的容器内搅拌的磷酸铁包覆铁粉(300g)供给在前述的工序中所得的涂布液18.992g的1/6(3.165g)，通过与上述相同的处理，以上述的比例使用铁粉和涂布液，由此得到源自TEOS的SiO2被膜厚度为33.8nm的涂布铁粉(实施例2、3制作用)。
另外，按以下的顺序得到实施例4、5的涂布铁粉。
对在加热至95℃的亨舍尔混合机的容器内搅拌的磷酸铁包覆铁粉(300g)供给在前述的工序中所得的涂布液19.021g的1/6(3.17g)，通过与上述相同的处理，以上述的比例使用铁粉和涂布液，由此得到源自TEOS的SiO2被膜厚度为67.5nm的涂布铁粉(实施例4制作用)。
对在加热至95℃的亨舍尔混合机的容器内搅拌的纯铁粉(300g)供给在前述的工序中所得的涂布液18.992g的1/6(3.165g)，通过与上述相同的处理，以上述的比例使用铁粉和涂布液，由此得到源自TEOS的SiO2被膜厚度为33.8nm的涂布铁粉(实施例5制作用)。
此后，将涂布了溶胶-凝胶涂布液膜的磷酸铁包覆铁粉或纯铁粉在大气中在200℃加热0.5小时并干燥，由此得到二氧化硅溶胶-凝胶包覆铁粉。
对于实施例1制作用的二氧化硅溶胶-凝胶包覆铁粉添加0.09质量％的有机硅树脂粉末，并相对于铁粉添加0.6质量％的蜡系润滑剂，得到实施例1的原料混合粉末。
对于实施例2制作用的二氧化硅溶胶-凝胶包覆铁粉添加0.03质量％的有机硅树脂粉末，并相对于铁粉添加0.6质量％的蜡系润滑剂，得到实施例2的原料混合粉末。
对于实施例3制作用的二氧化硅溶胶-凝胶包覆铁粉添加0.18质量％的有机硅树脂粉末，并相对于软磁性粉末添加0.6质量％的蜡系润滑剂，得到实施例3的原料混合粉末。
对于实施例4制作用的二氧化硅溶胶-凝胶包覆铁粉添加0.03质量％的有机硅树脂粉末，并相对于软磁性粉末添加0.4质量％的蜡系润滑剂，得到实施例4的原料混合粉末。
对于实施例5制作用的二氧化硅溶胶-凝胶包覆铁粉添加0.18质量％的有机硅树脂粉末，并相对于软磁性粉末添加0.6质量％的蜡系润滑剂，得到实施例5的原料混合粉末。
分别使用这些实施例1～5的原料混合粉末，在成型压力790MPa(8t/cm2)，通过80℃的温成型而得到环状的成型体。
将所述环状的成型体在氮气气氛中在650℃加热30分钟而烧结，得到压粉磁芯。环状压粉磁芯的尺寸为OD35×ID25×H5mm。
此外，在纯铁粉末的表面包覆的涂布液膜通过650℃的烧结而一部分的成分消失，但液膜中的Si作为主体残留，并成为Si和Fe的各自的氧化物或包含Si、Fe和氧的复合氧化物而在相邻的纯铁粉末粒子间的晶界作为晶界层残留。
另外，作为比较例1，制作具备有机硅树脂被膜的试样。对所述磷酸铁包覆纯铁粉末(软磁性粉末)300g添加0.72质量％的有机硅树脂并进行涂布，得到涂布铁粉后，在大气中实施干燥处理，然后进行润滑剂添加、成型、热处理，得到比较例1的环状成型体试样。成型条件和热处理条件设为与实施例1～5相同的条件。
作为比较例2，以与实施例4相同的涂布液组成，将有机硅树脂与溶剂的混合搅拌时间缩短至30分钟，将添加盐酸和水之后的加热温度设为30℃，搅拌时间设为2小时，除这几点不同之外，其他条件设为相同，在这种情况下制作了试样。
使用如上得到的各环状试样测定了磁通密度(磁场10kA/m)、电阻率(μΩm)、磁通密度为0.1T和频率10kHz下的铁损(W/kg)和抗弯强度(MPa)。并且，还测定存在于晶界层的Fe的平均值(原子％)。
使用环状试样，利用B-H示踪剂(由YOKOGAWA Co.,Ltd.制造的直流磁化测定装置B集成单元TYPE3257)进行上述10kA/m的磁通密度的测定。并且，使用环状试样，通过B-H分析仪(IWATSU Co.,Ltd.制造的交流磁特性测定装置SY-8218)进行所述0.1T、频率10kHz下的铁损的测定。
将上述结果示于以下的表1。
[表1]
Figure GDA0002316461160000151
从表1所示的结果可知，将在溶剂中添加了有机硅树脂和TEOS的溶胶-凝胶涂布液涂布于软磁性粉末，将其干燥后，进行压缩成型并烧结而得到的实施例1～5的压粉磁芯的电阻率较高，磁通密度、铁损均优异，软磁特性优异。而且，还可知实施例1～5的压粉磁芯具有充分的抗弯强度。
