CN1960130A

CN1960130A - 具有互穿网络结构的电机槽楔用导磁材料及其制作方法

Info

Publication number: CN1960130A
Application number: CN 200510021991
Authority: CN
Inventors: 刘颖; 李军; 许自贵; 李开华; 马庆柯; 唐安斌; 涂铭旌
Original assignee: SICHUAN DONGFANG INSULATING MATERIAL CO Ltd; Sichuan University
Current assignee: SICHUAN DONGFANG INSULATING MATERIAL CO Ltd; Sichuan University
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2007-05-09

Abstract

一种具有互穿网络结构的电机槽楔用导磁材料的制作方法。将导磁粉末与一定的水溶性盐类造孔剂复合后，冷压成型得到尺寸均匀的复合坯体。将复合坯体烧结后得到具有一定强度的烧结体。去除烧结体中的造孔剂可得泡沫磁体。泡沫磁体与一定量的树脂溶液预浸后，与预浸的玻璃布一起叠层，使预浸泡沫体被预浸玻璃布彼此分隔，然后热压。热压初期控制压力和温度，使熔融树脂充分渗入到泡沫磁体中，形成纤维/树脂/磁粉之间的互穿网络结构，然后升温升压使树脂固化完全，保压冷却后得到的导磁材料。这样制得的导磁材料中磁粉分布比较均匀，互穿网络结构贯穿于材料中，材料具有较高的弯曲强度和相对磁导率。并且，材料的厚度公差较小，用其制备的磁性槽楔废品率较低。

Description

具有互穿网络结构的电机槽楔用导磁材料及其制作方法

技术领域

本发明属于软磁材料领域，特别涉及一种电机槽楔用具有互穿网络结构导磁材料。

背景技术

电机节能一直是人们关注的重点，在当今能源紧张的社会更显其重要性。用磁性槽楔取代电机定子中的绝缘槽楔，利用磁性槽楔的导磁作用来减小电机运行时定转子齿表面的磁通密度的脉振幅度，使磁通密度分布趋于均匀，进而减少电机的附加损耗，提高电机的效率。

磁性槽楔是用导磁材料制备。目前应用比较广泛的导磁材料是磁性槽泥、铁粉模压导磁材料和铁粉层压导磁材料。磁性槽泥和模压导磁材料的相对磁导率较高，但是弯曲强度和冲击强度较低，导磁材料加工时废品率较高，用其制备的磁性槽楔应用于电机后常出现脱落和开裂现象。层压导磁材料的相对磁导率不低，完全能满足提高电机效率的要求，并且其中含有一定量的增强玻璃布，力学性能较高，因而逐渐受到人们的重视。但是，目前层压导磁材料中的铁粉分散主要依靠人工撒播或者机器撒播。人工撒播时磁粉分布的均匀性取决于人为因素；机器撒播时撒粉口的局部堵塞或者粉末的不均匀团聚等现象都会直接导致磁粉在预浸了树脂的玻璃布上分布不均匀，因而热压后导磁材料中局部地方磁粉堆积，而局部地方没有磁粉，如图1所示。这会造成材料中出现很多空隙，恶化材料的磁性能和力学性能；局部地方树脂富集，该区域物性与其它区域相比有较大差异，冷却过程中收缩不一致，材料容易出现翘曲；局部地方磁粉富集，热压时熔融树脂不易浸透，引起预压料厚度公差的变化，如图2所示，层层积累导致热压后导磁材料出现较大的厚度公差。上述因素导致层压导磁材料性能较低，弯曲强度在200MPa左右，最大相对磁导率在8左右。并且，材料的厚度公差在1mm左右，由此制得的磁性槽楔厚薄不均，废品率较高。因此，必须考虑其它的磁粉分散方法，从而获得磁粉分布均匀的层压导磁材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有互穿网络结构，并且磁粉分布比较均匀的层压导磁材料的制作方法。本发明的技术方案是通过烧结溶解法制备多孔泡沫磁体，利用热压时熔融树脂的流动在材料内形成互穿网络结构。因此，本发明的技术方案涉及泡沫磁体的制备以及互穿网络结构的形成，具体措施如下：

