一种高性能软磁复合材料的制备方法及其磁环技术

本发明专利技术公开了一种高性能软磁复合材料的制备方法及其磁环，在球形软磁合金颗粒外包覆绝缘层形成混合粉末；将混合粉末装入模具使混合粉末压制成型；在混合粉末成型过程中施加外磁场，磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面法向方向；去应力退火而获得软磁复合材料。该技术方案非常简便，对磁粉、设备都没有严苛要求，即可实现高性能；非磁性相的非对称分布：沿外磁场方向呈连续链状分布，降低了水平磁路磁阻和损耗；磁性相的非对称分布：沿外磁场方向排列紧密有序，细小的磁性颗粒择优填充在磁环平面方向的气隙，降低了水平磁路磁阻和损耗；高磁导率和低损耗；本发明专利技术采用设备少、工艺步骤少、工艺简单，可以快速实现软磁复合材料的工业应用。

Preparation method and magnetic ring of a high performance soft magnetic composite

【技术实现步骤摘要】
一种高性能软磁复合材料的制备方法及其磁环
本专利技术涉及磁性材料制备领域，尤其涉及一种高性能软磁复合材料的制备方法及其磁环。
技术介绍
软磁复合材料具有高磁通和低损耗的软磁复合材料，工业领域又称磁粉芯。软磁复合材料的电阻率比金属软磁高，因此磁损耗低；其饱和磁化强度比铁氧体高，因此功率密度大，软磁复合材料具有独特的优势和应用范围。软磁复合材料是对磁性颗粒进行绝缘包覆处理，经有机材料和无机材料绝缘包覆处理，利用粉末冶金技术使混合粉末成为各向同性的块体材料。现有工业生产制造的软磁复合材料各向同性，各向同性意味着沿各个方向的磁性能是相同的。但实际应用中，我们仅需要利用工作磁路方向的磁性能，其它非工作磁路方向的磁性能的好坏都不会影响到软磁复合材料的工作特性。因此，各向同性实际上造成了软磁复合材料磁性能的浪费。为了提高磁导率，可降低非磁性绝缘层厚度，但这会降低电阻率，使涡流损耗增大；为降低损耗，可增大软磁合金电阻率，增加绝缘层厚度，但这又使磁导率和饱和磁化强度降低。因此，各向同性的软磁复合材料难以同时满足高磁导率、高饱和磁化强度、低损耗的要求，一方面性能有所提高通常要牺牲另外一方面的性能。而现有技术中所采用的提高磁导率或降低损耗的技术手段，通常都是同时改善各个方向的性能，在一定程度上造成非工作磁路方向磁性能的浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高性能软磁复合材料的制备方法，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。为了达到上述目的，本专利技术提出的技术方案如下：一种高性能软磁复合材料的制备方法，在球形软磁合金颗粒外包覆绝缘层形成混合粉末；将混合粉末装入模具使混合粉末压制成型；在混合粉末成型过程中施加外磁场，所述磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面法向方向；去应力退火而获得软磁复合材料。在没有采用外磁场取向技术方案制备的常规软磁复合材料中，由于使用的是球形软磁合金颗粒，其为形状各向均匀，对于施加外磁场在理论上应该是没有差异的；因此非磁性相对磁粉的包覆是均匀的，电阻率、磁导率、损耗、磁阻在各个方向也是均匀的。而本专利技术中创造性的在复合材料压制成型过程中增加了平行于工作磁路平面的磁场，实现了磁性相和非磁性相的重新排列；获得了意想不到的性能更好的软磁复合材料，本复合材料绝缘层的非磁性相在球形磁性相周围为非对称分布：在沿磁环平面方向，球形软磁合金颗粒排列紧密有序，非磁性相颗粒受软磁合金颗粒推挤排斥而呈连续分布；沿磁环法向轴线方向，球形软磁合金颗粒排列无序，非磁性相颗粒排列不连续。因此在本软磁复合材料中，电阻率、磁导率、损耗、磁阻呈各向异性。沿外场方向磁阻降低、退磁场降低、磁导率增大、磁滞损耗降低。另一方面，在磁场平行取向的样品中，细小的磁粉在水平间隙处填充的更好，这也使在水平方向的空隙减少，进一步使磁阻降低，磁导率增大。在压制成型为磁环工作时，其工作磁路是沿磁环一周的闭环。对应所产生的涡流与磁环圆周完全垂直，这正对应于与轴向平行方向的涡流损耗，则沿磁场方向涡流损耗降低。因此，该技术方案具有良好的软磁特性。优选的：所述磁场强度为0.1～10T。优选的：所述为线圈磁场、电磁铁磁场或脉冲磁场中的一种。优选的：在混合粉末压制成型过程中始终施加外磁场。优选的：所述的球形软磁合金颗粒的质量分数为90wt.％～99.9wt.％；所述的绝缘层的质量分数为0.1wt.％～10wt.％。优选的：所述的球形软磁合金颗粒为Fe、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Ni-Mo、Fe-Si-Al、Fe-Si-B非晶、铁基纳米晶合金中的一种。优选的：所述的绝缘层为玻璃粉、水玻璃、MgO、SiO2、Al2O3、ZnO和TiO2中的一种。理论上可以将上述绝缘层粉中的几种混合作为绝缘层包覆于球形软磁合金颗粒外。优选的：所述球形软磁合金颗粒5μm～40μm；所述非磁性相颗粒的直径10nm～200nm。让非磁性相颗粒的直径远小于球形软磁合金颗粒直径，可以形成良好包覆。