CN116959851B - 一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件、生产工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁性元件技术领域，具体涉及一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件、生产工艺及设备，包括桶状的铁氧体本体；所述铁氧体本体内设有桶状的氮化铝散热罩；所述铁氧体本体的内壁与氮化铝散热罩的外壁之间围蔽形成有冷却液腔；所述冷却液腔内设有导热液。本发明通过在铁氧体本体内部固定连接有氮化铝散热罩，氮化铝散热罩的外壁与软磁铁氧体的内壁之间围蔽形成冷却液腔；冷却液腔内装载有导热性良好、导电率低的导热液；从而能够增强软磁铁氧体元件的导热性能。
Description
技术领域
本发明涉及磁性元件技术领域，具体涉及一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件、生产工艺及设备。
背景技术
现有的宽温高频低损耗软磁铁氧体元件大多采用单层结构，由于软磁铁氧体本身导热性较差，同时由于软磁铁氧体大多是通过粉末冶金工艺制造，而由于粉末冶金工艺的特性，获得的软磁铁氧体元件（尤其是细长结构的软磁铁氧体元件）在致密性方面往往呈现两端向中间逐步递减的特性；由于软磁铁氧体中部致密性较差，同时在工作过程中还要反复地承受高低温变化，导致现有的宽温高频低损耗软磁铁氧体元件在使用过程中容易从元件中部产生裂纹，进而发生断裂。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件、生产工艺及设备，从而能够增强软磁铁氧体元件的导热性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件，包括桶状的铁氧体本体；所述铁氧体本体内设有桶状的氮化铝散热罩；所述铁氧体本体的内壁与氮化铝散热罩的外壁之间围蔽形成有冷却液腔；所述冷却液腔内设有导热液。
本发明进一步设置为，所述铁氧体本体的内壁在冷却液腔内设有多个凹坑；
所述氮化铝散热罩的内壁设有多个散热片。
本发明进一步设置为，所述铁氧体本体由以下重量百分比的成分组成：65-73%氧化铁、20-24.5％氧化锰、3-10％氧化锌、0.03-0.06%五氧化二钒以及0.01-0.04%二氧化钛。
一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的生产工艺，包括以下步骤：
S1、将第一粉体装填至第一模具的第一模芯内，通过压合成型形成中间后两端薄的压胚；
S2、将压胚转移至注浆组件的托盘内，注浆组件向压胚的内侧壁喷出高温膨胀浆料，在压胚的内侧形成中心厚两端薄的高温膨胀层，使得压胚与高温膨胀层形成中间件；
S3、将带有中间件的托盘移动至排胶烘炉内进行排胶烘烤；烘烤温度小于高温膨胀层的膨胀温度；
S4、将带有排胶后的中间件的托盘移动至烧结炉内进行烧结，高温膨胀层受热膨胀；烧结温度大于高温膨胀层的膨胀温度；
S5、将烧结后的中间件移动至清洁组件，对中间件内壁的高温膨胀层进行清理，从而得到铁氧体本体；
S6、将氮化铝散热罩与铁氧体本体进行组装粘接，使得氮化铝散热罩与铁氧体本体之间形成冷却液腔，并向冷却液腔内注入导热液。
本发明进一步设置为，所述第一粉体的生产工艺包括以下步骤：
A1、按照重量百分比为65-73%氧化铁、20-24.5％氧化锰、3-10％氧化锌，将各组分加入干式球磨机，按照料球重量比1:7加入6mm钢球，进行一次球磨，球磨完成后过筛形成粉状物，控制粉状物直径在5-8um范围内；
