CN1675723A - 压粉磁芯及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过压制铁粉和绝缘粘结剂的树脂粉末所制备的压粉磁芯，其中铁粉由细粉铁粉和还原铁粉组成，以及树脂粉末选自热固性聚酰亚胺粉末，热固性聚酰亚胺粉末和聚四氟乙烯粉末的混合物，热塑性聚酰亚胺粉末，以及热塑性聚酰亚胺粉末和聚四氟乙烯粉末的混合物，即压制铁粉与绝缘粘合剂树脂，之后热处理该压制产品。该压粉磁芯产生高磁通量密度、降低的铁损耗，在切削和钻孔操作中不开裂或形成碎屑。

Description

压粉磁芯及其生产方法
技术领域
本发明涉及压粉磁芯及其生产方法。
背景技术
压粉磁芯由高纯度铁粉的磁性颗粒制成，它们用作电动机、变压器等的铁芯。本文所提到的术语“压粉磁芯”还被称为“铁粉芯”，“粉末磁芯”，“压粉铁芯”和“铁氧体磁芯”。已知的是，这类压粉磁芯具有相对高的磁通密度和低铁损耗。
这些压粉磁芯通过压制含有绝缘材料的粘结剂树脂的铁粉和所得压坯然后进行热处理来获得。产品有时候进一步进行钻孔和螺纹切削工艺。
压粉磁芯的磁通密度取决于它的物理密度，使得细粉铁粉通常用作铁粉材料，因为它可以生产高密度产品。为了降低压粉磁芯产品的铁损耗，铁粉颗粒的表面涂有磷酸酯化合物。这类铁粉可以在市场上获得，比如“Somaloy 500”，H_gan_s AB的商品名。
对于用作粘结剂的绝缘树脂，提出了几类树脂，比如热固性酚醛树脂，热塑性聚酰胺，环氧树脂，聚酰亚胺和聚苯硫醚(PPS)。
因为这类压粉磁芯在相对高频率的条件下使用，所以需要产生较高磁通密度和具有较低铁损耗的压粉磁芯的趋势在增长。另外，普通压粉磁芯有待解决的问题在于在机械加工或钻孔过程中易于发生裂开或碎屑形成。
作为审视上述情形的结果，发明人通过发现这些问题能够通过选择铁粉和粘结剂树脂的类型和添加量来解决的事实而完成了本发明。
本发明的公开
现在更详细地描述本发明。
本发明的第一个方面涉及通过压制铁粉和树脂粉末二者的混合物来制备的压粉磁芯，其中铁粉包括细粉(atomized)铁粉和还原铁粉，树脂粉末包括选自热固性聚酰亚胺(下文称为“热固性PI”)粉末、热固性PI粉末和聚四氟乙烯粉末二者的混合物、热塑性聚酰亚胺(下文称为“热塑性PI”)粉末、以及热塑性PI粉末和聚四氟乙烯粉末二者的混合物中的一种。
本发明的第二个方面涉及通过压制铁粉和树脂粉末的混合物而制备的压粉磁芯，其中铁粉含有5-70％的还原铁粉和树脂粉末是0.01-0.15％的热固性聚酰亚胺粉末，相对于粉末混合物的总量。除非另有规定，这里使用的按“％”或“百分率”计的值分别是指“质量％”或“质量百分率”。
本发明的第三个方面涉及通过压制铁粉和树脂粉末的混合物而制备的压粉磁芯，其中铁粉含有5-70％的还原铁粉和树脂粉末包含0.01-0.15％的热固性聚酰亚胺粉末和聚四氟乙烯粉末，相对于粉末混合物的总量。
本发明的第四个方面涉及通过压制铁粉和树脂粉末的混合物而制备的压粉磁芯，其中铁粉含有5-50％的还原铁粉和≤0.3％的热塑性聚酰亚胺粉末，相对于粉末混合物的总量。
本发明的第五个方面涉及通过压制铁粉和树脂粉末的混合物而制备的压粉磁芯，其中铁粉含有5-50％的还原铁粉和树脂粉末包含总和≤0.3％的热塑性聚酰亚胺粉末和聚四氟乙烯粉末，相对于粉末混合物的量。
