CN115763027A

CN115763027A - 一种高频高磁导率高品质因数的金属磁粉芯材料的制备方法

Info

Publication number: CN115763027A
Application number: CN202211496615.9A
Authority: CN
Inventors: 郭世海; 安静; 牟星; 徐立红; 张洪平; 祁焱; 赵栋梁
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明涉及一种高频高磁导率高品质因数的金属磁粉芯材料的制备方法，该金属磁粉芯材料的工作频率范围为20MHz～100MHz，所用粉末为超细的FeNi合金粉末，Ni含量为30.0～80.0wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；将超细的FeNi合金粉末加入到硅烷偶联剂配成的溶液中，同时进行搅拌，使超细合金粉末表面形成一个偶联剂包覆层，并不断搅拌直至磁粉干燥；然后加入纳米二氧化硅绝缘剂并充分混合，再加入胶粘剂，充分混合后于60～120℃加热至干燥；最后将待成型的磁粉压制成型、固化，得到磁粉芯。本发明的金属磁粉芯材料，具有更优异的高频软磁性能，在保证高饱和磁感的基础上，具有高磁导率和高品质因数。

Description

一种高频高磁导率高品质因数的金属磁粉芯材料的制备方法

技术领域

本发明属于金属磁粉芯材料技术领域，具体涉及一种高频高磁导率高品质因数的金属磁粉芯材料的制备方法。

背景技术

金属磁粉芯材料作为一种重要的功能材料广泛应用于电子、计算机、通讯、交通及航空航天等国民经济的各个领域。随着电子设备向高频化及小型化发展，各种开关电源转换器、滤波器、交直流转换器等电子元器件也朝着高频化、小型化、集成化、轻量化方向发展，工作频率在20MHz以上的高品质高频电感磁芯成为研究和开发的热点。

目前，传统的镍锌铁氧体磁芯的受材料的温度稳定性及低的饱和磁感等自身特性的限制已经无法进一步提高性能。市场上在售的铁镍、铁硅、铁镍钼、铁硅铝等金属磁粉芯材料的工作频率只能到几十千赫兹到几百千赫兹，工作频率远低于10MHz。采用超细羰基铁粉制备的金属磁粉芯工作频率可达到20MHz，但其高频下磁导率不超过10，同时纯铁的软磁特性也远低于铁镍、铁硅、铁钴等软磁材料。例如中国发明专利申请CN106205929A公开了‘一种铁镍金属磁粉芯制备方法’，该申请采用气雾化制备铁镍合金粉，将得到的磁粉按不同粒度组合(-140～+200目磁粉10％，-200～+325目磁粉10％，-325～+500目磁粉80％)制备铁镍合金磁粉芯，由于此方法所用FeNi合金磁粉的粒度均大于26μm，因此所制备的磁粉芯工作频率均在500kHz以下。中国发明专利申请No.201610697479.8公开了‘一种μ＝60铁镍软磁磁粉芯的制备方法’，为FeNi合金磁粉芯的制备方法，所采用的FeNi合金粉末粒度较大，为按+45μm和-45μm两种粒度进行2:3的配比，得到的磁粉芯磁导率可以达到60，但其工作频率不超过500kHz，否则就会由于高频涡流损耗过大而过热。中国发明专利申请No.200710029204.8公开了‘一种用于高频无极灯电路的高性能金属磁粉芯的制备方法’，粉末为粒径1～8μm的羰基铁粉，用此法制造的磁粉芯，使用频率可以达到兆赫兹级，但是磁导率较低(μ＝10)。因此，开发在20MHz～100MHz频率范围工作的具有高频高磁导率高品质因数特性的金属磁粉芯材料非常必要。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种在20MHz～100MHz频率范围工作的新型高频金属磁粉芯材料的制备方法，在保证高饱和磁感的基础上，具有高磁导率和高品质因数，降低高频损耗，使应用于20MHz以上频率工作的电感器件具有高稳定性和高可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高频高磁导率高品质因数的金属磁粉芯材料的制备方法，该金属磁粉芯材料的工作频率范围为20MHz～100MHz，所述方法包括：

将粉末粒度小于5微米的FeNi合金粉末加入到硅烷偶联剂溶液中，该硅烷偶联剂溶液浓度为1～10wt％，所述FeNi合金粉末在所述硅烷偶联剂溶液中的浓度为40～60wt％，同时进行搅拌直至干燥，使FeNi合金粉末表面形成一个偶联剂包覆层；

然后加入1～6wt％纳米二氧化硅绝缘剂并充分混合；

再加入1～5wt％胶粘剂，充分混合后于60～120℃加热至干燥；

最后将得到的待成型的磁粉压制成型、固化，得到金属磁粉芯材料。

所述金属磁粉芯材料的化学成分按质量百分数计包括：Ni 30.0％～80.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述杂质中，C≤0.1％，O≤0.3％，N≤0.2％。

所述FeNi合金粉末的粒度为2～4微米，Ni含量为49.0～51.8％。

所述FeNi合金粉末为羰基还原法制备的羰基FeNi合金粉，或者为气雾化法、水雾化法、水气联合雾化法制备并分离出的超细FeNi合金粉；所述FeNi合金粉末的颗粒形貌包含球形、椭球形以及少于10wt％的不规则形状。

