CN1781165A - 软磁材料、电机磁芯、变压器磁芯以及制备该软磁材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种软磁材料，其包含复合磁性颗粒(30)和有机物质(40)。所述复合磁性颗粒(30)由金属磁性颗粒(10)以及含氧化物的金属磁性颗粒(10)的涂层(20)组成。所述有机物质(40)通过向用于提高材料的耐久性如疲劳极限的非热塑性树脂中加入用于增加材料的电阻率的热塑性树脂和高级脂肪酸中的至少一种进行制备。有机物质(40)和软磁材料的比值设定为至少0.001且最高为0.2质量％。本发明提供了软磁材料及其生产方法，该软磁材料具有高磁性和机械强度并表现出即使当用于电机磁芯时也充分满足耐久性的疲劳性质和电阻率。此外，提供了使用该软磁材料的电机磁芯和变压器磁芯。在使用该软磁材料的电机磁芯中，能够显著减少铁损耗(磁芯损耗)。

Description

软磁材料、电机磁芯、变压器磁芯以及制备该软磁材料的方法
技术领域
本发明涉及一种尤其是在电机磁芯等中使用的具有优异的疲劳和磁性质的软磁材料、用于制备该软磁材料的方法、以及电机磁芯和变压器磁芯。
背景技术
最近几年，发展了更高密度、更小型化的电气和电子元件，而零部件诸如电机磁芯和变压器磁芯需要在低电功率下提供更精确的控制。因而，正在开发用于这些在中到高频范围内具有高磁性的电气和电子元件中的软磁材料。为了在中到高频范围获得高磁性，应当同时实现高饱和磁通密度、高磁导率和电阻率。
当电气和电子设备被加工和安装并且用作产品时，电机磁芯等也需要具有必要的机械强度。日本专利公开号2002-246219公开了一种树脂含量为0.15质量％～1质量％的软磁材料，以同时获得高磁性和机械强度。在软磁材料中，树脂含量设定为不低于0.15质量％，因为如果树脂含量低于0.15质量％，则磁性粉末颗粒具有较低的结合强度和绝缘效果。
然而，与金属材料不同，树脂没有严格的疲劳极限。因此，如果软磁材料包含更多的树脂，则软磁材料不能获得高疲劳性质。因此，不能说树脂含量为0.15质量％～1质量％的软磁材料具有足够的耐久性来长时期用作电机磁芯。
发明内容
本发明的一个目的是解决上述问题，而且提供一种软磁材料和制备该软磁材料的方法，所述软磁材料具有高磁性和机械强度，并且也具有足以持久用作电机磁芯等的疲劳性质和电阻率。本发明的再一个目的是提供由该软磁材料制备的电机磁芯和变压器磁芯。
根据本发明的软磁材料是包含复合磁性颗粒和有机物质的软磁材料。所述复合磁性颗粒具有金属磁性颗粒以及涂敷金属磁性颗粒并其中含有氧化物的涂层。所述有机物质通过向非热塑性树脂中加入热塑性树脂和高级脂肪酸中的至少一种形成。非热塑性树脂具有改善耐久性如材料的疲劳极限的作用，而所述热塑性树脂和高级脂肪酸具有增加材料电阻率的作用。所述有机物质以不低于0.001质量％且不高于0.2质量％的量包含在软磁材料中。
非热塑性树脂是具有类似于热塑性树脂性质的树脂，并且在不高于热分解温度的温度下其熔点并不存在。
相比于只使用热塑性树脂的情况，有机物质中使用非热塑性物质能够抑制机械强度的恶化，并且改善耐久性如材料的疲劳极限。通过设定含非热塑性树脂的有机物质的含量为不高于0.2质量％时，能够获得即使在108次反复横向弯曲试验中也具有足够机械强度的软磁材料。由此，能够获得高疲劳性和磁通密度。此外，当含非热塑性树脂的有机物质含量小于0.001质量％时，不能够充分增加材料的机械强度和电阻率。因此，通过设定含非热塑性树脂的有机物质含量为不小于0.001质量％并不大于0.2质量％，能够获得具有高疲劳性以及高电阻率和磁通密度的软磁材料。
另一方面，向非热塑性树脂中加入热塑性树脂和高级脂肪酸中的至少一种能够在压缩模塑法步骤过程中抑制复合磁性颗粒涂层的破坏。此外，在稳定化热处理步骤中热塑性树脂或高级脂肪酸进入被破坏的涂层中，从而产生修补被破坏涂层的作用。利用这些作用，能够增加材料的电阻率，当使用该材料作为铁磁芯时显著降低芯损耗。
此外，热塑性树脂优选氟类树脂、热塑性聚酰亚胺、热塑性聚酰胺、热塑性聚酰胺-酰亚胺、高分子量聚乙烯中的一种。热塑性聚酰亚胺、热塑性聚酰胺和热塑性聚酰胺-酰亚胺在机械强度和电阻率上都很优异。高分子量聚乙烯是分子量不低于100,000的聚乙烯。此外，高级脂肪酸优选为硬脂酸锌。硬脂酸锌即使其所加入量很小也能够增加软磁材料的电阻率。由于所加入硬脂酸锌的量小，因此复合磁性颗粒的密度能够增加，从而增加了磁通密度。由于上述原因，通过向非热塑性树脂中加入这些有机材料，具有高疲劳性质的软磁材料能够获得高绝缘性和磁通密度。
使用根据本发明的材料组合物以及成型和烧结技术，利用所加入的热塑性树脂或高级脂肪酸，能够获得具有通常不能获得的性质的材料，即，当施用8.0×103(A/m)的磁场时，软磁材料具有不低于1.4(特斯拉)的磁通密度B和不低于1000(μΩcm)的电阻率。
此外，非热塑性树脂优选使用联苯四羧酸二酐的全芳族聚酰亚胺。由于联苯四羧酸二酐单独用作树脂时具有高的横向断裂强度，因此它能够抑制熔化进入金属磁性颗粒之间晶界内的树脂的破裂，该破裂降低了软磁材料的强度。
根据本发明的电机磁芯是使用由上述之一中的软磁材料制成的铁磁芯的电机磁芯。此外，根据本发明的变压器磁芯是使用由上述之一中的软磁材料制成的铁磁芯的变压器磁芯。通过以这种方式使用由本发明的软磁材料制成的铁磁芯，上述效果能够在电机磁芯和变压器磁芯中获得。
根据本发明制备软磁材料的方法是制备包含复合磁芯颗粒和有机物质的软磁材料的方法，所述复合软磁颗粒具有金属磁性颗粒和涂敷该金属磁性颗粒并其中含有氧化物的涂层。制备软磁材料的方法包括混合有机物质和复合磁性颗粒，以使向非热塑性树脂中加入热塑性树脂和高级脂肪酸中的至少一种形成的有机物质以不低于0.001质量％且不高于0.2质量％的量包含在软磁材料中的步骤；压缩模塑由混合步骤获得的混合粉末；和，在压缩模塑该混合粉末的步骤之外，软磁材料在不低于200℃且不高于非热塑性树脂的热分解温度的温度下进行稳定化热处理。由此，有机物质用作润滑剂，从而抑制复合磁性材料涂层的破坏。
此外，制备软磁材料的方法优选包括在压缩模塑混合粉末的步骤之后，软磁材料在不低于250℃且不高于非热塑性树脂的热分解温度的温度下进行稳定化热处理的步骤。而且，制备软磁材料的方法优选包括在压缩模塑混合粉末的步骤之后，软磁材料在不低于非热塑性树脂的玻璃化转变温度且不高于非热塑性树脂的热分解温度的温度下进行稳定化热处理的步骤。
稳定化热处理是使进入复合磁性颗粒之间的有机物质形变为适合于渗透该空间的形状。玻璃化温度是无定形高分子物质随着温度增加从玻璃状固体转变成橡胶态的温度。
在不低于200℃且不高于非热塑性树脂的热分解温度的温度下进行稳定化热处理能够抑制有机物质的热分解，能够稳定进入复合磁性材料之间缝隙的非热塑性树脂。由此，较小可能出现随时间的改变。
此外，软磁材料进行稳定化热处理的步骤优选包括软磁材料在惰性气体和减压气体之一的气氛中进行稳定化热处理的步骤。而且，压缩模塑该混合粉末的步骤优选包括在惰性气体和减压气体之一的气氛中压缩模塑该混合粉末的步骤。
在空气氛中进行压缩模塑和稳定化热处理是经济有利的。当这些步骤在惰性气体和减压气体的气氛中时，然而，它们能够抑制软磁材料在空气中被氧气氧化，并且它们还可以抑制非热塑性树脂的强度的降低。由于上述原因，优选在惰性气体或减压气体的气氛中进行压缩模塑和稳定化热处理。
包含在软磁材料中的有机物质具有不低于0.1μm且不高于100μm的粒径。当有机物质具有类似于或大于复合磁性颗粒的粒径的有机物质时，该有机物质在软磁材料中不均匀分布，导致密度的不均性。这样导致了软磁材料的机械强度和电性质不均匀。此外，通过设定有机物质的粒径为不低于0.1μm，混合该有机物质和复合磁性颗粒并且压缩模塑该混合粉末的步骤能够在技术意义上易于进行。
如上所述，根据本发明，能够提供具有高磁性和机械强度并且也具有满足足以持久用作电机磁芯等的疲劳性质和电阻率的软磁材料，以及制备该软磁材料的方法。此外，能够提供由软磁材料制成的电极磁芯和变压器磁芯。
附图说明
图1所示为示出本发明的实施方案中软磁材料剖面的示意图。
图2所示为示出本发明实施方案中线性电机的剖视图。
图3所示为示出本发明实施方案中的变压器磁芯的平面图。
具体实施方式
本发明中的软磁材料通过混合有机物质和具有含氧化物的绝缘涂层的复合磁性颗粒，并且压缩模塑该混合粉末获得。优选地，本发明的软磁材料是通过由压缩模塑获得的压缩块(compressed compact)进行热处理获得。下面，描述本发明中的软磁材料和制备该软磁材料的方法的实施方案。
图1所示为本发明实施方案中软磁材料剖面的示意图。参考图1，软磁材料包括具有金属磁性颗粒10和绝缘涂层20的复合磁性颗粒30和有机物质40，所述绝缘涂层20作为涂敷金属磁性颗粒10的涂层并含有氧化物。有机物质40通过向非热塑性树脂中加入热塑性树脂和高级脂肪酸中的至少一种形成。有机物质40以不低于0.001质量％且不高于0.2质量％的量包含在软磁材料中。
为了制备图1所示的软磁材料，首先，有机物质与复合金属材料混合获得混合粉末，其中金属磁性颗粒涂敷有含氧化物的绝缘涂层。在这种情况下，调节混合粉末中的混合比，以使在软磁材料中有机物质占不低于0.001质量％且不高于0.2质量％。混合技术没有特别限制，而可以使用任意的混合技术如球磨、机械合金化或机械熔合(mechanofusion)。
作为用于复合磁性颗粒的金属磁性颗粒，可以使用具有高饱和磁通密度和磁导率的颗粒，如铁(Fe)、铁(Fe)-硅(Si)合金、铁(Fe)-氮(N)合金、铁(Fe)-镍(Ni)合金、铁(Fe)-碳(C)合金、铁(Fe)-硼(B)合金、铁(Fe)-钴(Co)合金、铁(Fe)-磷(P)合金、铁(Fe)-铝(Al)合金或铁(Fe)-镍(Ni)-钴(Co)合金。
金属磁性颗粒的平均粒径为不小于5μm且不大于400μm。更优选地，金属磁性颗粒的平均粒径不小于5μm且不大于200μm。设定金属磁性颗粒的平均粒径为不小于5μm可产生颗粒较少被氧化的作用，并且它的磁性比更小平均粒径的金属磁性颗粒破坏得少些。此外，设定金属磁性颗粒的平均粒径为不大于400μm能够增加压缩块的密度，而不降低压缩模塑时的可压缩性。要注意的是，为获得金属磁性颗粒的平均粒径，金属磁性颗粒的粒径通过筛分测定，并且金属磁性颗粒的质量以粒径增加的顺序加入，以达到所测定金属磁性颗粒总质量的50％。在该点(50％粒径D)上获得的粒径确定为平均粒径。
含有氧化物的绝缘涂层用作绝缘层，并且抑制了涡电流的损耗。所使用的氧化物的实例包括磷酸铁(它是含有磷和铁的金属氧化物涂层)以及氧化物绝缘体，如磷酸锰、磷酸锌、磷酸钙、磷酸铝、氧化硅、氧化钛、氧化铝或氧化锆。
作为有机物质，可以使用非热塑性树脂和热塑性树脂混合物，非热塑性树脂和高级脂肪酸的混合物，以及非热塑性树脂、热塑性树脂和高级脂肪酸的混合物中的任一种。
当有机物质是非热塑性树脂、热塑性树脂和高级脂肪酸的混合物时，优选向相对于软磁材料为不低于0.001质量％的被包含的非热塑性树脂中，以相对于软磁材料为不低于0.025质量％的量加入热塑性树脂或以相对于软磁材料为不低于0.005质量％的量加入高级脂肪酸，随后有机物质的含量设定为不大于0.2质量％。利用加入不低于0.025质量％的热塑性树脂或0.005质量％的高级脂肪酸，能够获得电阻率不低于1000(μΩcm)且具有优异疲劳性的软磁材料。此外，相对于软磁材料计，热塑性树脂的含量优选设定为不低于0.05质量％。利用该设定，能够获得电阻率为不低于3000(μΩcm)且具有优异疲劳性质的软磁材料。
非热塑性树脂的实例包括全芳族聚酯和全芳族聚酰亚胺。热塑性树脂的实例包括氟类型树脂、热塑性聚酰亚胺、热塑性聚酰胺、热塑性聚酰胺-酰亚胺和高分子量聚乙烯。高分子量聚乙烯是分子量为不低于100,000的聚乙烯。此外，高级脂肪酸的实例包括硬脂酸锌、硬脂酸锂、硬脂酸钙、棕榈酸锂、棕榈酸钙、油酸锂和油酸钙。
优选地，有机物质的粒径为不小于0.1μm且不大于100μm。更优选地，有机物质的粒径为不小于0.1μm且不大于60μm。因此，能够获得更加均匀的机械强度和电性质。
优选地，有机物质的粒径为不大于复合磁性颗粒的粒径的十分之一。例如，当复合磁性颗粒的平均粒径为不低于200μm时，有机物质的粒径设定为不大于20μm，而当复合磁性颗粒的平均粒径为不大于150μm时，有机物质的粒径设定为不大于15μm。通过使用粒径在该值范围内的有机物质，有机物质的颗粒能够易于进入复合磁性颗粒之间的缝隙中，使有机物质更均匀地分散进入软磁材料中。这能够进一步抑制由于有机物质的不均匀分布所导致的机械强度以及绝缘性的不均匀。
复合磁性颗粒和有机物质的混合粉末放入模子中，在390(MPa)和1500(MPa)之间的压力下进行压缩模塑。这样，获得了混合粉末被压缩模塑的软磁材料。有机物质用作复合磁性颗粒之间的润滑剂。
虽然压缩模塑可以在空气气氛中进行，但是优选在惰性气体或减压气体的气氛中进行。虽然从生产成本考虑使用氮气作为惰性气体是有利的，但是可以使用氩气或氦气。
由压缩模塑获得的软磁材料在不低于200℃且不高于热塑性树脂的热分解温度的温度下进行稳定化热处理。由此，有机物质薄且均匀地稳定在复合磁性颗粒之间。虽然稳定化热处理可以在空气气氛中进行，优选在惰性气体或减压气体的气氛中进行。虽然从生产成本考虑使用氮气作为惰性气体是有利的，但是可以使用氩气或氦气。
图2所示为本发明实施方案中的线性电机的剖视图。参考图2，在线性电机7中，根据本发明的软磁材料被压缩模塑，并且用作电机的铁磁芯。
线性电机7包含内磁芯1；外磁芯2；具有在内磁芯1和外磁芯2之间形成的垂直于轴方向(箭头9所指的方向)的空隙6；在外磁芯2内提供的线圈3；和位于空隙内的磁铁4，并且具有与磁铁4整合且在轴方向可移动的可移动体5。可移动体5由轴承8支撑。
通常由薄铁皮的层叠体形成的内磁芯1和外磁芯2中的一个或两个可以替换为由本发明的软磁材料在模子内压缩模塑形成的内磁芯1或外磁芯2。这样能够显著简化线性电机7的安装过程。
在该结构中，当线性电机7在工作时，磁通穿过内磁芯1和外磁芯2的内部，并且在这时候涡电流围绕着磁场线产生。当磁芯在磁场线穿过的方向上具有低的电阻时，涡电流增加，并且增加量在电机输出中作为无效能量而被消耗。这导致电机效率的降低。因此，需要内磁芯1和外磁芯2易于使磁通通过，并且具有高的电阻。这些所需要的性质可以使用由本发明的软磁材料形成的内磁芯1和外磁芯2满足，从而实现高效且易于安装的线性电机7。
要注意的是，虽然对线性电机给出了解释，但是根据本发明的软磁材料也能够用于典型的旋转电机或变压器的内磁芯，使该磁芯只具有非常小的由于涡电流所导致的能量损失，并且易于制造。
参考图3，变压器50包括环形伸长的变压器磁芯51，该磁芯51通过压缩模塑根据本发明的软磁材料形成。两个线圈、即初级线圈52和次级线圈53缠绕到变压器磁芯51上。初级线圈52连接交流电源54，次级线圈53连接未示出的负荷。当电流流过初级线圈52时，在变压器磁芯51内产生磁通55，而磁通55的产生诱导(induce)了电压横过次级线圈53。电压值能够通过改变流过初级线圈52的电流值、初级线圈52和次级线圈53之间的匝数比等而改变。
根据本发明的软磁材料用下面描述的实施例进行评价。
Hoganas生产的“Somaloy 500”用作复合磁芯颗粒。在该颗粒中，作为涂层的磷酸盐化合物涂层形成于作为金属磁性颗粒的铁颗粒表面上。铁颗粒的平均粒径为不低于150μm，而磷酸盐化合物涂层的平均厚度为20nm。
Ube Industries，Ltd.生产的“UIP-R”用作用于有机物质的非热塑性树脂。在化学性质上，UIP-R是使用联苯四羧酸二酐的全芳族聚酰亚胺，并且其平均粒径为10μm。UIP-R的玻璃化转变温度和热降解温度分别为285℃和548℃。
Hoganas生产的“LB1”用作用于有机物质的热塑性树脂。LB1是熔融温度为220℃的热塑性聚酰胺。
硬脂酸锌用作用于有机物质的高级脂肪酸。硬脂酸锌的熔融温度为135℃。
复合磁性颗粒和用于上述有机物质的材料在球磨机中混合，获得混合粉末。球磨机在36rpm下旋转并且进行混合2小时。具有不同含量的用于有机物质的材料的多种混合粉末通过改变UIP-R、LB1和硬脂酸锌的混合量进行制备，所述UIP-R、LB1和硬脂酸锌都是有机材料。
各种混合粉末放入到用于压缩模塑的模子中，以形成软磁材料。压缩模塑在氮气的气氛中进行。该温度条件设定为常温，而压缩压力设定为900(MPa)。
所得软磁材料进行稳定化热处理。该稳定化热处理是在氮气气氛中于300℃进行30分钟。
通过上述过程，形成编号为1～19的样品软磁材料。表1列举出了包含于编号1～19的样品软磁材料中的UIP-R、LB1和硬脂酸锌的含量。为了区别样品是否为本发明的软磁材料，列出样品种类，以表示样品是属于实施例还是比较实施例。
要注意的是，表1中列出的有机材料的含量是通过气相色谱-质谱光谱测定进行过稳定化热处理的软磁材料获得的值，这些含量基本上在本发明实施例的热处理条件中被混合的有机材料的含量相适应。
表1
  样品编号   UIP-R的含量(质量％)  LB1的含量(质量％)   硬脂酸锌的含量(质量％)   样品类型
  1   0.05   0.025   0   实施例
  2   0.05   0.05   0   实施例
  3   0.05   0.075   0   实施例
  4   0.05   0.1   0   实施例
  5   0.05   0.125   0   实施例
  6   0.05   0.15   0   实施例
  7   0.05   0.175   0   比较实施例
  8   0.1   0.05   0   实施例
  9   0.10   0.10   0   实施例
  10   0.10   0.15   0   比较实施例
  11   0.1   0   0.005   实施例
  12   0.05   0   0.005   实施例
  13   0.05   0.05   0.005   实施例
  14   0.001   0.025   0   实施例
  15   0.001   0   0.005   实施例
  16   0.001   0.025   0.005   实施例
  17   0   0.1   0   比较实施例
  18   0   0.15   0   比较实施例
  19   0   0.6   0   比较实施例
其次，表1中列出编号为1～19的样品软磁材料用于制成用于三点弯曲横向断裂强度测试的尺寸为10mm×10mm×55mm的测试条，以及用于反复三点弯曲横向断裂强度测试的尺寸为3mm×4mm×40mm的测试条。用于三点弯曲横向断裂强度测试的测试条用于进行三点弯曲横向断裂强度测试。三点弯曲横向断裂强度测试在常温下进行，测试条用40mm间距支撑。此外，用于反复三点弯曲横向断裂强度测试的测试条进行107次反复的三点弯曲横向断裂强度测试以及108次反复的三点弯曲横向断裂强度测试。反复三点弯曲横向断裂强度测试在常温下进行，测试条用30mm间距支撑。此外，测定编号为1～19的样品软磁材料的密度。
表2列出了软磁材料的密度和通过三点弯曲横向断裂强度测试、107次反复的三点弯曲横向断裂强度测试以及108反复的三点弯曲横向断裂强度测试获得的横向断裂强度，还有样品种类。
表2
样品编号 密度(g/cm3)   三点弯曲横向断裂强度测试获得的横向断裂强度(MPa)   107反复的三点弯曲横向断裂强度测试获得的横向断裂强度(MPa)  108反复的三点弯曲横向断裂强度测试获得的横向断裂强度(MPa) 样品类型
  1   7.56   153   102   102   实施例
  2   7.54   131   93   93   实施例
  3   7.53   130   93   93   实施例
  4   7.51   126   83   83   实施例
  5   7.49   120   81   81   实施例
  6   7.48   123   82   82   实施例
  7   7.47   117   74   74   比较实施例
  8   7.51   128   85   85   实施例
  9   7.49   120   80   80   实施例
  10   7.45   113   71   71   比较实施例
  11   7.54   138   97   97   实施例
  12   7.55   145   100   100   实施例
  13   7.53   133   94   94   实施例
  14   7.57   138   99   99   实施例
  15   7.57   130   92   92   实施例
  16   7.55   125   84   84   实施例
  17   7.57   124   82   82   比较实施例
  18   7.50   80   52   52   比较实施例
  19   7.19   30   18   18   比较实施例
从表2可以看出，证实了当有机物质中加入非热塑性树脂并且有机物质的含量为不低于0.001质量％且不高于0.2质量％时，在反复三点弯曲横向断裂强度测试中获得高的横向断裂强度。也证实了当含有非热塑性树脂但有机物质的含量太高时，在三点弯曲横向断裂强度测试中获得低的横向断裂强度。
接着，表1所列的编号为1～19的样品软磁材料制成用于测定磁通密度的环形测试片，该测试片的内直径为25mm，外直径为35mm，厚度为5mm，以及用于测定电阻率的尺寸为3mm×1mm×40mm的测试片。当100(奥斯特)(＝8.0×103(A/m))的磁场在常温下施用到测试片上时，用于测定磁通密度的测试片用于测定磁通密度B100。对于施用磁场到测试片上的线圈，初级线圈和次级线圈的缠绕次数分别设定为300次和20次，测定次级线圈的输出量。此外，用于测定电阻率的测试片用于通过四端法(four-terminal method)测定电阻率。
表3列出了由上述测试获得的磁通密度B100和电阻率的值，以及样品种类。
表3
  样品编号  磁通密度B100(T) 电阻率(μΩcm)   样品类型
  1   1.56   1830   实施例
  2   1.51   3300   实施例
  3   1.49   4470   实施例
  4   1.46   5600   实施例
  5   1.42   6000   实施例
  6   1.42   6800   实施例
  7   1.39   7300   比较实施例
  8   1.47   6700   实施例
  9   1.41   ＞10000   实施例
  10   1.38   ＞10000   比较实施例
  11   1.50   1860   实施例
  12   1.51   1050   实施例
  13   1.50   3700   实施例
  14   1.57   1790   实施例
  15   1.52   1010   实施例
  16   1.50   1870   实施例
  17   1.55   520   比较实施例
  18   1.55   5000   比较实施例
  19   1.10   ＞10000   比较实施例
从表2和3中可以看出，证实了通过向非热塑性树脂中加入热塑性树脂和高级脂肪酸中的至少一种并且有机物质的含量设定为不低于0.001质量％且不高于0.2质量％，能够获得具有抵抗反复横向断裂强度以及高的磁通密度的高耐久性和电阻率的软磁材料。
应当理解为此处公开的实施方案和实施例只是在所有方面的说明，而不是限制。本发明的范围不是由上述描述限定，而是由所附的权利要求限定的，并且该范围拟包括等价于权利要求的意义和范围之内的所有改进。
工业适用性
本发明主要用于电气和电子元件如由软磁材料的压缩粉末块形成的电机磁芯、变压器磁芯等。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种软磁材料，其包含复合磁性颗粒(30)和有机物质(40)，所述复合磁性颗粒(30)具有金属磁性颗粒(10)以及涂敷所述金属磁性颗粒(10)且其中包含氧化物的涂层(20)，
其中，所述有机物质(40)通过向非热塑性树脂中加入热塑性树脂和高级脂肪酸中的至少一种形成，和
所述有机物质(40)以不低于0.001质量％且不高于0.2质量％的量包含在所述软磁材料中，并且所述非热塑性树脂以不大于0.1质量％的量包含于所述软磁材料中。
2.根据权利要求1所述的软磁材料，其中所述热塑性树脂是氟类型树脂、热塑性聚酰亚胺、热塑性聚酰胺和热塑性聚酰胺-酰亚胺中的一种。
3.根据权利要求1所述的软磁材料，其中所述高级脂肪酸为硬脂酸锌。
4.根据权利要求1所述的软磁材料，其中当施用8.0×103(A/m)的磁场时，磁通密度不低于1.4(特斯拉)，并且电阻率不低于1000(μΩcm)。
5.根据权利要求1所述的软磁材料，其中所述非热塑性树脂是使用联苯四羧酸二酐的全芳族聚酰亚胺。
6.一种电机磁芯，其使用根据权利要求1所述的软磁材料制成的铁磁芯。
7.一种变压器磁芯，其使用根据权利要求1所述的软磁材料制成的铁磁芯。
8.一种制备软磁材料的方法，所述软磁材料包含复合磁性颗粒(30)和有机物质(40)，所述复合磁性颗粒(30)具有金属磁性颗粒(10)以及涂敷所述金属磁性颗粒(10)且其中含氧化物的涂层(20)，所述方法包括如下步骤：
混合所述有机物质(40)和所述复合磁性颗粒(30)，以使通过向非热塑性树脂中加入热塑性树脂和高级脂肪酸中的至少一种形成的所述有机物质(40)以不低于0.001质量％且不高于0.2质量％的量包含于所述软磁材料中，并且所述非热塑性树脂以不大于0.1质量％的量包含于所述软磁材料中，
压缩模塑通过混合步骤获得的混合粉末，和
在压缩模塑所述混合粉末的步骤之后，所述软磁材料在不低于200℃且不高于所述非热塑性树脂的热分解温度的温度下进行稳定化热处理。
9.根据权利要求8所述的制备软磁材料的方法，其中所述软磁材料进行稳定化热处理的步骤包括所述软磁材料在惰性气体和减压气体中之一气氛下进行稳定化热处理的步骤。
10.根据权利要求8所述的制备软磁材料的方法，其中包含于所述软磁材料中的所述有机物质(40)具有不小于0.1μm且不大于100μm的粒径。
11.根据权利要求8所述的制备软磁材料的方法，其中压缩模塑所述混合粉末的步骤包括在惰性气体和减压气体中之一气氛下压缩模塑所述混合粉末的步骤。

Claims (11)

1.一种软磁材料，其包含复合磁性颗粒(30)和有机物质(40)，所述复合磁性颗粒(30)具有金属磁性颗粒(10)以及涂敷所述金属磁性颗粒(10)且其中包含氧化物的涂层(20)，
其中，所述有机物质(40)通过向非热塑性树脂中加入热塑性树脂和高级脂肪酸中的至少一种形成，和
所述有机物质(40)以不低于0.001质量％且不高于0.2质量％的量包含在所述软磁材料中。
2.根据权利要求1所述的软磁材料，其中所述热塑性树脂是氟类型树脂、热塑性聚酰亚胺、热塑性聚酰胺和热塑性聚酰胺-酰亚胺中的一种。
3.根据权利要求1所述的软磁材料，其中所述高级脂肪酸为硬脂酸锌。
4.根据权利要求1所述的软磁材料，其中当施用8.0×103(A/m)的磁场时，磁通密度不低于1.4(特斯拉)，并且电阻率不低于1000(μΩcm)。
5.根据权利要求1所述的软磁材料，其中所述非热塑性树脂是使用联苯四羧酸二酐的全芳族聚酰亚胺。
6.一种电机磁芯，其使用根据权利要求1所述的软磁材料制成的铁磁芯。
7.一种变压器磁芯，其使用根据权利要求1所述的软磁材料制成的铁磁芯。
8.一种制备软磁材料的方法，所述软磁材料包含复合磁性颗粒(30)和有机物质(40)，所述复合磁性颗粒(30)具有金属磁性颗粒(10)以及涂敷所述金属磁性颗粒(10)且其中含氧化物的涂层(20)，所述方法包括如下步骤：
混合所述有机物质(40)和所述复合磁性颗粒(30)，以使通过向非热塑性树脂中加入热塑性树脂和高级脂肪酸中的至少一种形成的所述有机物质(40)以不低于0.001质量％且不高于0.2质量％的量包含于所述软磁材料中，
压缩模塑通过混合步骤获得的混合粉末，和
在压缩模塑所述混合粉末的步骤之后，所述软磁材料在不低于200℃且不高于所述非热塑性树脂的热分解温度的温度下进行稳定化热处理。
9.根据权利要求8所述的制备软磁材料的方法，其中所述软磁材料进行稳定化热处理的步骤包括所述软磁材料在惰性气体和减压气体中之一气氛下进行稳定化热处理的步骤。
10.根据权利要求8所述的制备软磁材料的方法，其中包含于所述软磁材料中的所述有机物质(40)具有不小于0.1μm且不大于100μm的粒径。
11.根据权利要求8所述的制备软磁材料的方法，其中压缩模塑所述混合粉末的步骤包括在惰性气体和减压气体中之一气氛下压缩模塑所述混合粉末的步骤。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102360664A (zh) * 2011-06-22 2012-02-22 上海常春新材料科技有限公司 一种低涡流损耗软磁块体材料及其制作方法
CN102610362A (zh) * 2011-01-20 2012-07-25 太阳诱电株式会社 线圈零件
CN103646775A (zh) * 2013-11-26 2014-03-19 宝鸡烽火诺信科技有限公司 一种用热塑注射成型铁基复合材料制备异形磁芯的方法
CN107275057A (zh) * 2016-04-06 2017-10-20 株式会社村田制作所 线圈部件
CN110088855A (zh) * 2016-12-19 2019-08-02 3M创新有限公司 包含软铁磁颗粒材料的热塑性聚合物复合材料及其制备方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2488850B (en) 2011-08-10 2013-12-11 Libertine Fpe Ltd Piston for a free piston engine generator
GB2494217B (en) * 2012-01-19 2014-10-08 Libertine Fpe Ltd A linear electrical machine with a piston and axially segmented cylinder
JP5978766B2 (ja) * 2012-05-25 2016-08-24 Tdk株式会社 軟磁性圧粉磁芯
US9067833B2 (en) 2012-06-21 2015-06-30 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Iron oxide and silica magnetic core
US10975457B2 (en) 2012-08-02 2021-04-13 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Iron cobalt ternary alloy and silica magnetic core
US10186374B2 (en) * 2013-03-15 2019-01-22 GM Global Technology Operations LLC Manufacturing Nd—Fe—B magnets using hot pressing with reduced dysprosium or terbium
US9093205B2 (en) 2013-05-23 2015-07-28 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Superparamagnetic iron oxide and silica nanoparticles of high magnetic saturation and a magnetic core containing the nanoparticles
US10984933B2 (en) 2013-06-19 2021-04-20 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Superparamagnetic iron cobalt ternary alloy and silica nanoparticles of high magnetic saturation and a magnetic core containing the nanoparticles
US10910153B2 (en) 2013-07-15 2021-02-02 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Superparamagnetic iron cobalt alloy and silica nanoparticles of high magnetic saturation and a magnetic core containing the nanoparticles
US9800095B2 (en) 2014-04-14 2017-10-24 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Core shell superparamagnetic iron cobalt alloy nanoparticles with functional metal silicate core shell interface and a magnetic core containing the nanoparticles
EP2933900A1 (de) * 2014-04-16 2015-10-21 Siemens Aktiengesellschaft Stator und/oder Rotor einer dynamoelektrischen Maschine insbesondere für Erdgaskompressoren
WO2017099993A1 (en) * 2015-12-08 2017-06-15 3M Innovative Properties Company Magnetic isolator, method of making the same, and device containing the same
EP3728849A1 (en) * 2017-12-21 2020-10-28 Ceme S.p.A. A mass shifting mechanism between twin equilibrium points, and electro-pump or electro-valve having such shifting mechanism
US10923969B2 (en) * 2019-01-14 2021-02-16 GM Global Technology Operations LLC Molded core assemblies for a motor-generator
US11710994B2 (en) * 2020-02-25 2023-07-25 Tdk Corporation Rotating electrical machine

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06236808A (ja) * 1993-02-10 1994-08-23 Kawasaki Steel Corp 複合磁性材料およびその製造方法
JP2001223107A (ja) * 2000-02-09 2001-08-17 Kobe Steel Ltd 軟磁性粉末の圧縮成形方法
JP3986043B2 (ja) * 2001-02-20 2007-10-03 日立粉末冶金株式会社 圧粉磁心及びその製造方法
JPWO2002080202A1 (ja) * 2001-03-29 2004-07-22 住友電気工業株式会社 複合磁性材料
JP2002316369A (ja) * 2001-04-19 2002-10-29 Gunze Ltd 管状芳香族ポリイミド樹脂系多層フイルムとその製造方法
JP2003244869A (ja) * 2002-02-20 2003-08-29 Sumitomo Electric Ind Ltd 磁性部材およびその製造方法
JP2003272910A (ja) * 2002-03-13 2003-09-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 磁性材料

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102610362A (zh) * 2011-01-20 2012-07-25 太阳诱电株式会社 线圈零件
CN102610362B (zh) * 2011-01-20 2015-09-16 太阳诱电株式会社 线圈零件
CN102360664A (zh) * 2011-06-22 2012-02-22 上海常春新材料科技有限公司 一种低涡流损耗软磁块体材料及其制作方法
CN102360664B (zh) * 2011-06-22 2016-01-20 长春实越节能材料有限公司 一种低涡流损耗软磁块体材料及其制作方法
CN103646775A (zh) * 2013-11-26 2014-03-19 宝鸡烽火诺信科技有限公司 一种用热塑注射成型铁基复合材料制备异形磁芯的方法
CN107275057A (zh) * 2016-04-06 2017-10-20 株式会社村田制作所 线圈部件
CN107275057B (zh) * 2016-04-06 2020-10-16 株式会社村田制作所 线圈部件
CN110088855A (zh) * 2016-12-19 2019-08-02 3M创新有限公司 包含软铁磁颗粒材料的热塑性聚合物复合材料及其制备方法

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