CN116435085A - 一种铁基非晶磁粉芯的制备方法 - Google Patents

一种铁基非晶磁粉芯的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116435085A
CN116435085A CN202310670871.3A CN202310670871A CN116435085A CN 116435085 A CN116435085 A CN 116435085A CN 202310670871 A CN202310670871 A CN 202310670871A CN 116435085 A CN116435085 A CN 116435085A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic powder
iron
powder core
amorphous magnetic
based amorphous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202310670871.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116435085B (zh
Inventor
陈超
刘世杰
罗武林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Granxin Electronic Technology Co ltd
Central South University
Original Assignee
Suzhou Granxin Electronic Technology Co ltd
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Granxin Electronic Technology Co ltd, Central South University filed Critical Suzhou Granxin Electronic Technology Co ltd
Priority to CN202310670871.3A priority Critical patent/CN116435085B/zh
Publication of CN116435085A publication Critical patent/CN116435085A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116435085B publication Critical patent/CN116435085B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0246—Manufacturing of magnetic circuits by moulding or by pressing powder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/14766—Fe-Si based alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/20—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
    • H01F1/22—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
    • H01F1/24—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together the particles being insulated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/255—Magnetic cores made from particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F2027/348—Preventing eddy currents

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，属于软磁复合材料技术领域，包括如下步骤：S1、对水气联合雾化制备的非晶粉末筛分后利用硅烷偶联剂进行表面改性预处理；S2、通过溶胶凝胶法，采用二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂共同水解，对非晶磁粉进行绝缘包覆处理，在磁粉表面生成均匀致密的超疏水纳米SiO2绝缘层。S3、上述绝缘包覆后的非晶磁粉用环氧树脂进行粘结，然后烘干、压制成型，最后进行去应力退火得到高频下低损耗的非晶磁粉芯。本发明所制备的非晶磁粉芯有效磁导率高，直流偏置性能好，且高频下损耗低，适于用作电力电子领域的扼流线圈等电感元件。

Description

一种铁基非晶磁粉芯的制备方法
技术领域
本发明属于软磁复合材料技术领域，尤其涉及一种铁基非晶磁粉芯的制备方法。
背景技术
