CN109712800B - 一种基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片及其制备方法，属于无线供电系统技术领域。本发明提供的基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片由若干个单层结构层叠而成，所述单层结构包括磁性层、粘结层和氧化层。其中，磁性层具有鳞片状结构，鳞片状结构可以增大接触电阻，减小涡流损耗；氧化层具有高电阻率，能代替常规的空气或粘结层起到绝缘的作用，本发明通过控制氧化层的厚度可以控制鳞片状结构的间隙，最终实现磁性薄片磁导率的精确可控。同时，本发明提供的磁性薄片的粘结层并不填充于鳞片状结构的间隙中，可以降低粘结厚度，使得磁性薄片厚度小。
Description
技术领域
本发明涉及无线供电系统技术领域，特别涉及一种基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片及其制备方法。
背景技术
近年来，手机无线充电被广泛关注。无线供电一般采用电磁感应方式，其系统基本构成为发射端线圈模组及电路，接收端线圈模组及电路。发射及接收端模组中一般包含有平面螺旋线圈，其功能为将电能转化为磁能。直接通过线圈传递转化能量时，由于传递介质为空气，其磁导率低，磁能传输效率低。同时，泄漏的磁通量在外界的金属介质中产生涡流，引发安全风险。为解决上述问题，一般采用软磁材料制作隔磁片，贴覆在平面线圈后，因为软磁材料有较空气更高的磁导率，可以约束和屏蔽磁场，提高磁能传输效率。
为了使手机终端具备无线充电功能，需要在其中设置接收端模组和电路，而手机因为其作为终端的特殊性，该接收端模组要满足厚度轻薄、高的饱和磁通密度和低损耗的特性。目前，可以利用的磁性薄片的磁性材料主要有软磁铁氧体和非晶和纳米晶带材。如CN201280062847.1公开的磁场屏蔽片，其使用非晶和纳米晶带材和粘结层叠层。这种叠层中的非晶和纳米晶材料被机械力或者其他途径破碎为中间有微小间隙的金属细片，这些细片和间隙的大小由机械力的大小等工艺条件决定，呈现出尺寸随机分布的状况。然而，磁性片的磁导率对细片间隙的大小十分敏感，这种方法并不能很好的控制细片的间隙，也就不能很好的控制磁性片的磁导率范围，且生产效率很低。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片及其制备方法。本发明提供的基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片厚度小，涡流损耗低，磁导率精确可控。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片，由若干个单层结构层叠而成，所述单层结构包括：
磁性层，所述磁性层为具有鳞片状结构的非晶或纳米晶带材；
粘结层，所述粘结层粘结于所述磁性层的单侧表面；
氧化层，所述氧化层位于所述磁性层的另一侧表面，并填充在鳞片状结构的间隙内。
优选的，所述粘结层的厚度为2～20μm；所述氧化层的成分为Fe2O3、Fe3O4和FeO中的一种或几种，所述氧化层的厚度为0.01～1μm。
优选的，所述单层结构层叠的层数为1层或1层以上。
本发明提供了上述基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将非晶或纳米晶带材进行热处理；
(2)将粘结层覆合在所述步骤(1)经过热处理的非晶或纳米晶带材上，得到复合带材；
(3)将所述复合带材压碎为鳞片状，然后依次进行进行喷雾氧化处理或热水喷淋处理，得到非晶或纳米晶单层结构；
(4)将所述非晶或纳米晶单层结构进行层叠，得到所述的磁性薄片。