A2、将粉状物加入湿式球磨机内，按照料：球：水重量比为1:5：0.8加入去离子水和4mm钢球，进行湿式研磨，从而获得第一浆料；
A3、向第一浆料内按照重量比加入0.03-0.06%五氧化二钒以及0.01-0.04%二氧化钛，研磨后获得第二浆料，控制平均粒径在0.8-1.2um范围内；
A4、向第二浆料内加入5-8%PVA溶液，搅拌充分混合后进行喷雾造粒，喷雾造粒完成后，进行过200目筛操作，从而获得第一粉体。
本发明进一步设置为，所述高温膨胀浆料的生产工艺包括以下步骤：
B1、将10-15份氧化锆加入干式研磨机进行研磨，然后过50目筛，从而得到氧化锆微粒；
B2、将氧化锆微粒加入15-25份环氧树脂、10-15份正丁醇以及30-35份膨胀石墨颗粒，然后充分搅拌从而获得高温膨胀浆料。
一种基于一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的生产工艺的设备，包括依次设置的第一模具、注浆组件、排胶烘炉、烧结炉、清洁组件以及组装组件；
所述第一模具包括第一模芯；所述第一模芯用于将第一粉体成型为压胚；
所述注浆组件包括托盘；所述注浆组件用于对托盘内的压胚的内侧壁喷出高温膨胀浆料，从而在压胚的内侧形成中心厚两端薄的高温膨胀层，使得压胚与高温膨胀层形成中间件；
所述排胶烘炉用于将托盘的中间件进行排胶烘烤；
所述烧结炉用于将托盘的中间件进行烧结；
所述清洁组件用于将中间件内壁的高温膨胀层进行清理，从而得到铁氧体本体；
所述组装组件用于将氮化铝散热罩与铁氧体本体进行组装粘接。
本发明进一步设置为，所述第一模芯内设有多个第一成型腔；所述第一成型腔内的中部设有下成型芯；所述下成型芯伸缩活动设有浮动芯；所述浮动芯与下成型芯内之间设有复位弹簧；所述下成型芯底部的宽度至下成型芯顶部的宽度逐渐减小；
所述第一模具还包括第二模芯；所述第二模芯的底部设有多个上成型芯；所述上成型芯用于与浮动芯抵靠；所述上成型芯顶部的宽度至上成型芯底部的宽度逐渐减小；
所述第二模芯与上成型芯之间设有压块。
本发明进一步设置为，所述注浆组件还包括注浆座；所述托盘包括底盘以及顶盖；所述底盘设有多个第二成型腔；所述底盘在第二成型腔的中部设有下内芯；所述下内芯底部的宽度至下内芯顶部的宽度逐渐减小； 所述顶盖设有与下内芯配合的上内芯；所述上内芯顶部的宽度至上内芯底部的宽度逐渐减小；
所述上内芯、下内芯以及压胚之间形成有注浆腔；所述上内芯与下内芯之间设有与注浆腔连通的注浆通道；所述注浆座设有多个用于穿设注浆通道注浆管。
本发明进一步设置为，所述设备还包括排气板；所述排气板设有多个用于穿设注浆通道排气杆；
所述顶盖贯穿设有排气孔；所述排气孔设于压胚的顶部。
本发明的有益效果：本发明通过在铁氧体本体内部固定连接有氮化铝散热罩，氮化铝散热罩的外壁与软磁铁氧体的内壁之间围蔽形成冷却液腔；冷却液腔内装载有导热性良好、导电率低的导热液（如纯水）；从而能够增强软磁铁氧体元件的导热性能。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的结构示意图；
图2是本发明宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的截面图；
图3是本发明设备的结构分解图；
图4是本发明第一模具的截面图；
图5是本发明注浆座与注浆座配合的截面图；
图6是本发明排气板与注浆座配合的截面图；