近年来，随着5G通讯、高频电路、大功率化和智能制造的发展，对高标准的电子器件有着更严格的要求。以功率电感器为代表的电子元器件逐渐朝着小型化、轻量化以及高功率的方向发展。与此同时，软磁材料作为电感器的磁芯材料及电子元器件的重要基石之一，也被提出了更高的性能要求。
金属磁粉芯是基于传统粉末冶金工艺发展而来的一类磁性复合材料，通过在铁磁性粒子表面封装一层薄的电绝缘表面涂层，再压制成所需要的三维形状，已经逐渐在电子、机械、新能源等各领域得到广泛的应用。
非晶磁粉芯由于不存在磁晶各向异性和晶粒边界，以及位错、堆垛、层错等缺陷，因此磁滞损耗很小且在强度、塑韧性和耐腐蚀性上有明显优势。此外，相对于晶态粉芯，非晶粉芯的原料粉末价格相对较低，其高电阻率、低矫顽力、高磁化饱和度和优异的直流偏置特性，能够满足电磁器件小型化和集成化的内在要求，适用于工业领域的投入生产与使用。
选择合适的电绝缘材料以及通过合适的方式将其均匀包覆在磁粉表面是提升粉芯高频应用的关键所在。无机/有机复合材料对于磁粉进行复合包覆，被证明能够有效降低粉芯的高频损耗，同时保证粉芯具有良好的力学/磁学综合性能。先在磁粉表面包覆一层无机物而后结合树脂对磁粉进行粘结，最后压制成粉芯是无机/有机复合包覆的一般步骤。
传统的磷酸钝化的方式通过添加钝化液直接可在磁粉表面生成一层无机钝化膜，工艺操作简单但存在环境污染的问题，且钝化膜在高频下对涡流的阻碍效果有限，因此高频下磁学性能受限。溶胶凝胶法，是一种原位生成无机氧化物纳米粒子的湿化学方法，通过合适前驱物的水解与缩合，可以在磁粉表面包覆一层高电阻率的纳米氧化物。以SiO2为代表的高电阻率氧化物纳米粒子是对磁粉进行绝缘包覆的理想材料，利用正硅酸四乙脂作为前驱物制备无机纳米SiO2粒子在封装、涂层等多个领域得到广泛应用。正硅酸四乙脂分子中与Si原子相连的四个乙氧基在合适的反应条件下通过水解成羟基，最终得到Si(OH)4中间物,再通过Si(OH)4的缩聚反应，最终在三维空间中生成高电阻率的SiO2纳米粒子，然而溶胶凝胶体系中通过水解缩合过程所产生纳米氧化物粒子表面含有大量的羟基，具有较强的亲水性。利用溶胶凝胶法在磁粉表面原位生成的无机氧化物纳米粒子容易发生团聚，从而影响绝缘包覆的均匀性使得高频下的应用受限。传统的工业生产中，通过添加硅烷偶联剂进行表面改性处理，可以在一定程度改善纳米粒子的分散性。硅烷偶联剂作为表面处理剂，可以促进无机纳米粒子与磁粉表面的粘附，改善纳米粒子在溶液中的分散程度，在申请号为“202110764301.1”的中国发明专利中，记载了“在本技术方案中，由于高频应用条件下磁粉芯涡流损耗…可以有效的解决困扰5G通讯方面材料高频化使用的问题”，根据以上记载，硅烷偶联剂可以作为一种无机纳米粒子的表面疏水调节剂。另一方面，硅烷偶联剂中的官能团与树脂进行有效的键合，使其在三维空间中交联聚合，成为一种良好的粘结改性剂，提升粉芯的整体力学性能。
然而从改善纳米粒子分散性的角度来看，以硅烷偶联剂为代表的表面活性剂且仅限于调节粒子的表面性能，改善无机纳米粒子与磁粉之间的粘附力，成功粘附包裹在磁粉表面的纳米粒子依然具有相互聚集的倾向从而造成不均匀致密的包覆，不能从根本上调节无机纳米粒子相互之间发生团聚的行为，对于包覆均匀程度的改善有限。因此，开发一种铁基非晶磁粉芯，成功在磁粉表面有效包覆一层均匀致密高电阻率的绝缘物质，以降低其高频下的总损耗，提升高频下的综合应用性能，成为当今工业应用急需解决的热点问题之一。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水气联合雾化制备的FeSiBC非晶软磁粉末经过气流筛分后用硅烷偶联剂进行表面改性预处理，形成磁粉混合液；
S2、向磁粉混合液中添加二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂，通过二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的水解与缩合，在磁粉表面均匀包覆超疏水的纳米氧化物SiO2，而后经抽滤、清洗、干燥后得到复合粉A；
S3、在复合粉末A中加入环氧树脂/固化剂/丙酮的混合溶液，超声并进行水浴搅拌至丙酮完全挥发，真空干燥后得到粘结处理的复合粉B；
S4、将复合粉B在模具中压制成型，经去应力退火后得到铁基非晶磁粉芯。
本发明一个较佳实施例中，步骤S1中所用的粉末为800目筛分后，D50为8-12μm的FeSiBC非晶粉末。
本发明一个较佳实施例中，所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷，添加量为磁粉质量的0.5wt%。
本发明一个较佳实施例中，步骤S1中，预处理过程具体操作如下：在酒精与去离子水的混合溶液中进行超声并电动搅拌均匀；
酒精与去离子水的体积比为5:1；超声处理时间为30min，频率为40KHz，电动搅拌时间1h。
本发明一个较佳实施例中，步骤S2中水解、缩合过程反应体系的PH值为9-10，恒温水浴温度为40℃，搅拌时间为3h，调整二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比与添加总量以控制生成的SiO2包覆层的均匀度和厚度。
