CN117690684A - 塑磁材料、塑磁体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种塑磁材料、塑磁体及其制备方法。所述塑磁材料包括铁氧体和LCP；其中，所述塑磁材料的相对磁导率大于20。本申请中的塑磁材料具有较高的相对磁导率，且因其可注塑性，便于制作成各种复杂的形状，并能够和铜材、绝缘材料等注塑成一体化磁性器件，有利于节约成本，扩大生产，本申请提供的塑磁材料制备得到的塑磁体具有更好的磁性能，更高的市场价值。
Description
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域，尤其涉及到一种塑磁材料、塑磁体及其制备方法。
背景技术
近年来，随着智能化的发展，市场上各类电子产品更新迭代，要求体积越来越小，产品趋向于小型化、一体化。在传统铁氧体制作工艺中，由于烧结的温度太高(超过1000℃)，制作一体成型器件时无法作为备选材料，通常都是选择烧结温度较低的合金材料。目前，传统的生产铁氧体磁芯的方法是通过成型烧结，制作各种形状的产品，但是磁芯在烧结的过程中会发生变形、尺寸精度不易控制、抗冲击强度低，而且无法和铜材、绝缘材料等材料一体化制作成磁性器件，只能通过组装方式制作磁性器件。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种新的塑磁材料、塑磁体及其制备方法，旨在至少一定程度上解决上述问题至少之一。
一方面，本发明提供一种塑磁材料，具体地，所述塑磁材料包含：铁氧体和LCP；其中，所述塑磁材料的相对磁导率大于20。
将铁氧体和LCP共混后得到的材料，既拥有优良的注塑性能，还保留了一定的磁性能，在高精度磁体、一体化组合成型等产品上具有独特的优势。塑磁材料因其可注塑性，便于制作成各种复杂的形状，并能够和铜材、绝缘材料等材料注塑成一体化磁性器件，有利于缩小产品的体积，并拥有尺寸精度高、耐冲击、不易破碎等优点。
根据本发明提供的一些实施方式，所述铁氧体选自锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锌铁氧体中的一种或者多种。
LCP(LIQUID CRYSTAL POLYMER)又称液晶聚合物，是一种新型的高分子材料，在熔融态时一般呈现液晶性。
根据本发明提供的一些实施方式，所述铁氧体为铁氧体磁粉，所述铁氧体磁粉D50为1～50μm。
根据本发明提供的一些实施方式，按质量百分比计，所述塑磁材料包含铁氧体85～95％和LCP 5～15％；各组分质量百分比合计为100％。
第二方面，本发明提供一种塑磁体，其中，所述塑磁体由第一方面所述的塑磁材料制备得到。
第三方面，本发明提供一种塑磁体的制备方法，包括以下步骤：
S1：将铁氧体与LCP共混，造粒，得到塑磁材料母粒；
S2：将塑磁材料母粒加热，进行注塑，得到所述塑磁体。
根据本发明提供的一些实施方式，S1中，造粒温度为250～350℃；S2中，将塑磁材料母粒加热到熔融状态，再进行注塑。
第四方面，本发明提供一种电子设备，包含第二方面所述的塑磁体或第三方面所述方法制备得到的塑磁体。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明通过将铁氧体和LCP共混得到相对磁导率大于20的塑磁材料，且因其可注塑性，便于制作成各种复杂的形状，并能够和铜材、绝缘材料等材料注塑成一体化磁性器件，有利于缩小产品的体积，并拥有尺寸精度高、耐冲击、不易破碎等优点，有利于节约成本，扩大生产，本发明提供的塑磁材料制备得到的塑磁体具有更好的磁性能，更高的市场价值。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。除非另外说明，本发明所使用的所有科技术语具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义。本发明涉及的所有专利和公开出版物通过引用方式整体并入本发明。术语“包含”或“包括”为开放式表达，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。
根据本发明提供的实施方式，本发明特别提供一种塑磁材料，将铁氧体和LCP共混，既拥有优良的注塑性能，还保留一定的磁性能，在高精度磁体、一体化组合成形等产品上具有独特的优势。因其可注塑性，便于制作成各种复杂的形状，并能够和铜材、绝缘材料等材料注塑成一体化磁性器件，有利于缩小产品的体积，并拥有尺寸精度高、耐冲击、不易破碎等优点，有利于节约成本，扩大生产，本发明提供的塑磁材料制备得到的塑磁体具有更好的磁性能，更高的市场价值。