1、多孔泡沫磁体的制备

利用烧结溶解法制备多孔泡沫磁体。首先将一定比例的造孔剂粉末和磁粉用丙酮进行湿润，然后将其混合均匀，低温烘干得到磁粉/造孔剂复合粉末。将复合粉末模压成型得到一定密度的复合坯体。将复合坯体进行烧结，控制烧结温度和烧结时间，得到具有一定强度的烧结体。将烧结体进行水解，脱除烧结体中的造孔剂。如果磁粉是软磁铁氧体粉末，水解后直接将坯体烘干就得到泡沫磁体。如果磁粉是金属铁粉，水解过程中金属铁肯定要发生氧化，因而水解后的坯体还需要在氢气气氛下还原，去除坯体中的氧化物。还原后的多孔Fe形貌如图3所示。在制备泡沫磁体的过程中应当注意，泡沫磁体的孔隙率不能太低，否则烧结体的强度太高，热压时成型压力不能将泡沫磁体压致密，熔融树脂也不能将泡沫磁体渗透；泡沫磁体的孔隙率不能太高，否则烧结体的强度太低，水解过程中泡沫磁体会散开或者水解后泡沫磁体过于疏松，很容易被破坏。所以，在制备泡沫磁体的过程中，必须适当控制造孔剂的含量、烧结温度和烧结时间。

2、互穿网络结构的形成

玻璃布由玻璃纤维编织起来，自身带有一定的空隙。将一定量的热固性树脂溶解后通过立式上胶机形成对玻璃布的预浸，在树脂/纤维之间形成互穿网络结构。为了保证磁粉/树脂之间的互穿网络结构形成，热压前先将泡沫磁体与一定量的树脂溶液混合，使一定量的树脂先渗入到泡沫磁体中。热压前，将预浸泡沫铁磁体和预浸玻璃布进行叠层，使预浸泡沫磁体被预浸玻璃布彼此分隔。热压时，先控制一定的成型压力，既让泡沫磁体保持一定的孔隙率，也让泡沫磁体和玻璃布上的预浸树脂能充分熔融。压力作用使熔融树脂发生流动，玻璃布上的熔融树脂充分渗入到泡沫磁体中，与泡沫磁体中预先渗入的树脂熔为一体，形成磁粉/树脂之间的互穿网络结构。这样，形成贯穿于整个材料的磁粉/树脂/纤维之间的互穿网络结构。当熔融的热固性树脂渗入到泡沫磁体中并开始进入凝胶态后，加大成型压力，使泡沫磁体致密化，进一步减少材料中的空隙。

本发明的有益效果是通过模压烧结溶解法，制备出的泡沫磁体尺寸几乎相同。将预浸泡沫磁体与浸渍玻璃布热压，得到的导磁材料中磁粉层分布均匀，空隙较少，厚度公差也较小，而且还形成磁粉/树脂/纤维之间的互穿网络结构，材料具有较高的性能。

附图说明

图1是导磁材料中磁粉的不均匀分布；

图2是预压料厚度不均导致导磁材料出现较大的厚度公差；

图3是水解还原后的多孔Fe的形貌；

图4是泡沫铁制备的导磁材料的结构图。

具体实施方式

实施例1

本实施例制作泡沫羰基铁导磁材料，工艺步骤如下：

(1)配料：玻璃布20％，羰基铁粉30％，热固性树脂50％，以上百分数为体积百分比。

(2)复合粉末：将羰基Fe粉与一定量的Na₂CO₃粉混合均匀，得到羰基Fe/Na₂CO₃复合粉末。复合粉末中，羰基铁粉与Na₂CO₃的体积百分比为3∶7。

(3)成型：将混合均匀的复合粉末按设计的玻璃布的层数均分成数份，放入模具中进行冷压，成型压力为60MPa，得到的复合坯体密度为2.44g/cm³，为其理论密度的52.8％。

(4)烧结：将复合坯体在真空气氛下进行烧结，烧结温度为800℃，烧结时间为60Min。

(5)水解：将烧结体放入纯水中以去除烧结体中的造孔剂Na₂CO₃。不断更换纯水，直至水溶液中的PH值达到7，取出坯体烘干。

(6)还原：将烘干的坯体在氢气中进行还原，还原后的泡沫羰基铁坯体质量和复合粉末中的羰基铁粉质量几乎相同。

(7)预浸：将10％的热固性树脂溶解成溶液后，将泡沫羰基铁放入其中进行预浸，剩余40％的树脂通过立式上胶机预浸在玻璃布上。

(8)叠层：将预浸的泡沫羰基铁按设计的玻璃布层数与预浸玻璃布进行叠层，放入热压模具中。泡沫羰基铁被玻璃布彼此分隔。

(9)预压：预压温度低于树脂固化温度20℃，预压压力为4MPa，预压持续时间等于热固性环氧树脂的胶化时间，让泡沫羰基铁和玻璃布上的预浸树脂充分熔融，使熔融树脂充分渗入到泡沫羰基铁中，形成树脂/羰基铁粉/纤维之间的互穿网络结构。

(10)热压：预压时间超过胶化时间后，熔融树脂开始凝胶，增加成型压力到10MPa，使泡沫羰基铁致密化。升高温度到树脂固化温度，使树脂开始固化。热压一定时间后，树脂固化完全，保压冷却得到导磁材料。

导磁材料的结构如图4所示，由此可知，用泡沫羰基铁制备的导磁材料磁粉分布要比撒粉工艺均匀的多。将导磁材料按GB/T3657-1983测试相对导磁率，按GB/T5130-1985测试厚度公差和弯曲强度，测试的性能为：材料的最大相对磁导率为9.2，弯曲强度达到323MPa，厚度公差在0.2mm左右。

实施例2：

本实施例制作泡沫MnZn铁氧体导磁材料，工艺步骤如下：

(1)配料：玻璃纤维25％，MnZn铁氧体粉末20％，环氧树脂55％，以上百分数为体积百分比。

(2)复合粉末：将MnZn铁氧体粉末与一定量的K₃PO₄粉末混合均匀，得到MnZn铁氧体/K₃PO₄复合粉末。复合粉末中，MnZn铁氧体与K₃PO₄的体积百分比为1∶1。

(3)成型：将混合均匀的复合粉末按设计的玻璃布的层数均分成数份，放入模具中进行冷压，成型压力为50MPa，得到的复合坯体密度为2.19g/cm³，为其理论密度的60％。

(4)烧结：将复合坯体在空气气氛下进行烧结，烧结温度为820℃，烧结时间为90Min。

(5)水解：将烧结体放入纯水中去除烧结体中的造孔剂K₃PO₄。不断更换纯水，直至水溶液中的PH值达到7，烘干得到泡沫MnZn铁氧体。

(6)预浸：将5％的树脂溶解成溶液后，将泡沫铁氧体放入其中进行预浸，剩余50％的树脂通过立式上胶机形成对玻璃布的预浸。

(7)叠层：将预浸的泡沫铁氧体按设计的玻璃布层数与预浸玻璃布进行叠层，放入热压模具中。泡沫铁氧体被玻璃布彼此分隔。

(8)预压：热压温度低于树脂固化温度30℃左右，预压压力为设定压力的5MPs，让泡沫铁氧体中和玻璃布上的预浸树脂充分熔融。预压持续时间为树脂胶化时间，让熔融树脂能充分渗入到泡沫铁氧体中去，形成树脂/铁氧体/纤维之间互穿网络结构。

(9)热压：熔融树脂开始凝胶后，增加成型压力到15MPa，使泡沫铁氧体致密化。升高温度到树脂固化温度，使树脂完全固化。热压一定时间后，保压冷却得到导磁材料。

将导磁材料按GB/T3657-1983测试相对导磁率，按GB/T5130-1985测试厚度公差和弯曲强度，测试的性能为：最大相对导磁率为4.5，弯曲强度为277MPa，导磁材料的厚度公差在.0.2mm左右。虽然材料磁导率较低，但制备铁氧体泡沫体时不需要还原工序，水解烘干后可直接使用，导磁材料的制备工艺简化，成本有所降低。

实施例3：

本实施例制作泡沫铁导磁材料，工艺步骤如下：

(1)配料：玻璃纤维20％，还原铁粉35％，环氧树脂45％，以上百分数为体积百分比。

(2)复合粉末：将Fe粉与一定量的CaCl₂粉末用酒精混合均匀，得到Fe/CaCl₂复合粉末。复合粉末中，铁粉与CaCl₂的体积百分比为2∶3。

(3)成型：将混合均匀的复合粉末按设计的玻璃布的层数进行均分，放入模具中进行冷压，成型压力为40MPa，得到的复合坯体密度为2.24g/cm³，为其理论密度的50％。

(4)烧结：将复合坯体在真空气氛下进行烧结，烧结温度为780℃，烧结时间为120Min。

(5)水解：将烧结体放入纯水中以去除烧结体中的造孔剂CaCl₂。不断更换纯水，直至水溶液中的PH值达到7，取出坯体进行烘干。

(6)还原：烘干坯体在氢气中进行还原，还原后的泡沫铁质量和复合粉末中加入的铁粉质量几乎相同。

(7)预浸：将2％的树脂溶解成溶液后，将泡沫铁放入其中进行预浸，剩余43％的树脂通过立式上胶机形成对玻璃布的预浸。

(8)叠层：将预浸的泡沫铁按设计的玻璃布层数与预浸玻璃布进行叠层，放入热压模具中。泡沫铁被玻璃布彼此分隔。

(9)预压：热压温度设定在低于树脂固化温度20℃左右，预压压力为6MPs，，让泡沫铁和玻璃布上的预浸树脂充分熔融。持续时间等于树脂的胶化时间，让熔融树脂充分渗入到泡沫铁中去。形成树脂/铁粉/纤维之间互穿网络结构。

(10)热压：熔融树脂开始凝胶固化后，增加成型压力到20MPa，使泡沫铁致密化。升高温度到树脂固化温度，使树脂完全固化。热压一定时间后，保压冷却得到导磁材料。

将导磁材料按GB/T3657-1983测试相对导磁率，按GB/T5130-1985测试厚度公差和弯曲强度，测试的性能为：最大相对磁导率为11.5，弯曲强度为297MPa，导磁材料的厚度公差在0.3mm左右。

Claims

1、一种电机槽楔用导磁材料，其特征在于导磁材料由热固性树脂、玻璃纤维布和软磁粉末组成。软磁粉末的体积百分比在20％～40％之间，玻璃纤维布的体积百分比在15％～30％之间，热固性树脂的体积百分比在40％～60％之间。

2、根据权利要求1所述的导磁材料，其特征在于所用的软磁粉末被形状归一，厚度均匀的泡沫磁体所代替。泡沫磁体可以用金属软磁粉末来制备，如还原铁粉、羰基铁粉、FeSiAl等粉末，甚至可以是上述粉末的混合物，也可用软磁铁氧体粉末来制备，如MnZn铁氧体粉末、NiZn铁氧体粉末等。

3、根据权利要求1、2和3所述的导磁材料，其特征在于制备泡沫磁体时，造孔剂选用如Na₂CO₃、K₃PO₄、CaCl₂等易溶于水的无机盐，其体积百分比占复合粉末的50％～80％；冷压成型得到的复合坯体密度为其理论密度的40％～60％；烧结温度在760℃～840℃之间，烧结时间为300Min～150Min之间。

4、根据权利要求1、2和3所述的导磁材料，其特征在于制备泡沫磁体时，烧结体通过水解去除造孔剂。如果是易氧化的金属软磁粉末，水解后的坯体还应在还原气氛下去除氧化物。

5、根据权利要求1和2所述的导磁材料，其特征在于泡沫磁体热压前要用一定量的热固性树脂溶液进行预浸处理。预浸的树脂量为材料树脂总用量的1％～10％，其余的树脂预浸在玻璃布上。

6、根据权利要求1、2和5所述的导磁材料，其特征在于叠层时，预浸的泡沫体被预浸的玻璃布彼此分隔。

7、根据权利要求1、2、5和6所述的导磁材料，其特征在于热压前首先进行预压，预压压力为2～8MPa，预压温度低于热固性树脂固化温度20℃～40℃，预压持续时间为热固性树脂的胶化时间。压力作用下通过熔融树脂的流动形成磁粉/树脂/纤维之间的互穿网络结构。热压时成型压力在10MPa～30MPa之间，热压温度为热固性树脂的固化温度。热压直至热固性树脂完全固化后保压冷却。