本发明一个较佳实施例中，步骤S2中二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比为1:1。
本发明一个较佳实施例中，步骤S3中环氧树脂添加的总量占磁粉质量的2.0wt%。
本发明一个较佳实施例中，步骤S4中压制压力为800-1200MPa，去应力退火处理为真空环境下180℃加热2h。
本发明还公开了一种铁基非晶磁粉芯，采用一种铁基非晶磁粉芯的制备方法制备而成。
本发明还公开了一种铁基非晶磁粉芯在电子设备中的应用。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
利用硅烷偶联剂对磁粉表面进行改性，并采用二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂作为共前驱体进行水解与缩合。基于二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂分子链中乙氧基数量的区别以及硅烷偶联剂与纳米粒子和磁粉表面的键合，可以在水解缩合的过程中所产生的纳米SiO2三维空间的骨架和表面同时引入大量疏水甲基，减少SiO2粒子的团聚，改善高电阻率SiO2纳米绝缘层的均匀性和致密性，从而降低粉芯高频下涡流损耗，提升粉芯高频下的应用性能。
本发明工艺操作简单，环境污染较低，生产原料来源充足且价格低廉，适应工业的规模生产与应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1为本发明所用FeSiBC非晶磁粉的表面形貌及粒度分布曲线；
图2为本发明所用FeSiBC非晶磁粉的XRD衍射图谱；
图3为实施例1及对比例2包覆后粉末形貌及对应非晶磁环截面SEM图；
图4为实施例1、4、5及对比例1的直流偏置性能随频率变化的曲线；
图5为实施例1、2、3及对比例1、2有效磁导率μe随频率变化的曲线；
实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。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。
本发明以下实施例采用阻抗分析仪测量非晶磁粉芯在不同频率下的磁导率以及品质因子，外加磁场为1A/m；采用交流B-H仪测量非晶磁粉芯样品在500KHz 0.1T条件下的损耗；采用直流偏置仪测试非晶磁粉芯的直流偏置特性。
(1) 非晶粉末为经800目筛分后的FeSiBC非晶磁粉，采用水气联合雾化的方法进行制备。
(2) 将筛分后的非晶粉末用硅烷偶联剂进行表面改性预处理。
(3) 将非晶粉末进行绝缘和包覆处理
(4) 上述经绝缘和包覆处理的非晶磁粉经过烘干、压制成型，得到低损耗的非晶磁粉芯。
(5) 为了降低磁粉芯在压制过程中的内应力同时使有机粘结剂固化成三维的网状结构，对成型后的磁粉芯进行去应力退火处理。
本发明采用水气联合雾化法制备非晶磁粉，非晶合金粉末的化学式为FeaSibBcCd；其中a＝100-b-c-d，2≤b≤6.5，10≤c≤20，0＜d≤3。
与传统的FeSiB合金相比，本发明的非晶合金粉末中含有C元素可以改善水气联合雾化制粉过程中粉末的球形度，更加易于绝缘包覆过程的进行，软磁性能更加优异；控制B/Si的原子比为2-4，可以提升粉末的非晶形成能力并改善非晶的热稳定性能。
本发明利用硅烷偶联剂对磁表面进行改性，并采用二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂作为共前驱体参与溶胶凝胶反应进行水解缩合，在生成的纳米SiO2表面及三维骨架结构内引入疏水甲基。本发明在溶胶凝胶反应过程中生成的超疏水性SiO2纳米粒子，减少SiO2纳米粒子的团聚，提升了绝缘包覆层的均匀致密程度，改善了磁粉芯的高频应用性能。本发明使用的原料供应充足、价格低廉，操作流程简单可行、生产效率较高，适应与高频电力电子等领域的应用。
本发明的FeSiBC非晶磁粉芯的制备方法包括以下步骤：
S1、将上述筛分后的FeSiBC非晶粉末加入添加了硅烷偶联剂的酒精与去离子水的混合溶液，进行超声并搅拌混合均匀。
作为优选，本发明的一个较佳实施成分具体为Fe80Si5B13C2。
上述硅烷偶联剂的使用包括但不限于3-氨丙基三乙氧基硅烷、六甲基二硅胺烷、聚乙烯吡咯烷酮。
本发明的一个较佳硅烷偶联剂的成分为，3-氨丙基三乙氧基硅烷。
上述步骤S1酒精与去离子水混合的体积比为5:1，具体为100ml无水乙醇和20ml的去离子水。
上述步骤S1非晶磁粉的加入量为20g，超声时间为30min，功率为40KW。
上述经超声后的溶液置于电动搅拌器下充分搅拌，搅拌转速为500-600r/min，搅拌时间为1h。
S2、搅拌均匀的混合溶液，通过溶胶凝胶法水解、缩合过程在磁粉表面均匀包覆一层SiO2纳米粒子，经过干燥后得到无机纳米粒子包覆后的粉末。
上述溶胶凝胶水解的前驱物采用二甲基二乙氧基硅烷和正硅酸四乙脂的混合液，调整二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比与总添加量，从而调控包覆SiO2纳米粒子的量和均匀程度。
作为优选，本发明的一个较佳二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比为1:1。