本发明中，所述塑磁材料包含：铁氧体和LCP；其中，所述塑磁材料的相对磁导率大于20。
塑磁材料因其可注塑性，便于制作成各种复杂的形状，并能够和铜材、绝缘材料等材料注塑成一体化磁性器件，有利于缩小产品的体积，并拥有尺寸精度高、耐冲击、不易破碎等优点。
根据本发明提供的一些实施方式，所述铁氧体选自锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锌铁氧体中的一种或者多种。
以锰锌铁氧体为例，所述锰锌铁氧体通过以下方法制备得到：
①投料：将三氧化二铁、四氧化三锰、氧化锌，按照摩尔比为5～7.5：2～3.3：0.5～1.7进行投料；可按照特性的需求添加不同比例的原材料，可在上述范围内，也可超出上述范围。
②一次砂磨、造粒：将步骤①得到的混合物室温下砂磨0.5～5h；
③预烧：将步骤②得到的产物在700～900℃下预烧2～4h；
④二次砂磨：将步骤③得到的产物在室温下砂磨2～4h，同时添加TiO2、CaCO3、Co2O3、ZrO2、Mo2O5等中的至少一种掺杂剂；
⑤烧结：将步骤④得到的产物在氧气条件下，1000～1300℃烧结5～8h；
⑥破碎及过筛：在烧结过程中会出现团聚现象，甚至结成块状，导致颗粒粒径较大，需要先破碎，再进行砂磨半小时，最后使用60目筛网进行过筛。
根据本发明提供的一些实施方式，所述铁氧体为铁氧体磁粉，所述铁氧体磁粉D50为1～50μm。
具体的，所述铁氧体磁粉D50为1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm或1～50μm范围内的任意值。
本发明中，如果铁氧体磁粉粒径过大，则会导致共混及注塑时流动性太差，不利于塑磁体的制备。
根据本发明提供的一些实施方式，按质量百分比计，所述塑磁材料包含铁氧体85～95％和LCP 5～15％；各组分质量百分比合计为100％。
具体的，按质量百分比计，塑磁材料中，所述铁氧体的质量百分含量为85％、90％、95％或85～95％范围内的任意值。
具体的，按质量百分比计，塑磁材料中，所述LCP的质量百分含量为5％、10％、15％、或5～15％范围内的任意值
本发明中，如果铁氧体的质量百分含量较低(低于85％)，制备得到的塑磁体磁性能较差。
第二方面，本发明提供一种塑磁体，其中，所述塑磁体由第一方面所述的塑磁材料制备得到。
第三方面，本发明提供一种塑磁体的制备方法，包括以下步骤：
S1：将铁氧体与LCP共混，造粒，得到塑磁材料母粒；
S2：将塑磁材料母粒加热，进行注塑。
根据本发明提供的一些实施方式，S1中，造粒温度为250～350℃；S2中，将塑磁材料母粒加热到熔融状态，再进行注塑。
具体的，S1中，所述造粒温度为250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃或250～350℃范围内的任意值。
由于铁氧体磁粉没有流动性，主要是靠LCP熔融后带来的流动性，故，铁氧体磁粉的添加上限主要受制于流动性。目前的实验在共混这一步添加铁氧体磁粉的极限为95％的铁氧体磁粉，但不排除后期能改善材料的流动性，和/或，通过调整注塑设备，以提高铁氧体磁粉的含量。
根据本发明提供的一些实施方式，S1具体为：将LCP母粒加入到铁氧体中共混，形成共混料，采用双螺杆挤出机对共混料进行挤出造粒，得到塑磁材料母粒。
根据本发明提供的一些实施方式，S2具体为：将塑磁材料母粒加热到熔融状态，再以一定的速度及压力注入到模具型腔内，经保压、冷却后取出成型的产品。
根据本发明提供的一些实施方式，S2中，所述注塑时射嘴温度为300～400℃；射出压力为55～65MPa，射出速度为25～35mm3/s。
具体的，所述注塑时射嘴温度为300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃或300～400℃范围内的任意值；射出压力为55MPa、56MPa、57MPa、58MPa、59MPa、60MPa、61MPa、62MPa、63MPa、64MPa、65MPa或55～65MPa范围内的任意值；射出速度为25mm3/s、26mm3/s、27mm3/s、28mm3/s、29mm3/s、30mm3/s、31mm3/s、32mm3/s、33mm3/s、34mm3/s、35mm3/s或25～35mm3/s范围内的任意值。
第四方面，本发明提供一种电子设备，包含第二方面所述的塑磁体或第三方面所述方法制备得到的塑磁体。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照说明书记载的条件或按照常规条件或按照制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