本发明的第六个方面涉及生产压粉磁芯的方法，该方法包括以95∶5到30∶70％(细粉铁粉∶还原铁粉)的比率将细粉铁粉和还原铁粉一起混合，细粉铁粉颗粒的表面涂有磷酸酯化合物；将选自热固性聚酰亚胺、热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯的混合物、热塑性聚酰亚胺、和热塑性聚酰亚胺和聚四氟乙烯的混合物中的的树脂粉末加入到铁粉混合物中，和然后将所得混合物在其壁涂有润滑剂的压制模具中压缩，以获得压坯，随后将压坯进行热处理，视需要而定，进一步将所得热处理产品进行切削或研磨机械加工。
附图简述
图1是显示在由细粉铁粉制成的压粉磁芯的树脂(热塑性PI或热固性PI)含量和密度之间的关系的图。
图2是显示在由细粉铁粉制成的压粉磁芯的树脂(热塑性PI或热固性PI)含量和径向压碎强度之间的关系的图。
图3是显示在由细粉铁粉制成的压粉磁芯的树脂(热塑性PI或热固性PI)含量和磁通密度之间的关系的图。
图4是显示在由细粉铁粉制成的压粉磁芯的树脂(热塑性PI或热固性PI)含量和铁损耗之间的关系的图。
图5是显示在单独由细粉铁粉制成或由还原铁粉和细粉铁粉制成的压粉磁芯的还原铁粉的含量和密度之间的关系的图。
图6是显示在单独由细粉铁粉制成或由还原铁粉和细粉铁粉制成的压粉磁芯的还原铁粉的含量和径向压碎强度之间的关系的图。
图7是显示在单独由细粉铁粉制成或由还原铁粉和细粉铁粉制成的压粉磁芯的还原铁粉的含量和磁通密度之间的关系的图。
图8是显示在单独由细粉铁粉制成或由还原铁粉和细粉铁粉制成的压粉磁芯的还原铁粉的含量和铁损耗之间的关系的图。
图9是显示在通过改变还原铁粉的含量和热固性PI的含量而制备的压粉磁芯的还原铁粉含量和密度之间的关系的图。
图10是显示在通过改变还原铁粉的含量和热固性PI的含量而制备的压粉磁芯的还原铁粉的含量和磁通密度之间的关系的图。
图11是显示在压粉磁芯的密度和磁通密度之间的关系的图，它由在图9和10中所示的结果得出。
图12是在通过改变热固性PI的含量由细粉铁粉和还原铁粉制成的压粉磁芯的还原铁粉含量和铁损耗之间的关系的图。
图13是显示在使用单纯热固性的PI或热固性PI和PTFE由细粉铁粉和还原铁粉制成的压粉磁芯的还原铁粉含量和密度之间的关系的图。
图14是显示在使用单纯的热固性PI或热固性PI和PTFE由细粉铁粉和还原铁粉制成的压粉磁芯的还原铁粉含量和磁通密度之间的关系的图。
图15是显示在使用单纯的热固性PI或热固性PI和PTFE由细粉铁粉和还原铁粉制成的压粉磁芯的还原铁粉的含量和铁损耗之间的关系的图。
图16是显示在使用热塑性PI的树脂的压粉磁芯的还原铁粉的含量和密度之间的关系的图。
图17是显示在使用热塑性PI的树脂的压粉磁芯的还原铁粉含量和磁通密度之间的关系的图。
图18是显示在使用热塑性PL的树脂的压粉磁芯的还原铁粉含量和铁损耗之间的关系的图。
图19是显示在使用热塑性PI的树脂的压粉磁芯的还原铁粉含量和径向压碎强度之间的关系的图。
实施本发明的最佳方式
将参照实施本发明的实例和方式来更详细地描述本发明。
在以下描述了在实验中使用的粉末，生产压粉磁芯的方法和特性的测量方法。
1、铁粉
(1)用非常薄的磷酸酯化合物的绝缘层涂布的粒径≤200μm的细粉铁粉，它由H_gan_s AB(商品名：“Somaloy 500”)生产。
(2)用非常薄的磷酸酯化合物的绝缘层涂布的粒径≤200μm的还原铁粉，它由H_gan_s AB(商品名：“Permite 75”)生产。
2、树脂粉末
(1)热塑性PI粉末：平均粒径20μm
(2)热固性PI粉末：平均粒径20μm
(3)PTFE粉末：平均粒径5μm
3、压缩
在100℃下，将润滑剂粉末(硬脂酸锌)在乙醇中的5％分散体施涂于压制模具的壁面。在干燥涂布表面之后，将铁粉和树脂粉末的加热混合物进给模具，在100℃的温度和1560MPa的压力下进行压制。