其中：11、铁氧体本体；12、氮化铝散热罩；13、冷却液腔；14、凹坑；15、散热片；2、第一模具；3、第一模芯；31、第一成型腔；32、下成型芯；33、浮动芯；34、复位弹簧；4、第二模芯；41、上成型芯；42、压块；5、注浆组件；51、底盘；52、顶盖；53、第二成型腔；54、下内芯；55、上内芯；56、注浆腔；57、注浆通道；58、注浆座；59、注浆管；61、排胶烘炉；62、烧结炉；7、清洁组件；8、组装组件；91、排气孔；92、排气板；93、排气杆。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
由图1至图6可知，本实施例所述的一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件，包括桶状的铁氧体本体11；所述铁氧体本体11内设有桶状的氮化铝散热罩12；所述铁氧体本体11的内壁与氮化铝散热罩12的外壁之间围蔽形成有冷却液腔13；所述冷却液腔13内设有导热液。
具体地，本实施例通过在铁氧体本体11内部固定连接有氮化铝散热罩12，氮化铝散热罩12的外壁与软磁铁氧体的内壁之间围蔽形成冷却液腔13；冷却液腔13内装载有导热性良好、导电率低的导热液（如纯水）；从而能够增强软磁铁氧体元件的导热性能。
本实施例所述的一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件，所述铁氧体本体11的内壁在冷却液腔13内设有多个凹坑14；
所述氮化铝散热罩12的内壁设有多个散热片15。
具体地，本实施例通过在铁氧体本体11的内壁上均布有多个用于增大换热面积的凹坑14，从而增大导热性能；另外通过在氮化铝散热罩12的内壁上还设置有多个用于与空气接触进行散热的散热片15，从而能够增大散热与导热效果。
本实施例所述的一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件，所述铁氧体本体11由以下重量百分比的成分组成：65-73%氧化铁、20-24.5％氧化锰、3-10％氧化锌、0.03-0.06%五氧化二钒以及0.01-0.04%二氧化钛。
本实施例所述的一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的生产工艺，包括以下步骤：
S1、将第一粉体装填至第一模具2的第一模芯3内，通过压合成型形成中间后两端薄的压胚；通过将与压胚体积适配的第一粉体装填至第一模芯3的第一成型腔31内，完成后，第二模芯4下探，第二模芯4、浮动芯33以及第一模芯3组合形成与压胚内壁形状相同的内模，从而将第一成型腔31内的第一粉体压合成型，从而形成压胚；
S2、将压胚转移至注浆组件5的托盘内，注浆组件5向压胚的内侧壁喷出高温膨胀浆料，在压胚的内侧形成中心厚两端薄的高温膨胀层，使得压胚与高温膨胀层形成中间件；
其中托盘包括底盘51以及顶盖52，底盘51的第二成型腔53内设置有下内芯54；将压胚放置在第二成型腔53后，顶盖52下探，顶盖52将第二成型腔53封闭；托盘盖上设置有上内芯55，上内芯55和下内芯54组合形成注浆芯，注浆芯与压胚的内表面之间围蔽形成注浆腔56，注浆腔56的截面积从中部到两侧呈逐渐减小的形态；上内芯55内开设有与注浆腔56连通的注浆通道57；第二成型腔53封闭完成后，通过注浆座58将高温膨胀浆料注入注浆通道57，并使其完全充填，从而在压胚的内侧形成中心厚两端薄的高温膨胀层。
S3、将带有中间件的托盘移动至排胶烘炉61内进行排胶烘烤；烘烤温度小于高温膨胀层的膨胀温度；
将完成注浆的中间件连同封闭状态的托盘转移至排胶烘炉61内进行烘烤；使得高温膨胀层内的溶剂及树脂以及压胚内的粘接剂分解排出，避免烧结过程中产生过量气体导致烧结过程中压胚产生变形；其中排胶烘烤温度为250-270℃，升温速率1.5℃/min，烘干时间3.5h；而膨胀石墨为高起始膨胀温度膨胀石墨，其起始膨胀温度290-300℃；