作为优选，本发明的一个较佳二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的总添加量为1.6ml。
上述步骤S2溶胶凝胶水解所获额的反应环境具体为，PH为9-10，搅拌温度40℃，搅拌时间3h。
水解缩合步骤反应完成后，利用无水乙醇和去离子水反复冲洗抽滤后置于真空干燥箱中干燥1h。
S3、采用环氧树脂进行粘结；具体操作为：将环氧树脂及其固化剂适当配比后溶于丙酮中，60℃水浴搅拌至丙酮挥发，而后在真空干燥箱中进行烘干。
S4、经绝缘包覆和粘结过的粉末在模具中压制成环形，后在真空干燥箱中进行去应力退火。
上述压制成型后磁环的尺寸为14mm×8mm×4mm。磁环真空干燥的温度为180℃，时间为2h。
处理后的磁环样品，用直径为0.9mm的铜线密绕13.5匝，检测磁学性能。
实施例
（1）水气联合雾化制备Fe80Si3B15C2非晶磁粉，经800目气流筛分后得到Fe80Si3B15C2非晶合金粉末的粒径D50＝10μm；筛分后的非晶磁粉加入经硅烷偶联剂改性后的酒精/去离子水混合溶液超声搅拌均匀分散；其中硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷，偶联剂占磁粉质量的0.5wt%，混合溶液超声经30min后机械搅拌1h。
（2）步骤S1中经偶联改性后的磁粉通过溶胶凝胶法在表面均匀包覆一层纳米SiO2；采用二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂共同水解二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比为1:1，总添加量为1.6ml，生成SiO2的量约占磁粉质量的2.0wt%。溶胶凝胶水解缩合的过程在水浴锅中进行恒温匀速搅拌，溶液PH调节至9-10，温度控制在40℃，搅拌时间3h，搅拌速率为500-800r/min。反应完成后于100℃真空干燥1h。
（3）将上述干燥好的粉末加入E-44环氧树脂/固化剂/丙酮混合溶液中进行粘结，环氧树脂占非晶粉体总质量的2wt%，环氧树脂、固化剂和丙酮的质量配比为5:1:50。混合液经超声30min混合均匀后于60℃水浴加热搅拌直至丙酮溶剂完全挥发，粘结后的非晶粉在于100℃干燥炉中真空干燥1h。最后将上述粉末在10T压力下压制成外径14mm，内径8mm，厚度4mm的生坯，经过180℃、2h干燥后随炉冷却至室温，最终制得本发明的非晶磁粉芯。
实施例
本实施例中，保持二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的总添加量为1.6ml不变，改变二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比为1:2。表面活性剂的使用和添加、水解缩合的反应条件与搅拌方式，及其它工艺参数和操作步骤均与实施例1相同。
实施例
本实施例中，保持二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的总添加量为1.6ml不变，改变二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比为2:1。表面活性剂的使用和添加、水解缩合的反应条件与搅拌方式，及其它工艺参数和操作步骤均与实施例1相同。
表1：实施例1-3变量控制情况
实施方案 二甲基二乙氧基硅烷:正硅酸四乙脂（体积比） 二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂总添加量 表面活性剂
实施例1 1:2 1.6ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷
实施例2 1:1 1.6ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷
实施例3 2:1 1.6ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷
实施例
本实施例中，保持二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比为1:1不变，调整二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的总添加量为2.8ml,表面活性剂的使用和添加、水解缩合的反应条件与搅拌方式，及其它工艺参数和操作步骤均与实施例1相同。
实施例
本实施例中，保持二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比为1:1不变，调整二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的总添加量为0.4ml, 表面活性剂的使用和添加、水解缩合的反应条件与搅拌方式，及其它工艺参数和操作步骤均与实施例1相同。
表2：实施例4-5变量控制情况
实施方案 二甲基二乙氧基硅烷:正硅酸四乙脂（体积比） 二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂总添加量 表面活性剂