优选的，当对非晶带材进行热处理时，所述热处理的温度为350～450℃，时间为1～4h；当对纳米晶带材进行热处理时，所述热处理的温度为500～580℃，时间为1～4h。
优选的，所述步骤(3)中压碎采用圆形压辊进行，所述圆形压辊表面由四棱锥密排构成。
优选的，所述四棱锥的高度为0.05～5mm，底部边长为0.05～5mm。
优选的，所述步骤(3)中喷雾氧化处理所用的喷雾为水或弱酸性溶液，所述弱酸性溶液的pH值为5.6～6.9，所述弱酸性溶液为CO2水溶液、盐酸溶液和草酸溶液中的一种或几种。
优选的，所述步骤(3)中喷雾氧化处理的温度为40～100℃，时间为5～60min。
优选的，所述步骤(3)中热水喷淋处理的温度为40～90℃。
本发明提供了一种基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片，由若干个单层结构层叠而成，所述单层结构包括磁性层、粘结层和氧化层。其中，磁性层具有鳞片状结构，鳞片状结构可以增大接触电阻，减小涡流损耗；氧化层具有高电阻率，能代替常规的空气或粘结层起到绝缘的作用，本发明通过控制氧化层的厚度可以控制鳞片状结构的间隙，最终实现磁性薄片磁导率的精确可控。同时，本发明提供的磁性薄片的粘结层并不填充于鳞片状结构的间隙中，可以降低粘结厚度，使得磁性薄片厚度小。实施例结果表明，本发明提供的基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片厚度可达0.02～0.2mm，表面电阻可达103Ω以上。
本发明提供了一种基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片的制备方法，此法简单易行，生产效率高，易于工业化大批量生产。
附图说明
图1为本发明基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片的剖面结构示意图；
图2为本发明单层结构的剖面结构示意图，其中1表示粘结层，2表示磁性层，3表示氧化层；
图3为本发明中所用压辊的表面纹理结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片，剖面结构图如图1所示；由若干个单层结构层叠而成，所述单层结构包括：
磁性层，所述磁性层为具有鳞片状结构的非晶或纳米晶带材；
粘结层，所述粘结层粘结于所述磁性层的单侧表面；
氧化层；所述氧化层位于所述磁性层的另一侧表面，并填充在鳞片状结构的间隙内。
在本发明中，所述单层结构的剖面结构示意图如图2所示。在本发明中，所述复合带材层叠的层数优选为1层或1层以上。
在本发明中，所述单层结构包括磁性层。在本发明中，所述磁性层为具有鳞片状结构的非晶或纳米晶带材，所述非晶或纳米晶带材优选为铁基非晶或纳米晶带材；所述非晶或纳米晶带材层具有鳞片状结构；所述磁性层的厚度优选为10～50μm，更优选为13～30μm。本发明对所述非晶或纳米晶带材的来源没有特殊的要求，使用本领域常规市售的非晶或纳米晶带材即可。在本发明中，所述鳞片状结构具有多个微小间隙的碎片，相邻的碎片部分区域接触或完全不接触，在本发明中，所述碎片的长度优选为0.01～1mm，更优选为0.1～0.5mm，所述碎片的间隙优选为0.01～10μm，更优选为0.05～1μm。在本发明中，鳞片状结构可以增大接触电阻，减小涡流损耗；本发明可以通过控制碎片的大小和间隙来实现磁性薄片磁导率的精确可控。
在本发明中，所述单层结构包括粘结层；所述粘结层粘结于所述磁性层的单侧表面。在本发明中，所述粘结层具体为胶带层；所述胶带层的基材优选为PET，粘结剂优选为聚丙烯酸类树脂；所述胶带层优选为单面胶带或双面胶带；所述粘结层的厚度优选为2～20μm，更优选为5～15μm。