优选的：所述球形软磁合金颗粒通过气雾化法或水雾化法制备获得。本专利技术的另一个目的是提供一种软磁复合材料的磁环，可广泛应用于电机、工频至高频的变压器、传感器、扼流圈、噪音过滤器、燃料喷射器等装置中。一种包含上述高性能软磁复合材料的磁环，包括磁环本体，磁环本体内包括球形软磁合金颗粒和非磁性相颗粒；非磁性相颗粒包覆于球形软磁合金颗粒；非磁性相颗粒在球形软磁合金颗粒的界面处分布：在沿磁环平面方向，球形软磁合金颗粒排列紧密有序，非磁性相颗粒受软磁合金颗粒推挤排斥而呈连续分布；沿磁环法向轴线方向，球形软磁合金颗粒排列无序，非磁性相颗粒排列不连续。在磁环内球形软磁合金颗粒和非磁性相颗粒的分布使球形软磁合金颗粒和非磁性相粉末的分布在磁环内具有各向异性。相比较于软磁合金颗粒和非磁性相的均匀分布，本专利技术中的磁环各向异性分布具有更高的磁导率以及更低的损耗。本专利技术的技术效果是：1、该技术方案非常简便，对磁粉、设备都没有严苛要求，即可实现高性能；2、非磁性相的非对称分布：沿外磁场方向呈连续链状分布，降低了水平磁路磁阻和损耗；磁性相的非对称分布：沿外磁场方向排列紧密有序，细小的磁性颗粒择优填充在磁环平面方向的气隙，降低了水平磁路磁阻和损耗；3、平行于工作磁路平面取向的软磁复合材料具有高磁导率和低损耗；4、本专利技术由于采用设备少、工艺步骤少、工艺简单，可以快速实现软磁复合材料的工业应用。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：附图1给出了实施例1中包覆后样品的扫描电镜照片；附图2给出了实施例1中磁场水平取向样品的扫描电镜照片，磁场为水平方向；附图3给出了实施例1中没有经磁场取向样品的扫描电镜照片(作为对比)；附图4给出了实施例1中样品的有效磁导率；附图5给出了实施例1中样品的磁损耗；附图6给出了实施例1中样品的复数磁导率的实部；附图7给出了实施例1中样品的复数磁导率的虚部；附图8给出了实施例1中样品的品质因数；附图9给出了实施例1中样品的损耗角正切；附图10给出了实施例1中样品的μQ积。附图11是本专利技术中复合材料的示意图；在图4-图10中：Normal表示未施加外磁场取向的样品曲线；Parallel表示施加了外磁场取向的样品曲线。在图11中：1球形软磁合金颗粒，2非磁性相颗粒。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的不当限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如图1、图11所示，图1是单独一颗球形软磁合金颗粒被非磁性相包覆为绝缘层的示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能软磁复合材料的制备方法，其特征在于：在球形软磁合金颗粒外包覆绝缘层形成混合粉末；将混合粉末装入模具使混合粉末压制成型；/n在混合粉末成型过程中施加外磁场，所述外磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面法向方向；/n去应力退火而获得软磁复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能软磁复合材料的制备方法，其特征在于：在球形软磁合金颗粒外包覆绝缘层形成混合粉末；将混合粉末装入模具使混合粉末压制成型；
在混合粉末成型过程中施加外磁场，所述外磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面法向方向；
去应力退火而获得软磁复合材料。


2.根据权利要求1所述的高性能软磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述磁场强度为0.1～10T。


3.根据权利要求1所述的高性能软磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述磁场为线圈磁场、电磁铁磁场或脉冲磁场中的一种。


4.根据权利要求1所述的高性能软磁复合材料的制备方法，其特征在于：在混合粉末压制成型过程中始终施加外磁场。


5.根据权利要求1所述的高性能软磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述的球形软磁合金颗粒的质量分数为90wt.％～99.9wt.％；所述的绝缘层的质量分数为0.1wt.％～10wt.％。


6.根据权利要求1所述的高性能软磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述的球形软磁合金颗粒为Fe、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Ni-Mo、Fe-Si-Al、Fe-S...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭晓领，李静，王新庆，葛洪良，杨艳婷，徐靖才，金红晓，金顶峰，洪波，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33