实施例4 1:1 0.4ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷
实施例5 1:1 2.8ml 3-氨丙基三乙氧基硅烷
实施例
本实施例中，保持二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比为1:1以及总添加量为1.6ml不变，调整表面活性剂的种类为六甲基二硅胺烷，表面活性剂的用量、溶胶凝胶水解缩合的反应条件及其它工艺参数和操作步骤均与实施例1相同。
实施例
本实施例中，保持二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比为1:1以及总添加量为1.6ml不变，调整表面活性剂的种类为聚乙烯吡咯烷酮，表面活性剂的用量、溶胶凝胶水解缩合的反应条件及其它工艺参数和操作步骤均与实施例1相同。
表3：实施例6-7变量控制情况：
实施方案 二甲基二乙氧基硅烷:正硅酸四乙脂（体积比） 二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂总添加量 表面活性剂
实施例6 1:1 1.6ml 六甲基二硅胺烷
实施例7 1:1 1.6ml 聚乙烯吡咯烷酮
对比例1
本对比例中，采用优选的Fe80Si5B13C2非晶磁粉作为原粉，区别在于不添加前驱物进行水解缩合，无纳米SiO2纳米粒子的包覆过程，直接采用树脂进行粘结成型，压制成环。表面活性剂的使用和添加及其它工艺参数和操作步骤均与实施例1相同。
对比例2
本对比例中，采用优选的Fe80Si5B13C2非晶磁粉作为原粉，采用正硅酸四乙脂单独作为前驱物进行水解缩合，不添加硅烷偶联剂进行表面改性处理。正硅酸四乙脂的添加量为1.6ml，其它工艺参和操作步骤均与实施例1相同。
对比例3
本对比例中，采用市售的Fe78Si13B9非晶磁粉作为原粉，进行包覆，压制成环。表面活性剂的使用和添加、水解缩合的反应条件与搅拌方式，及其它工艺参数和操作步骤均与实施例1相同。
表4：实施例和对比例功率损耗Pcv、品质因子Q及有效磁导率μe测试结果：
功率损耗(KW/m3@500KHz 0.1T) 品质因子Q@1MHz 有效磁导率μe@1MHz
实施例1 802.4 128.7 22.8
实施例2 957.6 106.4 23.0
实施例3 851.5 121.5 22.5
实施例4 918.2 110.2 23.6
实施例5 858.6 122.4 21.4
实施例6 814.6 125.2 22.2
实施例7 805.4 126.4 22.1
对比例1 1053.3 96.2 24.2
对比例2 897.7 116.1 21.2
对比例3 827.8 122.2 21.1
表4中显示了实施例1、2、3在500KHz、0.1T外场条件下，磁粉芯总损耗Pcv以及1MHz下磁环的品质因子Q和有效磁导率μe的值。从数据结果显示来看，随着二甲基二乙氧基硅烷在双水解前驱物中所占的体积比的增加，磁环在高频下的功率损耗Pcv有所降低，品质因子Q随之增加。这是由于二甲基二乙氧基硅烷水解缩合过程在生成的SiO2分子骨架中引入了疏水的甲基，有效减少了SiO2纳米粒子的团聚，改善了包覆的均匀性，降低了磁损耗。然而，当二甲基二乙氧基硅烷的添加量过多，过量互斥的甲基基团不利于SiO2纳米粒子在三维空间交联形成稳固的包覆层，从而导致磁损耗有所增加，降低高频下的品质因子，有效磁导率μe也有所下降。二甲基二乙氧基硅烷：正硅酸四乙脂体积比为1:1时，磁环在保持22.4的高有效磁导率的情况下，500KHz、0.1T下的功率损耗只有802.4KW/m3，有效的降低了高频下的损耗。
表4中显示了实施例4、5在500KHz、0.1T外场条件下，磁粉芯总损耗Pcv的值，以及1MHz下磁环的品质因子Q和有效磁导率μe的值。从数据显示来看，随着二甲基二乙氧基硅烷和正硅酸四乙脂总添加量的增加，粉芯的磁损耗呈现先增加后降低的趋势。实施例4相对于实施例1，在粉芯表面引入了较少的SiO2纳米粒子，因此高频下的品质因子不如实施例1；实施例5相对于实施例1，引入了过多的SiO2，过量的SiO2纳米粒子并未有效的均匀包覆在磁粉表面，而是一部分被剥落进入粒子间的间隙增大了高频损耗。此外，从有效磁导率μe的数据来看，随着引入SiO2纳米粒子的量增加，会降低磁粉芯的磁导率，这是由于非磁性的纳米SiO2粒子的加入降低了粉芯的整体密度。
实施例4相对于实施例1，在粉芯表面引入了较少的SiO2纳米粒子，因此高频下的品质因子不如实施例1；实施例5相对于实施例1，引入了过多的SiO2，过量的SiO2纳米粒子并未有效的均匀包覆在磁粉表面，而是一部分被剥落进入粒子间的间隙增大了高频损耗。此外，从有效磁导率μe的数据来看，随着引入SiO2纳米粒子的量增加，会降低磁粉芯的磁导率，这是由于非磁性的纳米SiO2粒子的加入降低了粉芯的整体密度。
