一种高性能磁性材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及磁性材料制备技术领域，公开了一种高性能软磁复合材料及其制备方法。该软磁复合材料包括铁磁性金属磁粉和高电阻率的铁氧体绝缘介质，其中，所述铁磁性金属颗粒包括Fe、Fe

【技术实现步骤摘要】
一种高性能磁性材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及磁性材料制备领域，具体为一种高性能磁性材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电气应用领域向高频化，小型化、微型化的结构成为时代的主旋律，人们对电子设备和器件提出了更高的要求，这意味着软磁材料需要有更高的饱和磁化强度和更低的磁损耗。然而，传统的金属软磁材料虽然具有高的磁化强度和磁导率，但是其电阻率较低，这导致金属软磁材料在高频条件下的涡流损耗会急剧增加；软磁铁氧体虽然具有的电阻率较高，但是它的饱和磁化强度较低，不能满足小型化的需求。而软磁复合材料由绝缘介质和金属磁粉组成，金属磁粉具有高饱和磁化强度和高磁导率，绝缘介质将磁粉颗粒间相互隔离开，提高了电阻率，因此软磁复合材料具有较高的饱和磁化强度和高频下较低的损耗，满足了小型化的需求。
[0003]软磁复合材料是指用粉末冶金技术将铁磁性金属粉末和绝缘介质压制而成的软磁材料。其中，高电阻的绝缘介质提供绝缘性能，能有效隔绝磁粉颗粒相互接触，将涡流封闭在磁粉颗粒内，有效地降低涡流损耗，从而达到改善软磁复合材料的磁性能的目的，因此绝缘介质会对软磁复合材料的磁性能产生重要的影响。目前的绝缘材料主要可以分为有机绝缘剂和无机绝缘剂。有机绝缘剂主要包括具有优异的绝缘性和柔软度的树脂类，如硅树脂、环氧树脂、酚醛树脂等，但是其耐热性极差，在高温的去应力退火处理中会分解，从而增加了磁损耗，造成磁性能的恶化。无机绝缘剂包括磷酸盐、二氧化硅和氧化铝等具有良好的耐高温性能的无机材料，中国专利CN100409979C利用二氧化硅包覆羰基Fe粉，极大地提高了软磁复合材料的电阻率。中国CN104070161B使用二氧化硅/环氧树脂复合材料包覆Fe粉，结合了有机和无机包覆材料的优势，提高软磁复合材料的电阻率，降低了涡流损耗。然而，不管是有机材料还是无机氧化物，虽然一定程度上提高了软磁复合材料的电阻率，但是由于都为非磁性相，引入后会产生磁稀释作用，降低饱和磁化强度和磁导率，不利于获得较高的磁导率。
[0004]于是，使用有磁性的铁氧体材料代替传统的非磁性相材料作为绝缘包覆层为人们研究软磁复合材料的配方提供了一种可能。中国专利CN104550940B将金属磁性粉末与软磁铁氧体混合，随后经微波高温热处理而形成包覆层，提高了软磁复合材料的磁导率。专利CN1021363331B将金属磁性粉末和镍锌铁氧体复合，利用放电等离子烧结技术致密化烧结成形，提高了软磁复合材料的软磁性能。然而，放电等离子烧结技术的制备成本较高，难以实现大量生产。锰锌铁氧体、镍锌铁氧体也被用作绝缘介质，来改善软磁复合材料的磁导率，这在很多文献中都有报道。石榴石铁氧体也是一类性能优异的软磁材料，兼具出色的软磁性能和介电性能。与NiZn、MnZn等软磁铁氧体相比(10
‑2Ω
·
m
‑
106Ω
·
m)，石榴石铁氧体的电阻率超过108Ω
·
m，因此使用石榴石铁氧体作为绝缘介质有助于降低涡流损耗。此外，石榴石铁氧体的Ms在16kA/m
‑
150kA/m范围内，可以通过离子掺杂调控Ms值和磁晶各向异性常数K1，有利于提高磁导率。石榴石型铁氧体的晶体结构与天然石榴石矿相同，具有体心立
方晶格，属于立方晶系，因此其磁性能既与尖晶石系铁氧体MnZn、NiZn铁氧体不同，也与磁铅石型六角铁氧体(Y型、Z型、W型和M型等)不同。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高性能磁性材料及其制备方法，可以提高软磁复合材料的磁导率，同时降低磁损耗。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种高性能磁性材料，由铁磁性金属颗粒和石榴石铁氧体材料构成。
[0008]本专利技术所涉及的高性能磁性材料的制备步骤为：
[0009](1)原材料制备
[0010]将硝酸盐原料和柠檬酸溶于去离子水中；超声混合均匀后使用氨水调节PH值；在水浴搅拌的条件下形成凝胶，取出干燥；研磨后进行煅烧处理。
[0011](2)绝缘包覆
[0012]称取一定量的粘结剂溶于乙醇中并分散均匀，将制备的铁氧体和磁粉充分混合均匀，随后将混合物倒入粘结剂
‑
乙醇混合溶液中，实现对金属磁粉的绝缘包覆，干燥所得混合物。
[0013](3)压制成型
[0014]在模具表面涂覆润滑剂，以防止粒子和模具黏结，然后把干燥后得到的混合物倒入模具经压实形成需要的形状。
[0015](4)去应力退火
[0016]将压制成型的样品在保护气氛下进行去应力退火热处理。
[0017]作为优选，所采用的金属磁粉为：Fe粉、Fe
‑
Si粉、Fe
‑
Si
‑
Al粉、Fe
‑
Si
‑
Cr粉、Fe
‑
Ni粉、Fe
‑
Ni
‑
Mo粉、非晶FeSiB磁粉和FeCuNbSiB纳米晶磁粉；质量为软磁复合材料的80wt.％
‑
99.9wt.％。
[0018]作为优选，所采用的绝缘包覆层为石榴石型铁氧体(RIG，其中R为稀土离子，I为铁离子)，包括：Y3Fe5O
12
、Sm3Fe5O
12
、Eu3Fe5O
12
、Gd3Fe5O
12
、Tb3Fe5O
12
、Dy3Fe5O
12
、Ho3Fe5O
12
、Er3Fe5O
12
、Tm3Fe5O
12
、Yb3Fe5O
12
、Lu3Fe5O
12
、Ce3Fe5O
12
等中的一种或多种；质量为软磁复合材料的0.1wt.％
‑
20wt.％。
[0019]作为优选，步骤(1)中稀土硝酸盐和九水硝酸铁的摩尔比为3：5，柠檬酸和金属阳离子的摩尔比为n(C6H8O7)：n(M
+
)＝1:1。
[0020]作为优选，步骤(1)中，使用氨水将PH值调至1～4范围。
[0021]作为优选，步骤(1)中，水浴温度为60℃～95℃。
[0022]作为优选，步骤(1)中，干燥条件为100℃～180℃，6h～36h。
[0023]作为优选，步骤(1)中，所述热处理为800℃～1000℃下保温1h～8h，升温速率为5℃/min～10℃/min。
[0024]作为优选，步骤(2)中，1wt.％～6wt.％的PVP、W
‑
6C、PVA作为粘结剂，混合均匀后于50℃～90℃干燥。
[0025]作为优选，步骤(3)中，使用硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钡中的一种或多种作为润滑剂。
[0026]作为优选，步骤(3)中，在700MPa
‑
2000MPa的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能软磁复合材料，其特征在于：该软磁复合材料包括铁磁性金属磁粉和绝缘包覆层，制备方法包括如下步骤：(1)原材料制备所采用的金属磁粉为：Fe粉、Fe
‑
Si粉、Fe
‑
Si
‑
Al粉、Fe
‑
Si
‑
Cr粉、Fe
‑
Ni粉、Fe
‑
Ni
‑
Mo粉、非晶FeSiB磁粉和FeCuNbSiB纳米晶磁粉中的一种或多种；所采用的绝缘包覆层为石榴石型铁氧体(RIG，其中R为稀土离子，I为铁离子)，包括：Y3Fe5O
12
、Sm3Fe5O
12
、Eu3Fe5O
12
、Gd3Fe5O
12
、Tb3Fe5O
12
、Dy3Fe5O
12
、Ho3Fe5O
12
、Er3Fe5O
12
、Tm3Fe5O
12
、Yb3Fe5O
12
、Lu3Fe5O
12
、Ce3Fe5O
12
等中的一种或多种；石榴石型铁氧体的制备流程如下：将稀土硝酸盐、九水硝酸铁和柠檬酸按照一定摩尔比溶于去离子水中；超声混合均匀后使用氨水调节PH值；在水浴搅拌的条件下形成凝胶，取出干燥；研磨后进行煅烧处理；(2)绝缘包覆称取一定量的粘结剂溶于乙醇中并分散均匀，将制备的铁氧体和磁粉充分混合均匀，随后将混合物倒入粘结剂
‑
乙醇混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李婉娇，李静，李辉，桂其园，胡凤，彭晓领，徐靖才，洪波，王新庆，葛洪良，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：