S4、将带有排胶后的中间件的托盘移动至烧结炉62内进行烧结，高温膨胀层受热膨胀；烧结温度大于高温膨胀层的膨胀温度；
排胶烘烤后，通过将排气板92与顶盖52的顶部固定连接，使得排气杆93插入注浆通道57内，将注浆通道57封闭；完成后，将烧结整形托盘转移至烧结炉62中进行烧结；烧结过程中，先以2℃/min的升温速率升温至400℃，保温2h，烧结气氛为氮气保护气氛，控制氧分压在8.5%以下；在此过程中膨胀石墨在高温条件下受热膨胀，由于此时压胚处于托盘的限制下，膨胀的石墨体积增大，对压胚的内壁进行挤压，使得压胚的密度进一步增大；进一步的，由于注浆的中部截面积大于两端的截面积，使得中部的膨胀石墨的量更多，膨胀更为剧烈，膨胀产生的压力将压胚中部进一步压缩；由于压胚中部壁厚朝两端逐步递减，因此在膨胀石墨的挤压下，中部多余的粉体向外侧聚集，使得整个压胚内的致密度保持一致，同时还能获得较为平坦的内壁；在膨胀石墨膨胀过程中，氧化锆颗粒会嵌入压胚表面，并在压胚的内表面从而上形成凹坑14；膨胀石墨在膨胀过程中产生的气体可以进注浆通道57从排气板92排出，压胚在烧结过程中产生的气体可以从排气孔91排出；保温完成后，烧结炉62以升温速率2.5℃/min升温至烧结温度1300℃-1330℃，烧结气氛为氮气保护气氛，控制氧分压在4.5%以下；升温至烧结温度后保温4-5h，冷却速率控制在3℃/min；冷却出炉即得到铁氧体本体11；
S5、将烧结后的中间件移动至清洁组件7，对中间件内壁的高温膨胀层进行清理，从而得到铁氧体本体11；
烧结冷却完成后，铁氧体本体11转移至清洁组件7内，并通过清洁组件7清理软磁铁氧体内壁上附着的石墨残渣以及氧化锆颗粒，使其内壁清洁并让凹坑14充分暴露；其中清洁组件7可以为钢刷；
S6、将氮化铝散热罩12与铁氧体本体11进行组装粘接，使得氮化铝散热罩12与铁氧体本体11之间形成冷却液腔13，并向冷却液腔13内注入导热液。
清洁完成后，将预先制备的氮化铝散热罩12与铁氧体本体11进行组装粘接，并向冷却液腔13内注入导热液；从而获得宽温高频低损耗软磁铁氧体元件。
本实施例所述的一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的生产工艺，所述第一粉体的生产工艺包括以下步骤：
A1、按照重量百分比为65-73%氧化铁、20-24.5％氧化锰、3-10％氧化锌，将各组分加入干式球磨机，按照料球重量比1:7加入6mm钢球，进行一次球磨3h，球磨完成后过筛形成粉状物，控制粉状物直径在5-8um范围内；
A2、将粉状物加入湿式球磨机内，按照料：球：水重量比为1:5：0.8加入去离子水和4mm钢球，进行湿式研磨2h，从而获得第一浆料；
A3、向第一浆料内按照重量比加入0.03-0.06%五氧化二钒以及0.01-0.04%二氧化钛，研磨2.5h后获得第二浆料，控制平均粒径在0.8-1.2um范围内；
A4、向第二浆料内加入5-8%PVA溶液，搅拌0.5h充分混合后进行喷雾造粒，喷雾造粒完成后，进行过200目筛操作，从而获得第一粉体。
本实施例所述的一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的生产工艺，所述高温膨胀浆料的生产工艺包括以下步骤：
B1、将10-15份氧化锆加入干式研磨机进行研磨1.5h，然后过50目筛，从而得到氧化锆微粒；
B2、将氧化锆微粒加入15-25份环氧树脂、10-15份正丁醇以及30-35份膨胀石墨颗粒，然后充分搅拌0.5h从而获得高温膨胀浆料。