表4中显示了实施例6、7在500KHz、0.1T外场条件下，磁粉芯总损耗Pcv的值，以及1MHz下磁环的品质因子Q和有效磁导率μe的值。从数据显示来看，3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂对磁粉进行表面改性的效果较好。相对于六甲基二硅胺烷和聚乙烯吡咯烷酮两种表面活性剂，采用3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂进行改性的磁粉，具有更低的磁损耗和更高的有效磁导率，这主要得益与3-氨丙基三乙氧基硅烷硅烷与非晶磁粉和无机纳米SiO2粒子良好的截面匹配效果。表明了3-氨丙基三乙氧基硅烷是一种良好有效的表面活性剂，能够与二甲基二乙氧基硅烷和正硅酸四乙脂双水解进行协同作用以调节无机纳米SiO2粒子分散性从而提升粉芯高频下的磁学性能。
表4中显示了对比例1、2、3在500KHz、0.1T外场条件下，磁粉芯总损耗Pcv的值，以及1MHz下磁环的品质因子Q和有效磁导率μe的值。
从数据结果显示来看，对比例1相对于实施例1没有无机纳米粒子的绝缘包覆过程，高频下的磁损耗Pcv大幅增加，品质因子下降。表明本发明中，采用双水解进行溶胶凝胶法在磁粉表面有效的包覆了高电阻率的纳米SiO2粒子粒子，阻隔了高频下粉芯内部粒子内与离子间的涡流，提升了高频下的品质因子。
从数据结果显示来看，对比例2与实施例1相比，由于采用正硅酸四乙脂单独水解，且不添加硅烷偶联剂进行改性时，生成的纳米SiO2粒子容易团聚，影响绝缘包覆的均匀性，降低包覆的效果。对比例2中，在500KHz、0.1T外场条件下，磁粉芯总损耗Pcv值为897.7 KW/m3，较实施例1高，品质因子也较低。
从数据结果显示来看，对比例3与实施例1相比，采用市面所售Fe78Si13B9成分，高频下的综合磁学性能较实施例1差，表面本发明采用的Fe80Si3B15C2磁粉具有良好的非晶度及球形度，从而使其具有更优的包覆效果。
图1为本发明采用FeSiBC非晶磁粉的表面形貌以及粒度分布曲线。可以知道，本发明所使用的FeSiBC中位径D50为10μm左右，水气联合雾化制备的非晶粉末球形度好。
图2为本发明所采用FeSiBC非晶磁粉的XRD衍射图谱。其中，在45°衍射角处出现一漫散的衍射峰，证明本实验采用的磁粉为完全的非晶结构。
图3为实施例1与对比例2包覆SiO2纳米粒子后磁粉的表面形貌以及相应磁环截面SEM图。可以发现采用正硅酸四乙脂单独水解时，且没有硅烷偶联剂进行表面改性的情况下，生成的纳米SiO2粒子容易团聚，影响绝缘包覆的均匀性，影响磁环的高频磁学性能；而采用二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂共同水解时，在结合3-氨丙基三乙氧基硅烷硅烷偶联剂进行表面改性，包覆后磁粉的表面均匀且致密。
图4为实施例1、4、5及对比例1的直流偏置性能随频率变化的曲线。其中，随着溶胶凝胶水解过程中引入的纳米SiO2粒子的量增加，粉芯的直流偏置性能呈现上升的趋势，这表明高电阻率的纳米SiO2成功的阻碍了偏置电流的影响，改善了粉芯的直流偏置性能。实施例1、5的直流偏置性能，在外场为100Oe的条件下均＞70%。
图5为实施例1、2、3及对比例1、2有效磁导率μe随频率变化的曲线。
其中，随着二甲基二乙氧基硅烷用量的增多，引入了疏水的甲基基团，但降低了粉芯的密度从而使得有效磁导率有所下降。对比例1中没有包覆无机纳米粒子，因此其有效磁导率相对较高为23.6，对比例2中包覆的纳米SiO2粒子不均匀致密，一定程度上影响了其有效磁导率仅为21.2。
综上所述，采用二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂共同水解，并结合3-氨丙基三乙氧基硅烷对磁粉进行表面改性，可以在磁粉表面包覆上均匀致密的超疏水性纳米SiO2表面涂层。实施例1的工艺条件下，对比单独采用正硅酸四乙脂水解且未采用硅烷偶联剂表面改性的对比例2，采用二甲基二乙氧基硅烷和正硅酸四乙脂共同水解缩合，结合3-氨丙基三乙氧基硅烷对磁粉进行表面改性，可以在生成的纳米SiO2表面和三维骨架中引入疏水基团，进一步提升纳米SiO2粒子的分散性，从而有效阻隔磁粉粒子间的涡流，提升粉芯高频下的品质因子，适用于的高频下的工业应用。同时，本发明工艺步骤简单明了，生产原料来源广泛、价格低廉，具有高的生产效率与可实施性。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统或设备等均是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种阶段。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合。可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术的发展许多元素仅是示例而不限制本公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路、过程、算法、结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
此外，尽管每个操作可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。另外，可以重新排列操作的顺序。一个过程可能有其他步骤。此外，可以通过硬件、软件、固件、中间件、代码、硬件描述语言或其任何组合来实现方法的示例。当在软件、固件、中间件或代码中实现时，用于执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在诸如存储介质的非暂时性计算机可读介质中，并通过处理器执行所描述的任务。