实施例1～5的压粉磁芯均是在650℃进行烧结而得到，因此可知耐热性优异，即使加热至500～650℃左右，电阻率也并不会降低，具有优异的软磁特性。
另外，对于各压粉磁芯试样剖面的晶界层实施10个位置的元素分析。存在于晶界层的Fe的值为在10个位置的分析值的平均值。
此外，在后说明的实施例3的TEM分析结果被示出为具体的例子，在其他实施例、比较例表示的存在于晶界层的Fe的值是指，进行10个位置的元素分析而得到的平均值。因此，在实施例3中，存在于晶界层的Fe的(平均)值为0.60原子％。
实施例1～5中晶界层的Fe含量为0.4～5.7原子％的范围。如果特别着眼于对于相同程度的10kA/m的磁通密度、相同的涂布液组成的实施例3、5，则确认到随着Fe含量的值变大，具有压粉磁芯的抗弯强度提高的趋势。
图5是表示通过场发射扫描电子显微镜在低加速电压下观察了上述实施例3的压粉磁芯的包含晶界层的软磁性粒子的部分剖面组织的结果(SEM二次电子图像)的照片。并且，图6是表示对相同试样的相同视场的SEM反射电子图像的照片。
SEM为使用Carl Zeiss制Ultra55、EDS软件：NoranSystem Seven，在观察条件：加速电压1kV、EDS面分析条件：加速电压为4kV、电流量1nA、WD3mm下进行分析。
从图5、图6可知，在软磁性粉末粒子的周面形成有较薄的磷酸铁包覆，在相邻的软磁性粉末粒子间形成有晶界层。可知，作为一例举出的图5、图6的视场中的该实施例的晶界层为1～2μm左右的厚度。并且，可知，在晶界层的各处分散有最大直径0.5μm左右的略椭圆形的浓淡图案。此外，图5、图6所示的浓淡图案的略椭圆形区域从在后记载的分析结果可知，是C浓度较小的区域，是富含SiO2的微粒。
图7～图11是表示对图5、图6所示的实施例试样的SEM观察领域进行EDS面分析的结果的图。图7表示C的存在比例，图8表示O的存在比例，图9表示Si的存在比例，图10表示Fe的存在比例，图11表示P的存在比例。
从图7可知，晶界层中的略椭圆形区域内的C浓度比其他部分低。由此可知，相比于其他部分，图5、图6所示的晶界层中的略椭圆形区域是C浓度较低的区域。
从图8中，在氧分布中没有发现特征，从图9中，在Si分布中没有特别发现特征。从图10可知，在晶界层的两侧的软磁性粉末粒子区域存在大量的铁，在磷酸铁包覆部分也包含Fe。并且，从图11可知，P较多分布于磷酸铁包覆之中。
图12表示对于从上述实施例3的试样通过FIB(聚焦离子束装置)加工而切割出的磁性粉末粒子与其周围的晶界层部分利用STEM(扫描透射电子显微镜)的视场观察结果。记载为最外表面的箭头部分的上方形成有观察试样制作用的碳蒸镀层。标明为铁粉的圆黑色区域为软磁性粉末粒子，包围该软磁性粉末粒子的外周的灰色部分相当于晶界层。在图12所示的晶界层，对于由符号1、2、3、4、5标明的矩形区域的各部分进行EDS分析。
另外，同样从实施例3的试样的其他部分切割出试样，通过STEM进行明视场观察的结果示于图13中。在图13所示的晶界层，对于由符号6、7、8、9、10标明的矩形区域部分进行EDS分析。
STEM是使用FEI制Titan G2 ChemiSTEM、EDS软件：Quantax Esprit，在观察条件：加速电压200kV进行分析。并且，FIB是使用Seiko Instruments Inc.制造的SMI3050TB，在加工条件：镓离子30kV下进行分析用试样的制作。
图14表示对图12所示的试样中由符号1表示的区域进行分析的结果。在图14的下侧划分矩形形状的区域，在该分区中进行元素分析的结果以原子％计为O：57.17％、Si：41.86％、Fe：0.97％，能够确认铁的存在。
图15表示对图12所示的试样中由符号2表示的区域进行分析的结果。划分除了图15的上端部之外的大部分的矩形形状的区域，在该分区中进行元素分析的结果以原子％计为O：65.36％、Si：33.94％、P：0.20％、S：0.05％、Fe：0.44％，能够确认铁的存在。
图16表示对图12所示的试样中由符号3表示的区域进行分析的结果。划分除了图16的上端部之外的大部分的矩形形状的区域，在该分区中进行元素分析的结果以原子％计为O：64.13％、Si：35.39％、P：0.11％、S：0.05％、Fe：0.32％，能够确认铁的存在。