4、压坯的热处理
(1)将含有热塑性PI的压坯在氮气氛围中在400℃下加热1小时。
(2)含有热固性PI的压坯在空气中在200℃下加热2小时。
5、试件
热处理制品进行钻孔和端面刮擦，形成内径10mm，外径23mm和长度10mm的圆柱形试件。
6、特性
(1)磁通密度(T)在8000A/m的磁场强度下测量。
(2)铁损耗(kW/m3)在0.25T(特斯拉)的施加磁通密度和5kHz的频率下测量。
(3)径向压碎强度(MPa)根据JIS Z 2507-1979“烧结金属轴承-径向压碎强度的测定”，(对应于ISO 2739“烧结金属衬套-径向压碎强度的测定”)测量。
(4)密度(Mg/m3)根据JIS Z 2505-1979“烧结金属材料密度的测定”，(对应于ISO 2738“渗透性烧结金属材料-密度、油含量和开口孔隙率的测定”)测定。
1)热固性PI和热塑性PI
压粉磁芯通过使用细粉铁粉和还原铁粉的铁粉以及热固性PI和热塑性PI的树脂粉末来制备，并且进行对比试验。应该理解的是，当想要制备具有≤3000kW/m3的铁损耗的压粉磁芯时，热固性PI是适合的。同时，当铁损耗达到大约3500kW/m3可以接受时，能够使用热塑性PI。
在以下，描述这些树脂的应用
2)热固性PI
将参照显示通过实验获得的它们的特性的图来进行说明。
1、树脂的类型和含量
图1-4显示了通过单独使用细粉铁粉与不同含量的热塑性PI或热固性PI制备的压粉磁芯的几个特性。
图1显示了压粉磁芯的密度，可以看出，树脂含量越多，密度越低。在含有热固性PI的压粉磁芯中，密度一般高于含有热塑性PI的那些。
图2显示了压粉磁芯的径向压碎强度，其中树脂的添加量越多，径向压碎强度越低。在通过使用热塑性PI制备的压粉磁芯的情况下，径向压碎强度随树脂含量的增加而降低。同时，当使用热固性PI时，当树脂含量超过0.1％时径向压碎强度几乎处于恒定水平。
图3显示了磁通密度。该值随树脂含量的增加而降低。在使用热固性PI的情况下，降低的趋势是较小的。磁通密度具有在图1中所示的在密度之间的相关性。
图4显示了铁损耗(铁芯损耗)。该值随树脂含量的增加而大幅度降低。当树脂含量超过一定水平时，铁损耗随树脂添加量降低的度终止。使用热固性PI的铁损耗是较低的，当树脂含量是≥0.10％时，该值几乎是恒定的。
在以下段落中总结了前面的实验的结果。
(1)通过使用热固性PI制备的压粉磁芯优于其它压粉磁芯。与通过添加热塑性PI制备的压粉磁芯的这些值相比，通过添加热固性PI制备的压粉磁芯具有更高的密度，更高的磁通密度，更低的铁损耗和更高的径向压碎强度。
(2)在压粉磁芯中，热固性PI的含量越少，密度、径向压碎强度和磁通密度也就越高。
(3)在大约0.1％的水平以内，铁损耗随热固性PI的含量的增加而大幅度下降，然而，该值不随超过大约0.15％的树脂含量的增加而降低。
(4)因为密度、径向压碎强度和磁通密度随热固性PI含量的增加而降低，所以能够得知，热固性PI的含量优选是低的。
顺便提一下，在压粉磁芯的机械精整加工表面中，发现了粗糙的表面和有时小的边缘削去，而不管所使用的树脂的类型或含量如何，所以这类问题必须要消除。
2、通过使用细粉铁粉和还原铁粉制备的压粉磁芯的特性
如上所述通过使用细粉铁粉制备的压粉磁芯的机械加工性为什么不好的原因被推测为铁粉颗粒易于在机械加工中掉落或剥落。这是由于具有平滑表面的细粉铁粉颗粒本身的形状和相对小的比表面积。
在通过使用具有相对较大的比表面积的还原铁粉制备的压粉磁芯的机械加工实验中，压粉磁芯的机械加工表面令人满意地是平滑的。然而，通过使用还原铁粉制备的压粉磁芯几乎不具有高磁通密度，这是因为由于还原铁粉在压缩性上相对低劣的事实，通过使用还原铁粉难以形成较高密度产品。
鉴于以上事实，检验了使用细粉铁粉和还原铁粉的混合物对磁通密度、铁损耗和机械加工性的效果。
图5和8显示了通过仅使用细粉铁粉(它对应于0％的还原铁粉)以及使用细粉铁粉和还原铁粉的1∶1(质量)混合物制备的压粉磁芯的特性，其中使用0.1％含量的热固性PI或热塑性PI的粘结树脂，相对于粉末混合物的总量。
图5显示了密度，其中与仅由细粉铁粉(还原铁粉是0％)制备的压粉磁芯比较，含有50％还原铁粉的压粉磁芯的密度是低的。在压粉磁芯含有还原铁粉和热固性PI的压粉磁芯的情况下，压粉磁芯的密度的降低是较大的。
图6显示了径向压碎强度。含有还原铁粉的压粉磁芯具有较高的径向压碎强度。在压粉磁芯含有还原铁粉和热固性PI的情况下，径向压缩强度的增加是较小的。
图7显示了磁通密度和当压粉磁芯含有还原铁粉时该值是低的。另外，含有还原铁粉和热固性PI的压粉磁芯的磁通密度大大降低。
图8显示了铁损耗和当压粉磁芯含有还原铁粉时，该值是较高的。虽然含有还原铁粉和热塑性PI的压粉磁芯的铁损耗是极高的，但仅含有细粉铁粉和热固性PI的压粉磁芯的铁损耗是低的和该值几乎不随还原铁粉的添加而增加。换句话说，含有热固性PI的压粉磁芯的铁损耗几乎不增加，即使热固性PI与附加的还原铁粉结合使用。
含有还原铁粉的压粉磁芯的机械加工性是非常优异的。
在以下总结了其中将还原铁粉加入到细粉铁粉中的上述实验的结果。
(1)与仅由细粉铁粉制备的压粉磁芯比较，含有还原铁粉的压粉磁芯的压缩性不好且密度低，所以后一压粉磁芯的磁通密度是低劣的。
(2)含有还原铁粉的压粉磁芯的径向压碎强度是高的。
(3)在压粉磁芯含有还原铁粉的情况下，与添加热塑性PI相比，当添加热固性PI时，铁损耗是低的。
(4)通过添加还原铁粉，机械加工性显著改进。
(5)鉴于上述事实，与仅由细粉铁粉制备的那些相比，含有还原铁粉的压粉磁芯的密度和磁通密度均是低的，另外，能够通过添加热固性PI降低铁损耗，同时，机械加工性被明显改进。因此，还原铁粉的使用适合于生产其中需要机械加工的压粉磁芯。
3、细粉铁粉和还原铁粉的量的效果，以及添加热固性PI的效果
鉴于以上结果，更特定地测试细粉铁粉和还原铁粉的量的效果；和添加热固性PI的效果，以便获得它们的适当组合。
图9-12显示了含有细粉铁粉、还原铁粉和热固性PI的压粉磁芯的特性，其中它们的含量是不同的。
图9显示了压粉磁芯的密度。应该理解的是，当还原铁粉的含量或热固性PI的含量增加时，密度降低。
图10显示了压粉磁芯的磁通密度。以与在图9中所示的密度相同的方式，磁通密度随还原铁粉或热固性PI的含量的增加而降低。
在图11中示出了由图9和图10的结果得出的在密度和磁通密度之间的关系。不管热固性PI的含量和还原铁粉的含量如何，在密度和磁通密度之间存在相关性。在该图中所示的相关性用下式来表示：
B＝1.7d-11.14
其中(B)表示磁通密度和(d)表示密度。
图12显示了压粉磁芯的铁损耗。铁损耗随还原铁粉含量的增加而增加。虽然当热固性PI是在0.10-0.30％的范围内时，铁损耗几乎处于相同水平，但当热固性PI的含量为≤0.05％时，铁损耗值增加。对于在机械加工之后的工作面，观察了添加5％的还原铁粉的效果，不管热固性PI的含量如何。随着还原铁粉的含量的增加，可以生产更优选的机械加工面。
在以下总结了上述实验的结果。
(1)通过使用≤50％的还原铁粉和≤0.15％的热固性PI制备的压粉磁芯具有≥1.8T的磁通密度。鉴于由含有0.3％的聚苯硫醚的细粉铁粉制备的压粉磁芯具有1.7T的磁通密度的事实，所以1.8T的磁通密度值是相当高的水平。
(2)在想要超过1.75T的磁通密度的情况下(这高于以上参比产物)，可以通过使用含有≤0.15％的热固性PI和≤70％的还原铁粉的粉末材料来实现该目的。
(3)在想要铁损耗≤3000kW/m3的产品的情况下，可以通过使用含有≥0.10％的热固性PI和≤70％的还原铁粉的粉末材料来实现该目的。
(4)如果对铁损耗的值没有限制，优选使用较低树脂含量的粉末材料，因为这样能够提高压粉磁芯的磁通密度。
(5)机械加工表面的条件(比如粗糙度和在压粉磁芯的机械加工中引起的其它缺陷)能够通过使用含有还原铁粉的粉末材料来改进。必要的是，还原铁粉的含量是≥5％，以便改进机械加工面。还原铁粉的含量越高，表面条件越好。
鉴于上述事实，还原铁粉的优选含量是5-50％，热固性PI是0.10-0.15％，以便获得具有改进机械加工性，≥1.8T的磁通密度和≤3000kW/m3的铁损耗的压粉磁芯。
在压粉磁芯具有≥1.75T的磁通密度和相对高的铁损耗可以接受的情况下，可以通过使用含有5-70％的还原铁粉和≤0.15％的热固性PI的粉末材料来实现该目的。
当需要较高的磁通密度，而相对高的铁损耗可以接受时，热固性PI的含量能够是0.01％的最低值，在该值下，发现了铁损耗的降低。在这种情况下，压粉磁芯理想地具有较高的磁通密度和较低的铁损耗，所以优选的是，还原铁粉含量不超过50％。
4、通过添加PTFE改进粉末材料的压缩性
如上所述，压粉磁芯的机械加工性能够通过添加还原铁粉来改进，然而，与单独由细粉铁粉组成的粉末材料相比，粉末材料的压缩性变坏。因此，必要的是，增加施涂于粉末材料的压缩载荷，以便生产具有较高磁通密度的压粉磁芯。
检验润滑剂粉末的效果，以便容易地提高密度(即改进压缩性)，结果，增加磁通密度。这里使用的润滑剂粉末是PTFE(聚四氟乙烯)。
图13-15显示了通过仅使用热固性PI制备的压粉磁芯和通过使用质量比为1∶1的热固性PI和PTFE制备的那些粉末的特性。在实验中，细粉铁粉和还原铁粉的比率随相对于粉末材料总量的0.10％和0.15％的树脂含量而改变。这些压粉磁芯以与前述实验相同的方式生产。热处理也与前述实验相同的方式使用热固性PI进行。
图13显示了密度，其中通过使用热固性PI和PTFE的混合物制备的压粉磁芯的密度比通过仅使用热固性PI制备的压粉磁芯的结果高0.02Mg/cm3。
图14显示了磁通密度，其中通过使用热固性PI和PTFE的混合物制备的所得压粉磁芯的值由于密度的增加而增加。即使在由含有70％的还原铁粉和0.10％的热固性PI和PTFE的混合物的粉末材料制成的压粉磁芯的情况下，磁通密度也超过1.8T的值。
图15显示了铁损耗。通过使用热固性PI和PTFE的混合物制备的压粉磁芯的铁损耗稍微高于通过仅使用热固性PI制备的那些。即使在由含有70％的还原铁粉和0.10％的热固性PI和PTFE的混合物的粉末材料制成的压粉磁芯中，铁损耗也低于3000kW/m3。
在以下总结了前述实验的结果。
(1)当一部分的热固性PI被PTFE替代时，能够改进粉末的压缩性，使得能够获得高密度产品。因此，能够生产具有高磁通密度的压粉磁芯。因而，可以增加铁粉混合物中的还原铁粉的含量。结果表明，当粉末材料含有PTFE时，在粉末压制过程中，在铁粉颗粒之间的摩擦阻力和在铁粉颗粒与压制模具壁之间的摩擦阻力降低。
(2)与单独使用热固性PI相比，PTFE稍微升高了铁损耗。然而，当PTFE的含量是0.10％时，即使当还原铁粉的含量是70％时，也能够获得≤3000kW/m3的铁损耗。
鉴于这些结果，可以认识到，通过使用含有0.01-0.15％的热固性PI，或优选通过使用其中0.10-0.15％的热固性PI部分被PTFE替代的粉末材料，能够生产出高密度和高磁通密度的压粉磁芯。即使当热固性PI的含量多达0.15％和还原铁粉的含量多达70％时，也能够生产出具有较高磁通密度和较低铁损耗的压粉磁芯。
5、生产含有PTFE的压粉磁芯的方法
如上所述，如果粉末材料含有PTFE，可以改进粉末混合物的压缩性，从而有利于生产具有高磁通密度的压粉磁芯。
在以上实验中，热固性PI与PTFE的质量比率是1∶1，然而，能够采用任何比率比如3∶1或1∶3，以便根据还原铁粉的含量使铁损耗令人满意。
优选的是，PTFE的含量少于或等于树脂总含量的四分之三(3/4)，因为与热固性PI相比PTFE使铁损耗变大。
当添加PTFE时，压坯的热处理在150-250℃，优选200℃的温度下进行，这适合于处理含有热固性PI的材料。在PTFE被软化或熔化的更高温度下，热固性PI劣化，失去绝缘性能和铁损耗变大。为此，热处理在150-250℃的温度下进行。
如上所述，通过同时使用细粉铁粉和还原铁粉能够改进压粉磁芯的机械加工面。如果所使用的树脂粉末是热固性PI，所得产品具有优异的磁通密度和铁损耗。另外，当热固性PI的树脂粉末部分用PTFE替代时，粉末材料的压缩性被改进，因此，能够获得具有更高磁通密度的压粉磁芯。
当使用热固性PI时，能够通过使用其中树脂含量是0.01-0.15％，优选0.10-0.15％和细粉铁粉与还原铁粉的比率是95∶5-30∶70的粉末材料来获得具有优异磁特性的压粉磁芯。
当所使用的粉末材料同时含有热固性PI和PTFE时，制备粉末材料，使得树脂的总含量是0.01-0.15％，优选0.10-0.15％和细粉铁粉与还原铁粉的比率是95∶5-30∶70，另外，PTFE的含量等于或少于树脂总量的四分之三，从而获得具有优异磁特性的压粉磁芯。
3)热塑性PI
如下所示通过采用已知的信息进行下述实验。
(1)由细粉铁粉制备的压粉磁芯为什么具有机械加工性问题的原因据认为是铁颗粒易于在机械加工过程中掉落，这是因为细粉铁粉的颗粒具有相对小的比表面积。
(2)通过添加还原铁粉和类似地加工而制备的压粉磁芯具有平滑的机械加工面。然而，当添加还原铁粉时，由于比较低的压缩性，压粉磁芯的磁通密度是低的。
(3)虽然通过使用PPS或热塑性PI作为粘结树脂而制备的压粉磁芯具有高密度和高磁通密度，但通过使用热塑性PI制备的那些具有更好的铁颗粒绝缘性和更低的铁损耗。
(4)铁损耗随粘结剂树脂的含量的增加而降低。同时，如果该含量超过基于总量的0.3％，几乎不能获得高密度的压粉磁芯，使得难以获得具有高磁通密度的产品。
基于以上知识，对于将细粉铁粉和还原铁粉的混合物与粘结剂树脂一起结合，根据实验结果，检验磁通密度、铁损耗和机械加工性的各自的优选条件。
在以下，参考显示几个特性的图来进行描述。
图16-19显示了关于由仅含细粉铁粉，或同时含细粉铁粉和还原铁粉(通过改变它们的配混比)的铁粉和热塑性PI的树脂(也通过改变它的含量)制备的压粉磁芯的几类特性。
图16显示了压粉磁芯的密度。该图对应于在图9中所示的关系，只是在图9中的热固性PI用在图16中的热塑性PI代替。密度也随还原铁粉的含量或热固性PI的含量的增加而降低。
图17显示了压粉磁芯的磁通密度。以与在图16中所示的密度的趋势相同的方式，磁通密度随还原铁粉的含量的增加和热塑性PI的含量的增加而降低。当以与图11类似的方式总结以上数据时，密度与磁通密度相关，不管树脂的含量和还原铁粉的含量如何。通过一起考察图16和17中的结果，可以认识到，当密度是7.52Mg/m3时，磁通密度是1.60T，当密度是7.55Mg/m3时，磁通密度是1.7T，以及当密度是7.60Mg/m3时，磁通密度是1.79T。此外，如果还原铁粉的含量是≤50％，当树脂的含量低于1.5％时磁通密度超过1.8T，以及当树脂的含量低于0.3％时磁通密度超过1.65T。
如在现有技术中已知的那样，由含有0.3％的PPS的细粉铁粉制备的压粉磁芯具有大约1.7T的磁通密度。在添加热塑性PI作为树脂材料的情况下，如图17所示，在0％的还原铁粉(只有细粉铁粉)和0.3％的树脂的含量下，磁通密度是1.79T。所以，可以体会到，热塑性PI优于PPS。
另外，为了获得具有较高磁通密度的压粉磁芯，优选降低热塑性PI的含量和还原铁粉的含量。
图18显示了压粉磁芯的铁损耗，其中当还原铁粉的含量增加时，铁损耗的值增加。另一方面，理想的是，树脂含量越高，铁损耗越低。此外，即使粉末材料含有超过0.3％的树脂材料，铁损耗也只稍微降低。
当想要制备具有更低的铁损耗的压粉磁芯时，根据在图18中的结果，采用下列范围。例如，为了制备具有低于大约3500kW/m3的铁损耗的压粉磁芯，可以在含有10％还原铁粉的粉末材料中选择大约0.08％或更多的热塑性PI；在含有20％的还原铁粉的粉末材料中选择大约0.125％或更多的热塑性PI；以及在含有30％的还原铁粉的粉末材料中选择大约0.15％或更多的热塑性PI。换句话说，铁粉材料是细粉铁粉和≤30％的还原铁粉的混合物。热塑性PI的含量理想地是≤0.3％，相对于粉末混合物的总量。根据在10％的还原铁粉与0.3％的树脂含量的点和30％的还原铁粉与0.15％的树脂含量的点之间绘制的线性相关曲线，能够确定树脂材料的含量，其中实际采用的树脂含量可以是大于以上线性相关的适当值。
图19显示了压粉磁芯的径向压碎强度。径向压碎强度的值随还原铁粉的含量的增加而改进。另一方面，当热塑性PI的含量增加时，径向压碎强度降低。
然后观察在用车床加工以后的压粉磁芯的机械加工面，结果证明，其中含有≥5％的还原铁粉的试件的机械加工面改进，以及随着还原铁粉的含量的增加，机械加工面是平滑的，没有诸如划痕或碎屑之类的缺陷。
在以下总结了前述结果。
(1)当将细粉铁粉与还原铁粉混合时，所得压粉磁芯具有更高的径向压碎强度和几乎没有诸如由于机械加工造成的成片剥落的之类的缺陷。这些优点由于添加了≥5％的还原铁粉而被发现。
(2)当使用热塑性PI作为树脂粉末时，磁通密度增高。
(3)当还原铁粉的含量是≤50％和热塑性PI的含量是≤0.15％时，能够获得具有≥1.8T的磁通密度的压粉磁芯。当树脂含量是≤0.3％时，能够获得具有≥1.65T的压粉磁芯。后者的磁通密度比由细粉铁粉和PPS的混合物制成的压粉磁芯的值降低大约3％，然而，根据本发明的压粉磁芯由于添加了还原铁粉而具有优异机械加工性的区别特征。
(4)在还原铁粉的含量较低和热塑性PI的含量较高的情况下，铁损耗值是低的。即使当树脂的含量进一步增加到0.3％的水平以上时，也不会产生任何附加效应。
(5)鉴于这些事实，理想的是，铁粉由细粉铁粉，还原铁粉和热塑性PI的树脂粉末的混合物组成，其中还原铁粉的含量是铁粉混合物的5-50％，以及热塑性PI的含量是基于粉末材料的总量的0.3％或更低。
在下文中，描述与上述压粉磁芯相比具有更低铁损耗和更高密度的压粉磁芯。
已知的是，高密度压粉磁芯能够通过在粉末混合物的压制中降低铁颗粒之间的摩擦阻力，以得到具有较高磁通密度的压粉磁芯来获得。众所周知的润滑剂的例子是云母，石墨，二硫化钼和PTFE。在本发明中，测试PTFE作为树脂材料的润滑剂。
在实验中，使用细粉铁粉和还原铁粉二者的粉末混合物及树脂材料以与前述实施例相同的方式制备压粉磁芯。所使用的粉末混合物含有10％和30％的还原铁粉和0.15％的树脂材料。树脂材料在一组压粉磁芯中是热塑性PI，在另一组中，一半的热塑性PI用PTFE替代。
在形成压粉磁芯之后，将含有PTFE的压粉磁芯的特性与不含PTFE的那些比较，结果在以下表1中示出。
由含有PTFE的粉末混合物制备的压粉磁芯具有高0.02T的磁通密度，这归因于由于改进的粉末混合物的压缩性，从而密度高0.01Mg/m3的事实。换句话说，这可以在压制中选择低压力条件。另外，铁损耗是稍低的，这指示PTFE与热塑性PI相比具有更好的绝缘性能。
虽然在以上实验中热塑性PI与PTFE的比率是1∶1，鉴于增高密度和降低铁损耗的作用，以上比率例如能够改变为3∶1或1∶3。
表1
 PTFE的使用 含有PTFE  不含PTFE
 还原铁粉量(％) 10  30  10  30
 密度(Mg/m3) 7.66  7.64  7.65  7.63
 磁通密度(T) 1.89  1.85  1.87  1.83
 铁损耗(kW/m3) 3050  3350  3100  3500
工业应用性
根据本发明制备的压粉磁芯具有优异的机械加工性，所以本发明适合于生产复杂形状或精确尺寸的压粉磁芯，比如通过机械加工来修整的那些。此外，因为可以提供高磁通密度和低铁损耗的压粉磁芯，所以本发明适合于生产通过使用缩小型或节电型压粉磁芯制备的电磁产品。

Claims (6)

1、通过压制铁粉和树脂粉末的混合物所制备的压粉磁芯，所述铁粉由细粉铁粉和还原铁粉组成，以及所述树脂粉末是选自热固性聚酰亚胺粉末，热固性聚酰亚胺粉末和聚四氟乙烯粉末二者的混合物，热塑性聚酰亚胺粉末，以及热塑性聚酰亚胺粉末和聚四氟乙烯粉末的混合物中的至少一种。
2、如权利要求1所要求的通过压制所述铁粉和树脂粉末的混合物制备的压粉磁芯，其中所述铁粉含有5-70质量％的还原铁粉和所述树脂粉末是相对于所述粉末混合物总量的0.01-0.15质量％的热固性聚酰亚胺粉末。
3、如权利要求1所要求的通过压制所述铁粉和树脂粉末的混合物制备的压粉磁芯，其中所述铁粉含有5-70质量％的还原铁粉，和所述树脂粉末包含相对于所述粉末混合物总量的0.01-0.15质量％的热固性聚酰亚胺粉末和聚四氟乙烯粉末二者。
4、如权利要求1所要求的通过压制所述铁粉和树脂粉末的混合物制备的压粉磁芯，其中所述铁粉含有5-50质量％的还原铁粉和所述树脂粉末是相对于所述粉末混合物总量的≤0.3质量％的热塑性聚酰亚胺粉末。
5、如权利要求1所要求的通过压制所述铁粉和树脂粉末的混合物制备的压粉磁芯，其中所述铁粉含有5-50质量％的还原铁粉和所述树脂粉末是相对于所述粉末混合物总量的≤0.3质量％的热塑性聚酰亚胺粉末和聚四氟乙烯粉末的混合物。
6、生产压粉磁芯的方法，该方法包括下列步骤：
以用细粉铁粉∶还原铁粉表示的95∶5到30∶70质量％的比率将细粉铁粉和还原铁粉一起混合，二种铁粉颗粒的表面涂有磷酸酯化合物；
将选自热固性聚酰亚胺，热固性聚酰亚胺和聚四氟乙烯二者的混合物，热塑性聚酰亚胺，以及热塑性聚酰亚胺和聚四氟乙烯二者的混合物中的至少一种加入到所述铁粉混合物中，
然后将这样形成的混合物在其壁涂有润滑剂的压制模具中压缩，以获得压坯，
随后将所述压坯进行热处理，视需要而定，进一步将所得热处理产品进行定尺寸、切削或研磨机械加工。
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