综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水气联合雾化制备的FeSiBC非晶软磁粉末经过气流筛分后用硅烷偶联剂进行表面改性预处理，形成磁粉混合液；
S2、向磁粉混合液中添加二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂，通过二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的水解与缩合，在磁粉表面均匀包覆超疏水的纳米氧化物SiO2，而后经抽滤、清洗、干燥后得到复合粉A；
S3、在复合粉末A中加入环氧树脂/固化剂/丙酮的混合溶液，超声并进行水浴搅拌至丙酮完全挥发，真空干燥后得到粘结处理的复合粉B；
S4、将复合粉B在模具中压制成型，经去应力退火后得到铁基非晶磁粉芯。
2.根据权利要求1所述的一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤S1中所用的粉末为800目筛分后，D50为8-12μm的FeSiBC非晶粉末。
3.根据权利要求1所述的一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷，添加量为磁粉质量的0.5wt%。
4.根据权利要求1所述的一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤S1中，预处理过程具体操作如下：在酒精与去离子水的混合溶液中进行超声并电动搅拌均匀；
酒精与去离子水的体积比为5:1；超声处理时间为30min，频率为40KHz，电动搅拌时间1h。
5.根据权利要求1所述的一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤S2中水解、缩合过程反应体系的PH值为9-10，恒温水浴温度为40℃，搅拌时间为3h，调整二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比与添加总量以控制生成的SiO2包覆层的均匀度和厚度。
6.根据权利要求1或5所述的一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤S2中二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂的体积比为1:1。
7.根据权利要求1所述的一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤S3中环氧树脂添加的总量占磁粉质量的2.0wt%。
8.根据权利要求1所述的一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，其特征在于，步骤S4中压制压力为800-1200MPa，去应力退火处理为真空环境下180℃加热2h。
9.一种铁基非晶磁粉芯，其特征在于，采用权利要求1-8任一所述的一种铁基非晶磁粉芯的制备方法制备而成。
10.一种如权利要求9所述的铁基非晶磁粉芯在电子设备中的应用。
CN202310670871.3A 2023-06-08 2023-06-08 一种铁基非晶磁粉芯的制备方法 Active CN116435085B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310670871.3A CN116435085B (zh) 2023-06-08 2023-06-08 一种铁基非晶磁粉芯的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310670871.3A CN116435085B (zh) 2023-06-08 2023-06-08 一种铁基非晶磁粉芯的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116435085A true CN116435085A (zh) 2023-07-14
CN116435085B CN116435085B (zh) 2023-09-15

Family

ID=87085805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310670871.3A Active CN116435085B (zh) 2023-06-08 2023-06-08 一种铁基非晶磁粉芯的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116435085B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105118598A (zh) * 2015-09-21 2015-12-02 南京大学 一种耐强酸磁性粒子
CN110767441A (zh) * 2019-11-06 2020-02-07 安徽工业大学 一种FeSiBCr/SiO2纳米晶软磁复合铁芯的制备方法