锰锌铁氧体的制备：
①投料：将三氧化二铁、四氧化三锰、氧化锌按照摩尔比为70：23：7进行投料；
②一次砂磨、造粒：将步骤①得到的混合物在室温状态下砂磨0.5h；
③预烧：将步骤②得到的产物在900℃下预烧2h；
④二次砂磨：将步骤③得到的产物在室温下砂磨2h；同时添加碳酸钙、五氧化二钼、氧化锆、三氧化二钴进行掺杂；
⑤烧结：将步骤④得到的产物在氮气条件下，1280℃烧结7h；
⑥破碎及过筛：将步骤⑤得到的产物中团聚成块的粉料敲碎，然后使用60目筛网进行过筛得到最终的锰锌铁氧体磁粉。
实施例1
S1：将质量百分含量为85％的锰锌铁氧体磁粉及15％的LCP进行共混，得到共混料，采用双螺杆挤出机对共混料进行挤出造粒，造粒温度为290℃，得到塑磁材料母粒；
S2：将塑磁材料母粒加热到熔融状态，使用常规注塑成型机，注塑条件为射嘴温度350℃，射出压力60MPa，射出速度30mm3/s，注入到模具型腔内，把塑磁材料注塑成T13*8*5标环，经保压、冷却后取出成型的产品。
实施例2
与实施例1的区别为：S1中，使用90％锰锌铁氧体磁粉+10％LCP；S2中，注塑时，射嘴温度为370℃。
对比例1
与实施例1的区别为：S1中，使用80％锰锌铁氧体磁粉+20％LCP。
对比例2
S10：将金属磁粉芯材料(铁铝硅、铁和铁硅)和有机材料(环氧树脂类、酚醛树脂)按照一定的比例混合，形成第一混合物；
S20：对第一混合物进行混炼，形成第二混合物；
S30：对第二混合物进行破碎，形成塑磁材料。
磁导率测试
使用T13*8*5或T25*15*8的标环，用铜线在标环上绕10圈，然后在LCR meter上测试出电感值，在根据实测电感值计算得出磁导率。
计算公式：
L：10圈测试的电感值；
u0：真空磁导率，4π×10-7；
ui：相对磁导率，所需计算的值；
S：标环的有效横截面积；
N：绕线圈数，10圈；
le：标环的有效磁路长度。
与对比例1相比，当锰锌铁氧体含量较低时(小于85％)，制备得到的塑磁体的磁性能较差，相对磁导率较低，不具有市场价值。
与对比例2相比，铁硅粉的制作成本约为锰锌铁氧体的制作成本的2.5倍，铁硅铝的制作成本约为锰锌铁氧体的制作成本的2倍，本发明使用的铁氧体制作的成本远低于合金粉，节约成本，且制作方法简单，便于扩大生产。
对比例2的相对磁导率也是在20～25之间浮动，这是由于树脂含量较高导致的，注塑成磁体后内部的气隙较大，使用合金无法再进一步提升相对磁导率。本发明制备得到的塑磁体在铁氧体的用量低于对比例2中合金的用量的条件下，相对磁导率仍大于对比例2的相对磁导率，具有更好的磁性能、更高的市场价值。
在本说明书的描述中，参考术语“一些实施方式”、“另一些实施方式”、“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方案以及实施例，可以理解的是，上述实施方案、实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方案、实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种塑磁材料，其特征在于，所述塑磁材料包含：
铁氧体和LCP；其中，所述塑磁材料的相对磁导率大于20。
2.根据权利要求1所述的塑磁材料，其特征在于，所述铁氧体选自锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锌铁氧体中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的塑磁材料，其特征在于，所述铁氧体为铁氧体磁粉，所述铁氧体磁粉D50为1～50μm。
4.根据权利要求1所述的塑磁材料，其特征在于，按质量百分比计，所述塑磁材料包含铁氧体85～95％和LCP 5～15％；各组分质量百分比合计为100％。
5.一种塑磁体，其特征在于，所述塑磁体由权利要求1～4任一项所述塑磁材料制备得到。
6.一种权利要求5所述塑磁体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将铁氧体与LCP共混，造粒，得到塑磁材料母粒；
S2：将塑磁材料母粒加热，进行注塑，得到所述塑磁体。
7.根据权利要求6所述的塑磁体的制备方法，其特征在于，S1中，造粒温度为250～350℃；
S2中，将塑磁材料母粒加热到熔融状态，再进行注塑。
8.一种电子设备，其特征在于，包含权利要求5所述的塑磁体或权利要求6或7所述方法制备得到的塑磁体。
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