所述硅烷偶联剂溶液的成分为：硅烷偶联剂1～10wt％，去离子水5～40wt％，其余为乙醇。

硅烷偶联剂溶液的成分为：硅烷偶联剂2.5wt％、去离子水35wt％，其余为乙醇。

成型压力为200～700MPa，固化温度为100～180℃。

所述磁粉芯材料具有如下电磁性能：饱和磁感应强度≥1.2T；在20MHz～100MHz频率范围，磁导率≥20，品质因数≥50。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过粉末粒度小于5微米的超细羰基FeNi合金粉末制备金属磁粉芯材料，在保证具有高饱和磁感应强度、高磁导率、高品质因数的基础上，降低高频损耗，使其适合应用于20MHz以上频率工作的电感器件，并具有高稳定性和高可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例1、实施例2及对比例的磁导率与频率的关系曲线图；

图2为本发明实施例1、实施例2及对比例的品质因数与频率的关系曲线图；

图3为FeNi合金粉末的颗粒形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

本发明提供一种高频高磁导率高品质因数的金属磁粉芯材料的制备方法，该金属磁粉芯材料的所用粉末为粉末粒度小于5微米的超细FeNi合金粉末，其化学成分按质量百分数计为：Ni含量为30.0～80.0％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述杂质中，C含量不大于0.1％，O含量不大于0.3％，N含量不大于0.2％。

优选地，Ni含量为49.0～51.8％。

优选地，粉末粒度为2～4微米。

将超细的FeNi合金粉末加入到硅烷偶联剂配成的溶液中，该硅烷偶联剂溶液浓度为1～10wt％，所述FeNi合金粉末在所述硅烷偶联剂溶液中的浓度为40～60wt％，同时进行搅拌直至干燥，使超细合金粉末表面形成一个偶联剂包覆层；然后加入1～6wt％纳米二氧化硅绝缘剂并充分混合，再加入1～5wt％胶粘剂，充分混合后于60～120℃加热至干燥；最后将待成型的磁粉压制成型、固化，得到磁粉芯；所述的成型压力为200～700MPa，固化温度为100～180℃。

所述超细FeNi合金粉末为羰基还原法制备的羰基FeNi合金粉，也可以是气雾化法、水雾化法、水气联合雾化法等方法制备的粉末分离出的超细FeNi合金粉。所述FeNi合金粉末的颗粒形貌包含球形、椭球形以及少于10wt％的不规则形状，如图3所示。

所述硅烷偶联剂溶液的溶剂是去离子水和乙醇配制成的溶液，溶液一般为硅烷偶联剂(1-10wt％)、乙醇(30-72wt％)、水(5-40wt％)。硅烷偶联剂的包覆层可以使超细的FeNi合金粉末充分的分散开，使其可以和纳米二氧化硅绝缘剂充分混合，能够显著降低高频下的磁芯涡流损耗，提高磁芯的高频下的品质因数。

优选地，硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂(2.5wt％)、乙醇(62.5wt％)、水(35wt％)。

所述金属磁粉芯材料应用在20MHz～100MHz频率范围工作的电感元器件。

本发明所述高频高磁导率高品质因数的金属磁粉芯材料的实施例1、2和对比例的化学成分组成和粉末粒度见表1。

表1实施例1、2和对比例的化学成分组成及粒度

对上述制备的磁粉芯进行电磁性能测试，测试结果如表2所示。

表2实施例1、2和对比例的电磁性能

测试结果表明，本发明的金属磁粉芯材料，在保证磁粉芯具有高饱和磁感应强度的基础上，在很宽的频率范围内具有很高的磁导率和品质因数，如图1和图2所示，降低了高频损耗，使其适合应用于20MHz以上频率工作的电感器件，并具有高稳定性和高可靠性。

Claims

1.一种高频高磁导率高品质因数的金属磁粉芯材料的制备方法，其特征在于，该金属磁粉芯材料的工作频率范围为20MHz～100MHz，所述方法包括：

然后加入1～6wt％纳米二氧化硅绝缘剂并充分混合；

再加入1～5wt％胶粘剂，充分混合后于60～120℃加热至干燥；

2.根据权利要求1所述的金属磁粉芯材料的制备方法，其特征在于，所述金属磁粉芯材料的化学成分按质量百分数计包括：Ni 30.0％～80.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的金属磁粉芯材料的制备方法，其特征在于，所述杂质中，C≤0.1％，O≤0.3％，N≤0.2％。

4.根据权利要求1所述的金属磁粉芯材料的制备方法，其特征在于，所述FeNi合金粉末的粒度为2～4微米，Ni含量为49.0～51.8％。

5.根据权利要求1所述的金属磁粉芯材料的制备方法，其特征在于，所述FeNi合金粉末为羰基还原法制备的羰基FeNi合金粉，或者为气雾化法、水雾化法、水气联合雾化法制备并分离出的超细FeNi合金粉；所述FeNi合金粉末的颗粒形貌包含球形、椭球形以及少于10wt％的不规则形状。

6.根据权利要求1所述的金属磁粉芯材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液的成分为：硅烷偶联剂1～10wt％，去离子水5～40wt％，其余为乙醇。

7.根据权利要求6所述的金属磁粉芯材料的制备方法，其特征在于，硅烷偶联剂溶液的成分为：硅烷偶联剂2.5wt％、去离子水35wt％，其余为乙醇。

8.根据权利要求1所述的金属磁粉芯材料的制备方法，其特征在于，成型压力为200～700MPa，固化温度为100～180℃。

9.根据权利要求1所述的金属磁粉芯材料的制备方法，其特征在于，所述磁粉芯材料具有如下电磁性能：饱和磁感应强度≥1.2T；在20MHz～100MHz频率范围，磁导率≥20，品质因数≥50。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的方法得到的金属磁粉芯材料在20MHz～100MHz频率范围工作的电感元器件的应用。