本实施例由于在烧结过程中引入了高温膨胀涂层，对压胚沿径向进行二次挤压，提高了烧结后获得的软磁铁氧体的密度均匀性，避免了软磁铁氧体由于存在中部的薄弱区导致断裂；同时，在高温膨胀涂层内引入了高熔点的氧化锆颗粒，使得在二次挤压过程中氧化锆颗粒可以在压胚表面挤压出大量凹坑14，完成烧结并对其进行清理后，可以使软磁铁氧体的内壁表面积增大，增强与冷却液的热交换效率，避免在使用过程中软磁铁氧体因局部温度差异产生的热应力导致软磁铁氧体元件发生断裂。
本实施例所述的一种基于宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的生产工艺的设备，包括依次设置的第一模具2、注浆组件5、排胶烘炉61、烧结炉62、清洁组件7以及组装组件8；
所述第一模具2包括第一模芯3；所述第一模芯3用于将第一粉体成型为压胚；
所述注浆组件5包括托盘；所述注浆组件5用于对托盘内的压胚的内侧壁喷出高温膨胀浆料，从而在压胚的内侧形成中心厚两端薄的高温膨胀层，使得压胚与高温膨胀层形成中间件；
所述排胶烘炉61用于将托盘的中间件进行排胶烘烤；
所述烧结炉62用于将托盘的中间件进行烧结；
所述清洁组件7用于将中间件内壁的高温膨胀层进行清理，从而得到铁氧体本体11；
所述组装组件8用于将氮化铝散热罩12与铁氧体本体11进行组装粘接。
本实施例所述的一种基于宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的生产工艺的设备，所述第一模芯3内设有多个第一成型腔31；所述第一成型腔31内的中部设有下成型芯32；所述下成型芯32伸缩活动设有浮动芯33；所述浮动芯33与下成型芯32内之间设有复位弹簧34；所述下成型芯32底部的宽度至下成型芯32顶部的宽度逐渐减小；
所述第一模具2还包括第二模芯4；所述第二模芯4的底部设有多个上成型芯41；所述上成型芯41用于与浮动芯33抵靠；所述上成型芯41顶部的宽度至上成型芯41底部的宽度逐渐减小；
所述第二模芯4与上成型芯41之间设有压块42。
本实施例所述的一种基于宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的生产工艺的设备，所述注浆组件5还包括注浆座58；所述托盘包括底盘51以及顶盖52；所述底盘51设有多个第二成型腔53；所述底盘51在第二成型腔53的中部设有下内芯54；所述下内芯54底部的宽度至下内芯54顶部的宽度逐渐减小； 所述顶盖52设有与下内芯54配合的上内芯55；所述上内芯55顶部的宽度至上内芯55底部的宽度逐渐减小；
所述上内芯55、下内芯54以及压胚之间形成有注浆腔56；所述上内芯55与下内芯54之间设有与注浆腔56连通的注浆通道57；所述注浆座58设有多个用于穿设注浆通道57注浆管59。
本实施例所述的一种基于宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的生产工艺的设备，所述设备还包括排气板92；所述排气板92设有多个用于穿设注浆通道57排气杆93；所述顶盖52贯穿设有排气孔91；所述排气孔91设于压胚的顶部。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种宽温高频低损耗软磁铁氧体元件的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将第一粉体装填至第一模具的第一模芯内，通过压合成型形成中间厚两端薄的压胚；
S2、将压胚转移至注浆组件的托盘内，注浆组件向压胚的内侧壁喷出高温膨胀浆料，在压胚的内侧形成中心厚两端薄的高温膨胀层，使得压胚与高温膨胀层形成中间件；
S3、将带有中间件的托盘移动至排胶烘炉内进行排胶烘烤；烘烤温度小于高温膨胀层的膨胀温度；
S4、将带有排胶后的中间件的托盘移动至烧结炉内进行烧结，高温膨胀层受热膨胀；烧结温度大于高温膨胀层的膨胀温度；
S5、将烧结后的中间件移动至清洁组件，对中间件内壁的高温膨胀层进行清理，从而得到铁氧体本体；
S6、将氮化铝散热罩与铁氧体本体进行组装粘接，使得氮化铝散热罩与铁氧体本体之间形成冷却液腔，并向冷却液腔内注入导热液；
所述高温膨胀浆料的生产工艺包括以下步骤：
B1、将10-15重量份氧化锆加入干式研磨机进行研磨，然后过50目筛，从而得到氧化锆微粒；
B2、将氧化锆微粒加入15-25重量份环氧树脂、10-15重量份正丁醇以及30-35重量份膨胀石墨颗粒，然后充分搅拌从而获得高温膨胀浆料。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：所述第一粉体的生产工艺包括以下步骤：
A1、按照重量百分比为65-73%氧化铁、20-24.5％氧化锰、3-10％氧化锌，将各组分加入干式球磨机，按照料球重量比1:7加入6mm钢球，进行一次球磨，球磨完成后过筛形成粉状物，控制粉状物直径在5-8um范围内；
A2、将粉状物加入湿式球磨机内，按照料：球：水重量比为1:5：0.8加入去离子水和4mm钢球，进行湿式研磨，从而获得第一浆料；
A3、向第一浆料内按照重量比加入0.03-0.06%五氧化二钒以及0.01-0.04%二氧化钛，研磨后获得第二浆料，控制平均粒径在0.8-1.2um范围内；
A4、向第二浆料内加入PVA溶液，搅拌充分混合后进行喷雾造粒，喷雾造粒完成后，进行过200目筛操作，从而获得第一粉体。
3.一种基于权利要求1所述的生产工艺的设备，其特征在于：包括依次设置的第一模具、注浆组件、排胶烘炉、烧结炉、清洁组件以及组装组件；
所述第一模具包括第一模芯；所述第一模芯用于将第一粉体成型为压胚；
所述注浆组件包括托盘；所述注浆组件用于对托盘内的压胚的内侧壁喷出高温膨胀浆料，从而在压胚的内侧形成中心厚两端薄的高温膨胀层，使得压胚与高温膨胀层形成中间件；
所述排胶烘炉用于将托盘的中间件进行排胶烘烤；
所述烧结炉用于将托盘的中间件进行烧结；
所述清洁组件用于将中间件内壁的高温膨胀层进行清理，从而得到铁氧体本体；
所述组装组件用于将氮化铝散热罩与铁氧体本体进行组装粘接。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：所述第一模芯内设有多个第一成型腔；所述第一成型腔内的中部设有下成型芯；所述下成型芯伸缩活动设有浮动芯；所述浮动芯与下成型芯内之间设有复位弹簧；所述下成型芯底部的宽度至下成型芯顶部的宽度逐渐减小；
所述第一模具还包括第二模芯；所述第二模芯的底部设有多个上成型芯；所述上成型芯用于与浮动芯抵靠；所述上成型芯顶部的宽度至上成型芯底部的宽度逐渐减小；
所述第二模芯与上成型芯之间设有压块。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：所述注浆组件还包括注浆座；所述托盘包括底盘以及顶盖；所述底盘设有多个第二成型腔；所述底盘在第二成型腔的中部设有下内芯；所述下内芯底部的宽度至下内芯顶部的宽度逐渐减小；所述顶盖设有与下内芯配合的上内芯；所述上内芯顶部的宽度至上内芯底部的宽度逐渐减小；
所述上内芯、下内芯以及压胚之间形成有注浆腔；所述上内芯与下内芯之间设有与注浆腔连通的注浆通道；所述注浆座设有多个用于穿设注浆通道的注浆管。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述设备还包括排气板；所述排气板设有多个用于穿设注浆通道排气杆；
所述顶盖贯穿设有排气孔；所述排气孔设于压胚的顶部。
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