图17表示对图12所示的试样中由符号4表示的区域进行分析的结果。划分表示图17的大部分的矩形形状区域，在该分区中进行元素分析的结果以原子％计为O：64.17％、Si：35.39％、Fe：0.40％、Zr：0.03％，能够确认铁的存在。
图18表示对图12所示的试样中由符号5表示的区域进行分析的结果。划分表示除了图18的上部之外的2/3左右的部分的矩形形状区域，在该分区中进行元素分析的结果以原子％计为O：61.29％、Si：38.35％、Fe：0.31％、Zr：0.06％，能够确认铁的存在。
图19表示对图13所示的试样中由符号6表示的区域进行分析的结果。划分表示除了图19的上部之外的2/3左右的部分的矩形形状区域，在该分区中进行元素分析的结果以原子％计为O：67.64％、Si：31.6％、Fe：0.76％，能够确认铁的存在。
图20表示对图13所示的试样中由符号7表示的区域进行分析的结果。划分表示除了图20的上部之外的2/3左右的部分的矩形形状区域，在该分区中进行元素分析的结果以原子％计为O：68.79％、Si：29.69％、S：0.07％、Cl：0.08％、Fe：1.37％，能够确认铁的存在。
图21表示对图13所示的试样中由符号8表示的区域进行分析的结果。划分表示除了图21的上部之外的2/3左右的部分的矩形形状区域，在该分区中进行元素分析的结果以原子％计为O：68.26％、Si：31.36％、Fe：0.38％，能够确认铁的存在。
图22表示对图13所示的试样中由符号9表示的区域进行分析的结果。划分表示除了图22的上部之外的2/3左右的部分的矩形形状区域，在该分区中进行元素分析的结果以原子％计为O：70.08％、Si：29.47％、Fe：0.44％，能够确认铁的存在。
图23表示对图13所示的试样中由符号10表示的区域进行分析的结果。划分表示除了图23的上部之外的2/3左右的部分的矩形形状区域，在该分区中进行元素分析的结果以原子％计为O：70.31％、Si：29.04％、Fe：0.58％、Zr：0.05％、Sn：0.02％，能够确认铁的存在。
此外，在图16～图23所示的元素分析结果中，除了O、Si、P和Fe之外，还检测到少于0.1％的S、Cl、Zr和Sn，但这些元素的来源未知，可推定为在制备观察试样时从外部混合的杂质。
从这些结果可知，在晶界层的任何部分中以原子％计存在57～71％左右的O、29～42％左右的Si和0.3～1.4％左右的Fe。
由此可知，在晶界层中存在有从软磁性粉末粒子扩散的Fe。
图24是将涂布了先前在实施例4中制作的溶胶-凝胶涂布液的磷酸铁包覆铁粉在大气中在200℃加热0.5小时并进行干燥而得到的溶胶-凝胶包覆铁粉的SEM放大照片，该溶胶-凝胶涂布铁粉通过如下过程得到：。将倍率设定为2000倍，并设为一个二氧化硅溶胶-凝胶包覆铁粉全部进入SEM图像的放大率。
将对于该二氧化硅溶胶-凝胶包覆铁粉实施了在减压惰性气体气氛中在650℃加热30分钟的热处理之后的SEM图像示于图25中。对于观察，使用ESEM(环境控制型电子显微镜：FEI制Quanta450FEG)，在加速电压15kV进行升温观测。
关于观察的结果，如图25所示，外周面的状态几乎不变，如果详细地观察，则在热处理后的铁粉外面的底部侧生成有若干微细的凹凸部分。
图26是代替在实施例4中使用的溶胶-凝胶涂布液，在溶剂中仅添加有机硅树脂，省略添加TEOS、水、盐酸，除此之外经相同的工序而得到的以往的有机硅树脂包覆铁粉。对于该涂布铁粉，使用前述的ESEM，将在减压惰性气体气氛中升温并在650℃保持30分钟之后的ESEM图像示于图27中。外周面的状态出现能够容易判断的程度的变化，在升温后的铁粉外面有多个新生成的微细的凹凸部分。
这些微细凹凸是氧化铁的微晶成长所致。这样在纯铁的软磁性粉末的外周面生成多个氧化铁的微晶，意味着覆盖着纯铁的软磁性粉末的有机硅树脂被膜中存在多个缺陷，认为氧化铁的微晶的数量相当于升温前的被膜中存在的缺陷的数量。存在于升温前的被膜中的缺陷的数量是通过一般的分析方法无法解析的，因此通过掌握在减压惰性气体气氛中的升温过程中生成的氧化铁的微晶的数量，能够推定存在于升温前的被膜中的缺陷的数量。因此，在氧化铁的微晶析出较多的被膜中，存在于升温前的被膜中的缺陷较多，因此能够推定，在由具有该被膜的软磁性粉末的粒子构成的压粉磁芯中，电阻率大幅度降低。
因此，在图25所示的升温后的二氧化硅溶胶-凝胶包覆铁粉中几乎没有发现氧化铁的微晶的析出，由此将该升温前的二氧化硅溶胶-凝胶包覆铁粉进行压实并与晶界层共同烧结而得到的压粉磁芯即使被加热至650℃左右，引起电阻率下降的可能性也较低，因此可知本申请发明的压粉磁芯具有优异的耐热性。
图28表示实施例1的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的一部分剖面组织的放大照片，表示通过场发射扫描电子显微镜在低加速电压(1kV)下以50000倍拍摄晶界层的一部分的反射电子图像。如前所述的该试样使用源自TEOS的SiO2被膜厚度为16.9nm、相对于软磁性粉末，涂布液中的有机硅树脂含有0.2质量％的成型用原料混合粉末，后添加0.09％的有机硅树脂粉末的试样。能够确认在晶界层的很小一部分存在小斑点状的富含SiO2的微粒。
图29表示实施例3的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的一部分剖面组织的放大照片，表示通过场发射扫描电子显微镜在低加速电压(1kV)下以50000倍拍摄晶界层的一部分的反射电子图像。如前所述的该试样使用作为源自TEOS的SiO2被膜厚度为33.8nm、相对于软磁性粉末作为涂布液中的有机硅树脂含有0.18质量％的成型用原料混合粉末，后添加0.18％的有机硅树脂粉末的试样。能够确认在晶界层的多个部分存在椭圆斑点状的大小各异的富含SiO2的微粒。
图30表示实施例5的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的一部分剖面组织的放大照片，表示通过场发射扫描电子显微镜在低加速电压(1kV)下以50000倍拍摄晶界层的一部分的反射电子图像。如前所述的该试样使用源自TEOS的SiO2被膜厚度为33.8nm、相对于软磁性粉末涂布液中的有机硅树脂含有0.41质量％的成型用原料混合粉末，后添加0.18％的有机硅树脂粉末的试样。能够确认以占据晶界层的大部分的方式存在不规则形状的大小各异的富含SiO2的微粒。
接下来，关于先前说明的实施例1～5的试样与比较例1、2的试样，通过以下方法求出富含SiO2的微粒在晶界层所占的比例。
对于二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的剖面组织，将通过场发射扫描电子显微镜在低加速电压(1kV)下以50000倍拍摄晶界层的一部分的反射电子图像进行二值化，从而计算出富含SiO2的微粒的面积率。
关于各实施例试样，对以50000倍拍摄的反射电子图像的10个视场实施图像解析。将富含SiO2的微粒相对于晶界层整体的面积所占的面积比例除以视场数并进行平均化，设为富含SiO2的微粒相对于晶界层整体的面积所占的面积比例的平均值。
对于由上述的图像解析结果计算出的各实施例试样与各比较例试样，富含SiO2的微粒相对于晶界层整体的面积所占的面积比例的平均值为如下。
实施例1(0.26面积％)。实施例2(32.6面积％)。
实施例3(26.4面积％)。实施例4(48.4面积％)。
实施例5(37.6面积％)。
比较例1(0.00面积％)。比较例2(4.2面积％)。
根据这些测定结果可知，如先前的表1所示，对于电阻率较高、磁通密度和铁损均优异、软磁特性优异、抗弯强度也较高的压粉磁芯，晶界层中富含SiO2的微粒所占的面积比例的平均值在0.26面积％以上且48.4面积％以下的范围。
即，在先前的实施例所涉及的压粉磁芯中可知，重要的是将富含SiO2的微粒相对于晶界层所占的面积比例的平均值设定为0.2面积％以上且50面积％以下。
接下来，对于实施例5的试样，在加速电压4.0kV、倍率15000倍的条件下，将晶界层的一部分通过SEM-EDS拍摄，选择在拍摄的图像中显示斑点状的富含SiO2的微粒的一个，进行该微粒的元素分析，并且进行从富含SiO2的微粒远离的基层部分的元素分析。
其结果，实施例5的试样的富含SiO2的微粒所含的Si为44.79质量％，与此相对，从富含SiO2的微粒远离的基层部分所含的Si为40.91质量％。
从该测定结果可知，与周围的基层部分相比，斑点状的富含SiO2的微粒含有高浓度的Si，斑点状的微粒为富含SiO2的微粒。
产业上的可利用性
能够提供二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯及其制造方法，所述二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯具有比使用以有机硅树脂覆盖的软磁性粉末的压粉磁芯更优异的耐热性，电阻率也能够得到提高。
符号说明
A 压粉磁芯
11 软磁性粉末粒子
12 晶界层
12a 基层
12b 富含SiO2的微粒
13 磷酸盐被膜(基底被膜)
14 电抗器(电磁电路部分)
14a 电抗器铁芯
14b 线圈部

Claims (7)

1.一种二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯，其特征在于，具有如下组织：在表面包覆有二氧化硅系绝缘被膜的Fe系的软磁性粉末粒子通过由多个所述二氧化硅系绝缘被膜构成的晶界层来被接合，
在所述晶界层中包含从所述Fe系的软磁性粉末粒子以原子级扩散的Fe，
所述晶界层包含Fe和Si的各自的氧化物或Fe与Si的复合氧化物，
Fe在所述晶界层中的Fe、Si及O的总量中所占的比例为0.1～6.0原子％，
在所述晶界层中，在加速电压为1kV、50000倍的观察条件下的SEM反射电子图像中能够确认的斑点状或不规则形状的分散于所述晶界层中的富含SiO2的微粒以0.2～50面积％含有。
2.根据权利要求1所述的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯，其特征在于，在所述Fe系的软磁性粉末粒子的表面形成磷酸盐包覆层，在其外侧形成二氧化硅系绝缘被膜。
3.根据权利要求1所述的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯，其特征在于，以直接覆盖所述Fe系的软磁性粉末粒子的表面的方式设置所述二氧化硅系绝缘被膜。
4.一种电磁电路部件，其特征在于，其包含权利要求1～3中任一项所述的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯。
5.一种二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的制造方法，其特征在于，将有机硅树脂和Si醇盐添加到溶剂并搅拌混合来制作二氧化硅溶胶-凝胶涂布液，将该二氧化硅溶胶-凝胶涂布液涂布于Fe系的软磁性粉末粒子，从而得到包覆二氧化硅溶胶-凝胶的软磁性粉末粒子，然后混合多个该包覆二氧化硅溶胶-凝胶的软磁性粉末粒子，并进行压缩成型而得到压坯，然后通过对该压坯进行热处理，由此制造二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯，
所述二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯具有如下组织：在表面包覆有二氧化硅系绝缘被膜的Fe系的软磁性粉末粒子通过由多个所述二氧化硅系绝缘被膜构成的晶界层来被接合，
在所述晶界层中包含从所述Fe系的软磁性粉末粒子以原子级扩散的Fe，
所述晶界层包含Fe和Si的各自的氧化物或Fe与Si的复合氧化物，
Fe在所述晶界层中的Fe、Si及O的总量中所占的比例为0.1～6.0原子％，
在所述晶界层中，在加速电压为1kV、50000倍的观察条件下的SEM反射电子图像中能够确认的斑点状或不规则形状的分散于所述晶界层中的富含SiO2的微粒以0.2～50面积％含有。
6.根据权利要求5所述的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的制造方法，其特征在于，对涂布所述二氧化硅溶胶-凝胶涂布液之前的所述软磁性粉末粒子实施磷酸盐包覆。
7.根据权利要求5或6所述的二氧化硅系绝缘包覆压粉磁芯的制造方法，其特征在于，在混合多个所述包覆二氧化硅溶胶-凝胶的软磁性粉末时，添加有机硅树脂粉末。
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