KR102258927B1 (ko) * 2020-04-01 2021-05-31 한국세라믹기술원 자성체의 제조방법
CN113066629A (zh) * 2021-03-26 2021-07-02 福建尚辉润德新材料科技有限公司 一种金属软磁复合材料的绝缘包覆方法、金属软磁复合材料
CN113707403A (zh) * 2020-05-22 2021-11-26 上海太朔材料技术有限公司 一种磁性颗粒及其制造工艺
CN116196652A (zh) * 2023-04-10 2023-06-02 吉林化工学院 一种采用磁性材料深度去除dmac溶液中乙酸的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105118598A (zh) * 2015-09-21 2015-12-02 南京大学 一种耐强酸磁性粒子
CN110767441A (zh) * 2019-11-06 2020-02-07 安徽工业大学 一种FeSiBCr/SiO2纳米晶软磁复合铁芯的制备方法
KR102258927B1 (ko) * 2020-04-01 2021-05-31 한국세라믹기술원 자성체의 제조방법
CN113707403A (zh) * 2020-05-22 2021-11-26 上海太朔材料技术有限公司 一种磁性颗粒及其制造工艺
CN113066629A (zh) * 2021-03-26 2021-07-02 福建尚辉润德新材料科技有限公司 一种金属软磁复合材料的绝缘包覆方法、金属软磁复合材料
CN116196652A (zh) * 2023-04-10 2023-06-02 吉林化工学院 一种采用磁性材料深度去除dmac溶液中乙酸的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PU WANG ET AL.: "" Soft magnetic properties regulation of FeSiBC amorphous powders/CIP magnetic powder core with single and double-layer core–shell structure"", 《 JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS》, pages 1 - 8 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116435085B (zh) 2023-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2020103177A4 (en) Method For Preparing FeSiBCr/SiO2 Nanocrystalline Soft Magnetic Composite Iron Core
CN103666364B (zh) 金属软磁复合材料用有机绝缘粘结剂及制备金属软磁复合材料方法
CN111739730A (zh) 一种使用有机包覆的高性能金属磁粉芯制备方法
CN103811149B (zh) 滤波器芯片元件及其制备方法
CN111063501A (zh) 一种生产一体成型电感用低损耗粉末的制备方法
CN111354528A (zh) 一种磷酸-硅烷共包覆金属软磁复合材料及其制备方法
CN110428967B (zh) 一种超低温冷烧结铁基纳米晶复合磁粉芯的制备方法及产品
JP2019075566A (ja) 圧粉磁心、磁心用粉末およびそれらの製造方法
CN112420307B (zh) 一种通过植酸表面处理制备软磁复合材料的方法
CN117497278B (zh) 一种高磁导率低损耗铁基非晶复合磁粉心及制备方法
CN116435085B (zh) 一种铁基非晶磁粉芯的制备方法
CN114373626A (zh) 一种高频、高效率一体式电感制备方法
CN117038244B (zh) 一种绝缘包覆磁粉的制备方法、软磁粉芯及其制备方法
CN113643893A (zh) 软磁复合材料及其制备方法
CN113724957A (zh) 一种软磁复合粉末、软磁粉芯及其制备方法
CN113223844A (zh) 一种粉末包覆方法
CN112530656A (zh) 一种低损耗铁硅磁粉芯的制备方法
CN114496544B (zh) 一种低功耗铁镍钼磁粉心的制作方法
JP4328885B2 (ja) フェライトめっきされたセンダスト微粒子およびその成形体の製造方法
CN111974987B (zh) 一种Fe基软磁粉末的绝缘包覆层及其包覆方法
JP2019033114A (ja) ＳｉＯ２含有被膜を備えたＳｉ含有Ｆｅ基合金粉及びその製造方法
CN114078631A (zh) 一种软磁复合材料的制备方法及一种金属磁粉芯
JP7428013B2 (ja) 軟磁性合金粉末、電子部品及びその製造方法
CN109192430A (zh) 提高金属软磁粉芯高频有效磁导率的制备方法及产品
CN115762948A (zh) 一种金属软磁复合材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant