CN113104854A - 高效节能非晶纳米晶磁芯及其制作方法 - Google Patents

高效节能非晶纳米晶磁芯及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高效节能非晶纳米晶磁芯及其制作方法，其中，所述高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法包括以下步骤：提供非晶带材；对非晶带材进行加热处理，使其晶化；在晶化处理后的非晶带材表面包覆绝缘层；将包覆绝缘层后的非晶带材进行卷绕，得到高效节能非晶纳米晶磁芯。本发明制作出来的高效节能非晶纳米晶磁芯发热较小。

Description

高效节能非晶纳米晶磁芯及其制作方法
技术领域
本发明涉及高效节能非晶纳米晶磁芯技术领域，特别涉及一种高效节能非晶纳米晶磁芯及其制作方法。
背景技术
磁芯由非晶带材卷绕制成，传统磁芯采用的非晶带材没有进行绝缘处理，没有绝缘处理过的非晶带材制成的磁芯，非晶带材层与层之间有电流通过，导致磁芯发热，尽管非晶带材的电阻率比硅钢片低好几倍，磁芯绕得越紧，电接触性能越好，也就是接触电阻越小，在交流电路中产生漏电流发热就会更大，特别是频率高时其发热更明显。
发明内容
本发明的主要目的是提供高效节能非晶纳米晶磁芯及其制作方法，旨在获得一种发热较小的高效节能非晶纳米晶磁芯。
为实现上述目的，本发明提出的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法包括以下步骤：提供非晶带材；对非晶带材进行加热处理，使其晶化；在晶化处理后的非晶带材表面包覆绝缘层；将包覆绝缘层后的非晶带材进行卷绕，得到高效节能非晶纳米晶磁芯。
本发明的一实施例中，对非晶带材进行加热处理，使其晶化的步骤中，包括：将非晶带材于400℃-580℃的温度下进行加热处理，使其晶化。
本发明的一实施例中，对非晶带材进行加热处理，使其晶化的步骤中，包括：采用电阻加热、电流加热、感应加热、激光加热及红外加热中的至少一种加热方式对非晶带材进行加热处理，使其晶化。
本发明的一实施例中，采用感应加热的加热方式对非晶带材进行加热处理时，感应加热的频率范围为10kHZ至100kHZ。
本发明的一实施例中，采用感应加热的加热方式对非晶带材进行加热处理时，感应加热采用的加热线圈呈螺旋形，非晶带材穿设于所述加热线圈中，非晶带材在加热线圈的加热下进行晶化；和/或，采用感应加热的加热方式对非晶带材进行加热处理时，感应加热采用的加热线圈由平板形线圈拼接而成，加热线圈中插设有导磁条，非晶带材穿设于所述加热线圈中，非晶带材在加热线圈的加热下进行晶化。
本发明的一实施例中，所述绝缘层的材质为氧化铝或二氧化硅中的至少一种；和/或，所述绝缘层的厚度范围为1μm-15μm。
本发明的一实施例中，所述绝缘层的材质为氧化铝时，在晶化处理后的非晶带材表面包覆绝缘层的步骤中，包括：
在晶化处理后的非晶带材表面包覆一层铝层，并将所述铝层进行氧化，得到氧化铝绝缘层。
本发明的一实施例中，在晶化处理后的非晶带材表面包覆一层铝层的步骤中，包括：
将铝进行蒸发，得到铝原子蒸气；
将所述铝原子蒸气沉积在晶化处理后的非晶带材表面，冷却后得到铝层。
本发明的一实施例中，所述绝缘层的材质为二氧化硅时，在晶化处理后的非晶带材表面包覆绝缘层的步骤中，包括：
将四甲基硅烷与甲醇反应，得到液态二氧化硅；
将液态二氧化硅进行蒸发，得到气态二氧化硅；
将所述气态二氧化硅沉积在晶化处理后的非晶带材表面，冷却后得到二氧化硅绝缘层。
本发明的一实施例中，所述高效节能非晶纳米晶磁芯采用如前所述的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法制作得到。
本发明的技术方案，在非晶带材制成高效节能非晶纳米晶磁芯之前对非晶带材进行晶化处理，再在非晶带材表面包覆绝缘层，将非晶带材卷绕成高效节能非晶纳米晶磁芯。如此制成的高效节能非晶纳米晶磁芯，由于非晶带材表面包覆了绝缘层，故非晶带材层与层之间电流无法通过，从而降低了高效节能非晶纳米晶磁芯发热。并且，相较于传统非晶带材制成一定形状的磁芯之后再晶化的方法，本发明非晶带材在制成磁芯之前进行了晶化处理，则制成的高效节能非晶纳米晶磁芯产品性能一致性好。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法。
在本发明的一实施例中，高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法包括以下步骤：
提供非晶带材；
对非晶带材进行加热处理，使其晶化；
在晶化处理后的非晶带材表面包覆绝缘层；
将包覆绝缘层后的非晶带材进行卷绕，得到高效节能非晶纳米晶磁芯。
具体地，根据制作要求提供一定尺寸的非晶带材，然后按照制作工艺要求对非晶带材进行加热处理，使其晶化，之后，在晶化处理后的非晶带材表面包覆绝缘层，最终将包覆绝缘层后的非晶带材进行卷绕便可得到高效节能非晶纳米晶磁芯。
可以理解的，本发明的技术方案，在非晶带材制成高效节能非晶纳米晶磁芯之前对非晶带材进行晶化处理，再在非晶带材表面包覆绝缘层，将非晶带材卷绕成高效节能非晶纳米晶磁芯。如此制成的高效节能非晶纳米晶磁芯，由于非晶带材表面包覆了绝缘层，故非晶带材层与层之间电流无法通过，从而降低了高效节能非晶纳米晶磁芯发热。并且，相较于传统非晶带材制成一定形状的磁芯之后再晶化的方法，本发明非晶带材在制成磁芯之前进行了晶化处理，则制成的高效节能非晶纳米晶磁芯产品性能一致性好。
可选地，对非晶带材进行加热处理，使其晶化的步骤中，包括：将非晶带材于400℃-580℃的温度下进行加热处理，使其晶化。
非晶带材进行晶化处理的温度范围控制在400℃-580℃之间，若温度低于400℃，非晶带材无法释放内应力且无法形成纳米颗粒，若温度高于580℃，纳米晶合金完全晶化了，温度太低或太高都无法达到非晶纳米晶的高导磁率和低矫顽力的特点。可选地，晶化处理控制温度为400℃、430℃、460℃、490℃、520℃、550℃或580℃。
可选地，对非晶带材进行晶化处理的步骤中，包括：采用电阻加热、电流加热、感应加热、激光加热及红外加热中的至少一种加热方式对非晶带材进行加热处理，使其晶化。
电阻加热是利用电流流过导体的焦耳效应产生的热能对非晶带材进行的电加热蒸发，该方法加热均匀，热效率高，对环境污染少。电流加热是直接在非晶带材上通过大电流，利用电流流过非晶带材的焦耳效应产生的热能对非晶带材加热，也即欧姆加热方式。感应加热是利用电磁感应的方法使非晶带材的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的，感应加热加热速度快，可以使非晶带材在极短的时间内达到所需的温度，加热设备便于安装在生产线上，易于实现机械化和自动化，便于管理，可有效地减少运输，节约人力，提高生产效率，另外，感应加热电能利用率高，环保节能，安全可靠。激光加热也即高频加热，通过利用电磁感应来加热非晶带材的方式，会在非晶带材中产生涡电流，因电阻而造成非晶带材的焦耳加热，激光加热速度快，效率高。红外加热一般指红外线加热器，红外线的传热形式是辐射传热，由电磁波传递能量。在远红外线照射到被加热的物体时，一部分射线被反射回来，一部分被穿透过去。当发射的远红外线波长和被加热物体的吸收波长一致时，被加热的物体吸收远红外线，这时，物体内部分子和原子发生“共振”——产生强烈的振动、旋转，而振动和旋转使物体温度升高，达到了加热的目的，红外线具有穿透力，因此红外加热能内外同时加热，不需热传介质传递，热效率良好，且红外加热的温度容易控制，升温迅速，可提升加工效率。
可选地，采用感应加热的加热方式对非晶带材进行加热处理时，感应加热的频率范围为10kHZ至100kHZ。受加热电源频率寿元器件功能的影响，感应加热的频率范围控制在10kHZ至100kHZ，若大于100kHZ，加热电源频率寿元器件功能不足，很难达到该频率，且频率高电源的成本非常高，控制在该频率范围内可以降低使用成本。可选地，感应加热的频率可以为10kHZ、30kHZ、50kHZ、70kHZ、90kHZ或100kHZ。
可选地，在感应加热的步骤中，包括：采用感应加热的加热方式对非晶带材进行加热处理时，感应加热采用的加热线圈呈螺旋形，非晶带材穿设于加热线圈中，非晶带材在加热线圈的加热下进行晶化。
具体地，加热线圈外部连接电源，非晶带材穿设于加热线圈中，电源为加热线圈提供交变电流，流过加热线圈的交变电流产生一个通过非晶带材的交变磁场，该磁场使非晶带材产生涡流来加热，从而对非晶带材进行晶化。该方式加热速度快，可以使非晶带材在极短的时间内达到所需的温度，提高加工效率。
本发明的一实施例中，采用感应加热的加热方式对非晶带材进行加热处理时，感应加热采用的加热线圈由平板形线圈拼接而成，加热线圈中插设有导磁条，非晶带材穿设于加热线圈中，非晶带材在加热线圈的加热下进行晶化。
具体地，加热线圈由平板形线圈拼接而成，加热线圈中插设有导磁条，非晶带材穿设于加热线圈中，加热线圈外部连接电源，流过加热线圈的交变电流产生一个通过非晶带材的交变磁场，该磁场使非晶带材产生涡流来加热，从而对非晶带材进行晶化。该方式加热速度快，可以使非晶带材在极短的时间内达到所需的温度，提高加工效率。
在本发明的一实施例中，绝缘层的厚度范围为1μm-15μm。控制绝缘层的厚度在1μm-15μm范围内，可以使非晶带材达到绝缘效果，非晶带材层与层之间电流无法通过，从而降低高效节能非晶纳米晶磁芯的发热，比如控制绝缘层的厚度为1μm、2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm或15μm。
可选地，绝缘层的材质为氧化铝或二氧化硅中的至少一种。氧化铝和二氧化硅高温性能稳定，可以使非晶带材达到持久有效的绝缘效果，非晶带材层与层之间的电流无法通过，从而降低了高效节能非晶纳米晶磁芯的发热，而且绝缘层也提高了耐腐蚀性、增强耐磨能力及硬度，从而保护了非晶带材的表面。当然地，绝缘层的材料也可以选用其他的绝缘材料，在此不作限制，均在本发明的保护范围之内。
本发明的一实施例中，绝缘层的材质为氧化铝时，在晶化处理后的非晶带材表面包覆绝缘层的步骤中，包括：
在晶化处理后的非晶带材表面包覆一层铝层，并将铝层进行氧化，得到氧化铝绝缘层。
具体地，取晶化处理后的非晶带材，采用化学电镀铝或物理气相沉积的方法在非晶带材表面包覆一层铝层，然后再将用化学溶液氧化法、双氧水氧化或阳极氧化法中的至少一种方法对铝层进行氧化，得到氧化铝绝缘层。可选地，化学溶液氧化法为碱性溶液氧化或酸性溶液氧化。该方法简单有效，能制作出较好的氧化膜。
本发明的一实施例中，在晶化处理后的非晶带材表面包覆一层铝层的步骤中，包括：
包覆铝采用常温熔盐电镀铝的方法。采用常温熔盐电解质可在非晶带材表面获得铝层，该方法所镀的铝层纯度高。
本发明的一实施例中，在晶化处理后的非晶带材表面包覆一层铝层的步骤中，包括：
将铝进行蒸发，得到铝原子蒸气；将所述铝原子蒸气沉积在晶化处理后的非晶带材表面，冷却后得到铝层。
具体地，选用铝块材原料，将铝块材放入氧化铝锅中，在氧化铝锅的左上方和右上方分别安装有转带盘和送带盘，非晶带材从右侧的送带盘送入并悬空于氧化铝锅的正上方，用电阻丝发热体对氧化铝锅进行加热，氧化铝锅中的铝块材蒸发得到铝原子蒸气，铝原子蒸气向上流动沉积在非晶带材表面，然后转带盘将沉积后的非晶带材送出，最终冷却后得到铝层。可选地，电阻丝为铂金丝、钨丝及康钛丝中的至少一种。该方法操作简单，可靠，成本低。
进一步地，本发明的一实施例中，将铝蒸发变成铝原子蒸气沉积在非晶带材表面上的步骤中，包括：
铝蒸发采用电阻加热、感应加热、激光加热及氩离子轰击加热中的至少一种方法。
电阻加热是利用电流流过导体的焦耳效应产生的热能对铝进行的电加热蒸发，该方法加热均匀，热效率高，对环境污染少。感应加热是利用电磁感应的方法使非晶带材的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的，感应加热加热速度快，可以使铝在极短的时间内达到所需的温度，加热设备便于安装在生产线上，易于实现机械化和自动化，便于管理，可有效地减少运输，节约人力，提高生产效率，另外，感应加热电能利用率高，环保节能，安全可靠。激光加热也即高频加热，通过利用电磁感应来加热铝块的方式，会在铝块中产生涡电流，因电阻而造成金属的焦耳加热，激光加热速度快，效率高。氩离子轰击加热，利用氩气电离形成等离子体的高温和等离子体中自由电子与正离子复合时释放的能量进行的电加热。
本发明的一实施例中，将铝层氧化成氧化铝的步骤中，氧化方法采用碱性溶液氧化、酸性溶液氧化、双氧水氧化及阳极氧化法中的至少一种方法。
碱性溶液如氢氧化钠等，酸性溶液如盐酸等，双氧水氧化是通过过氧化氢的水溶液进行的氧化，阳极氧化法是铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下，由于外加电流的作用下，在铝制品(阳极)上形成一层氧化膜的方法。
本发明的一实施例中，在非晶带材表面包覆氧化铝绝缘层的步骤中，包括：
将铝氧化成氧化铝直接沉积在非晶带材上。
该方法直接将铝氧化成氧化铝沉积在非晶带材上，操作步骤简单，效率高。
本发明的一实施例中，所述绝缘层的材质为二氧化硅时，在晶化处理后的非晶带材表面包覆绝缘层的步骤中，包括：将四甲基硅烷与甲醇反应，得到液态二氧化硅；将液态二氧化硅进行蒸发，得到气态二氧化硅；将所述气态二氧化硅沉积在晶化处理后的非晶带材表面，冷却后得到二氧化硅绝缘层。
具体地，准备一定比例的四甲基硅烷溶液和甲醇溶液，将甲醇溶液加入四甲基硅烷溶液进行反应生成液态二氧化硅，再将液态二氧化硅倒入氧化铝锅中，在氧化铝锅的左上方和右上方分别安装有转带盘和送带盘，非晶带材从右侧的送带盘送入并悬空于氧化铝锅的正上方，用电阻丝发热体对氧化铝锅进行加热，氧化铝锅中的二氧化硅蒸发得到气态二氧化硅，气态二氧化硅向上流动沉积在非晶带材表面，然后转带盘将沉积后的非晶带材送出，最终冷却后得到二氧化硅绝缘层。可选地，电阻丝为铂金丝、钨丝及康钛丝中的至少一种。该方法操作简单，可靠，成本低。
在本发明还提出一种高效节能非晶纳米晶磁芯，高效节能非晶纳米晶磁芯采用如前所述的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法制作得到。
本发明制成的高效节能非晶纳米晶磁芯发热小、一致性好、损耗低及具有高的矩形比，并且高效节能非晶纳米晶磁芯上的绝缘层可保证磁芯在100KV/100nS脉冲冲击时无跳火、飞弧及击穿现象，因此可广泛用于高频大功率变压器上。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法，其特征在于，所述高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法包括以下步骤：
提供非晶带材；
对非晶带材进行加热处理，使其晶化；
在晶化处理后的非晶带材表面包覆绝缘层；
将包覆绝缘层后的非晶带材进行卷绕，得到高效节能非晶纳米晶磁芯。
2.如权利要求1所述的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法，其特征在于，对非晶带材进行加热处理，使其晶化的步骤中，包括：
将非晶带材于400℃-580℃的温度下进行加热处理，使其晶化。
3.如权利要求1所述的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法，其特征在于，对非晶带材进行加热处理，使其晶化的步骤中，包括：
采用电阻加热、电流加热、感应加热、激光加热及红外加热中的至少一种加热方式对非晶带材进行加热处理，使其晶化。
4.如权利要求3所述的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法，其特征在于，采用感应加热的加热方式对非晶带材进行加热处理时，感应加热的频率范围为10kHZ至100kHZ。
5.如权利要求3所述的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法，其特征在于，采用感应加热的加热方式对非晶带材进行加热处理时，感应加热采用的加热线圈呈螺旋形，非晶带材穿设于所述加热线圈中，非晶带材在加热线圈的加热下进行晶化；
和/或，采用感应加热的加热方式对非晶带材进行加热处理时，感应加热采用的加热线圈由平板形线圈拼接而成，加热线圈中插设有导磁条，非晶带材穿设于所述加热线圈中，非晶带材在加热线圈的加热下进行晶化。
6.如权利要求1至5中任一项所述的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法，其特征在于，所述绝缘层的材质为氧化铝或二氧化硅中的至少一种；
和/或，所述绝缘层的厚度范围为1μm-15μm。
7.如权利要求6所述的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法，其特征在于，所述绝缘层的材质为氧化铝时，在晶化处理后的非晶带材表面包覆绝缘层的步骤中，包括：
在晶化处理后的非晶带材表面包覆一层铝层，并将所述铝层进行氧化，得到氧化铝绝缘层。
8.如权利要求7所述的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法，其特征在于，在晶化处理后的非晶带材表面包覆一层铝层的步骤中，包括：
将铝进行蒸发，得到铝原子蒸气；
将所述铝原子蒸气沉积在晶化处理后的非晶带材表面，冷却后得到铝层。
9.如权利要求6所述的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法，其特征在于，所述绝缘层的材质为二氧化硅时，在晶化处理后的非晶带材表面包覆绝缘层的步骤中，包括：
将四甲基硅烷与甲醇反应，得到液态二氧化硅；
将液态二氧化硅进行蒸发，得到气态二氧化硅；
将所述气态二氧化硅沉积在晶化处理后的非晶带材表面，冷却后得到二氧化硅绝缘层。
10.一种高效节能非晶纳米晶磁芯，其特征在于，所述高效节能非晶纳米晶磁芯采用如权利要求1至9中任一项所述的高效节能非晶纳米晶磁芯的制作方法制作得到。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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