在本发明中，所述单层结构包括氧化层；所述所述氧化层位于所述磁性层的另一侧表面，并填充在鳞片状结构的间隙内。在本发明中，所述氧化层的成分优选为Fe2O3、Fe3O4和FeO中的一种或几种，所述氧化层的厚度优选为0.01～1μm，更优选为0.1～0.5μm。在本发明中，所述氧化层具有高电阻率，能代替常规的空气或粘结层起到绝缘的作用；本发明可以通过控制氧化层的厚度来控制鳞片结构的间隙，从而实现磁性薄片磁导率的精确可控。
本发明提供了上述基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将非晶或纳米晶带材进行热处理；
(2)将粘结层覆合在所述步骤(1)经过热处理的非晶或纳米晶带材上，得到复合带材；
(3)将所述复合带材压碎为鳞片状，然后依次进行喷雾氧化处理或热水喷淋处理，得到非晶或纳米晶单层结构；
(4)将所述非晶或纳米晶单层结构进行层叠，得到所述的磁性薄片。
本发明首先将非晶或纳米晶带材进行热处理。在本发明中，当对非晶带材进行热处理时，所述热处理的温度优选为350～450℃，更优选为380～440℃；所述热处理时间优选为1～4h，更优选为2～3h；当对纳米晶带材进行热处理时，所述热处理的温度优选为500～580℃，更优选为520～570℃，所述热处理的时间优选为1～4h，更优选为2～3h。本发明优选在真空或保护气氛下进行热处理，所述保护气氛优选为氮气、氢气和氩气中的一种或几种或是氮气和空气的混合气体。本发明通过热处理使非晶或纳米晶带材中非晶状态的合金形成纳米尺度的晶粒，从而提高磁性薄片的磁导率，降低涡流损耗。
热处理完成后，本发明将粘结层覆合在所述步骤(1)经过热处理的非晶或纳米晶带材上，得到复合带材。本发明对所述覆合粘结层的方法没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的覆合方式即可。由于本发明利用氧化层作为绝缘层，而粘结层仅起到粘合作用，粘结层无需填充所述鳞片结构的间隙内，因此对粘结层厚度要求降低，从而使得整个磁性薄片的厚度也明显降低。
得到复合带材后，本发明将所述复合带材压碎为鳞片状，然后依次进行喷雾氧化处理或热水喷淋处理，得到非晶或纳米晶单层结构。在本发明中，所述压碎优选采用圆形压辊进行，所述圆形压辊表面由四棱锥密排构成。在本发明中，所述四棱锥的高度优选为0.05～5mm，更优选为0.1～2mm，底部边长优选为0.05～5mm，更优选为0.5～2mm；所述压碎的压力优选为3～50kg/cm2，更优选为5～25kg/cm2；所述压碎的次数优选为1～10次，更优选为4～8次；所述压辊的表面纹理结构图如图3所示。本发明通过控制四棱锥的大小、高度以及压碎的压力、次数来控制鳞片状结构中碎片的大小，进而控制磁性薄片磁导率的大小。
压碎完成后，本发明对所述鳞片状的复合带材依次进行喷雾氧化处理或热水喷淋处理，得到非晶或纳米晶单层结构。本发明通过喷雾氧化处理或热水喷淋处理可以对鳞片状非晶或纳米晶带材中的Fe单质进行氧化，在鳞片状结构的表面和间隙中形成一层含有Fe2O3、Fe3O4或FeO的氧化膜。
在本发明中，当使用喷雾氧化处理时，所述喷雾氧化处理所用的喷雾优选为水或弱酸性溶液，所述弱酸性溶液的pH值优选为5.6～6.9，所述弱酸性溶液优选为CO2水溶液、盐酸溶液和草酸溶液中的一种或几种；所述喷雾氧化处理的温度优选为40～100℃，更优选为60～90℃；所述喷雾氧化处理的时间优选为5～60min，更优选为5～10min。
喷雾氧化处理后，本发明优选对复合带材进行清洗和烘干；本发明优选使用水对喷雾氧化处理后的复合带材进行清洗，所述清洗的方式优选为喷淋清洗。本发明对所述清洗的时间没有特殊的要求，能够将复合带材表面的喷雾清洗干净即可；本发明对所述烘干的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的烘干方式对复合带材进行烘干即可。
当使用热水喷淋的方式对所述鳞片状非晶或纳米晶带材进行氧化处理时，所述热水的温度优选为40～90℃，更优选为60～80℃。当使用热水喷淋的方式进行氧化处理时，无需对复合带材进行清洗，氧化处理完成后直接烘干即可。
得到非晶或纳米晶单层结构后，本发明将所述非晶或纳米晶单层结构进行层叠，得到基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片。在本发明中，所述复合带材层叠的层数优选为1层或1层以上。在本发明中，所述层叠为若干层非晶单层结构与若干层非晶单层结构进行层叠或若干层纳米晶单层结构与若干层纳米晶单层结构进行层叠，也可以为若干层非晶单层结构与若干层纳米晶单层结构进行层叠。在本发明中，因所述单层结构的一侧已有粘结层，可以将所述单层结构直接进行层叠，也可以在所述单层结构的一侧或双侧附加贴合其他胶粘层再进行堆叠。
下面结合实施例对本发明提供的基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将厚度为25μm±3μm的铁基非晶带材在真空环境下进行热处理，热处理的温度为420℃，时间为2h；
(2)将一层聚丙烯酸类单面胶带覆合在热处理后的非晶带材上，胶带厚度3μm；
(3)使用表面具有四棱锥纹理的圆形压辊对非晶带材没有复合胶带的一侧进行压碎处理，得到鳞片状非晶带材；其中压碎的压力为6kg/cm2，次数为1次；四棱锥的高度为0.1mm，宽度为0.1mm；
(4)使用水喷雾对所述鳞片状非晶带材进行喷雾氧化处理，得到复合带材；其中喷雾氧化处理的温度为40℃，时间为25min；喷雾氧化处理后，对所述复合带材进行清洗和烘干；
(5)将5层复合带材进行层叠，得到基于非晶带材的磁性薄片。
经检测，所得基于非晶带材的磁性薄片的厚度为0.15±0.01mm，表面电阻为104Ω，磁导率为550。
实施例2
(1)将厚度为20μm±3μm的铁基纳米晶带材在氮气保护下进行热处理，热处理的温度为550℃，时间为1.5h；
(2)将一层聚丙烯酸类双面胶带覆合在热处理后的纳米晶带材上，胶带厚度5μm；
(3)使用表面具有四棱锥纹理的圆形压辊对纳米晶带材没有复合胶带的一侧进行压碎处理，得到鳞片状纳米晶带材；其中压碎的压力为5kg/cm3，次数为2次；四棱锥的高度为1mm，宽度为2mm，长度为1.5mm；
(4)使用CO2水溶液喷雾对所述鳞片状纳米晶带材行喷雾氧化处理，得到复合带材；其中CO2水溶液的pH值为5.6，喷雾氧化处理的温度为60℃，时间为15分钟；喷雾氧化处理后，对所述复合带材进行清洗和烘干；
(5)将4层复合带材进行层叠，得到基于纳米晶带材的磁性薄片。
经检测，所得基于纳米晶带材的磁性薄片的厚度为0.12mm±0.01mm，表面电阻为105Ω，磁导率为750。
实施例3
(1)将厚度为18μm±3μm的铁基纳米晶带材在氮气保护下进行热处理，热处理的温度为520℃，时间为3h；
(2)将一层聚丙烯酸类双面胶带覆合在热处理后的纳米晶带材上，胶带厚度3μm；
(3)使用表面具有四棱锥纹理的圆形压辊对纳米晶带材没有复合胶带的一侧进行压碎处理，得到鳞片状纳米晶带材；其中压碎的压力为14kg/cm2，次数为2次；四棱锥的高度为0.1mm，宽度为0.5mm，长度0.5mm；
(4)使用草酸溶液喷雾对所述鳞片状纳米晶带材行喷雾氧化处理，得到复合带材；其中草酸溶液的pH值为6，喷雾氧化处理的温度为100℃，时间为5分钟；喷雾氧化处理后，对所述复合带材进行清洗和烘干；
(5)将3层复合带材进行层叠，得到基于纳米晶带材的磁性薄片。
经检测，所得基于纳米晶带材的磁性薄片的厚度为0.09mm±0.01mm，表面电阻为105Ω，磁导率为530。
实施例4
(1)将厚度为27μm±3μm的铁基非晶带材在氮气保护下进行热处理，热处理的温度为435℃，时间为2h；
(2)将一层聚丙烯酸类单面胶带覆合在热处理后的非晶带材上，胶带厚度5μm；
(3)使用表面具有四棱锥纹理的圆形压辊对非晶带材没有复合胶带的一侧进行压碎处理，得到鳞片状非晶带材；其中压碎的压力为3kg/cm2，次数为3次；四棱锥的高度为2mm，宽度为2mm；
(4)使用热水喷淋的方法对所述鳞片状非晶带材行氧化处理，得到复合带材；其中热水的温度为90℃，喷淋时间为5分钟；喷淋氧化处理后，对所述复合带材进行烘干；
(5)将6张复合带材进行层叠，得到基于非晶带材的磁性薄片。
经检测，所得基于非晶带材的磁性薄片的厚度为0.2mm±0.02mm，表面电阻为104Ω，磁导率为450。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片，其特征在于，由若干个单层结构层叠而成，所述单层结构包括：
磁性层，所述磁性层为具有鳞片状结构的非晶或纳米晶带材；
粘结层，所述粘结层粘结于所述磁性层的单侧表面；
氧化层，所述氧化层位于所述磁性层的另一侧表面，并填充在鳞片状结构的间隙内；
所述氧化层的成分为Fe2O3、Fe3O4和FeO中的一种或几种，所述氧化层的厚度为0.01～1μm；
所述基于非晶或纳米晶带材的磁性薄片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将非晶或纳米晶带材进行热处理；当对非晶带材进行热处理时，所述热处理的温度为350～450℃，时间为1～4h；当对纳米晶带材进行热处理时，所述热处理的温度为500～580℃，时间为1～4h；
(2)将粘结层覆合在所述步骤(1)经过热处理的非晶或纳米晶带材上，得到复合带材；
(3)将所述复合带材压碎为鳞片状，然后进行热水喷淋处理，得到非晶或纳米晶单层结构；
(4)将所述非晶或纳米晶单层结构进行层叠，得到所述的磁性薄片；
所述步骤(3)中压碎采用圆形压辊进行，所述圆形压辊表面由四棱锥密排构成；所述压碎的压力为3～50kg/cm2，所述压碎的次数为1～10次；
所述四棱锥的高度为0.05～5mm，底部边长为0.05～5mm；
所述步骤(3)中热水喷淋处理的温度为40～90℃。
2.根据权利要求1所述的磁性薄片，其特征在于，所述粘结层的厚度为2～20μm。
3.根据权利要求1所述的磁性薄片，其特征在于，所述单层结构层叠的层数为1层或1层以上。
4.权利要求1～3任意一项所述的磁性薄片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将非晶或纳米晶带材进行热处理；当对非晶带材进行热处理时，所述热处理的温度为350～450℃，时间为1～4h；当对纳米晶带材进行热处理时，所述热处理的温度为500～580℃，时间为1～4h；
(2)将粘结层覆合在所述步骤(1)经过热处理的非晶或纳米晶带材上，得到复合带材；
(3)将所述复合带材压碎为鳞片状，然后进行热水喷淋处理，得到非晶或纳米晶单层结构；
(4)将所述非晶或纳米晶单层结构进行层叠，得到所述的磁性薄片；
所述步骤(3)中压碎采用圆形压辊进行，所述圆形压辊表面由四棱锥密排构成；所述压碎的压力为3～50kg/cm2，所述压碎的次数为1～10次；
所述四棱锥的高度为0.05～5mm，底部边长为0.05～5mm；
所述步骤(3)中热水喷淋处理的温度为40～90℃。
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