一种基于导磁绝缘壳核壳功能基元的高磁感低损耗非晶/纳米晶磁粉芯及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于导磁绝缘壳核壳功能基元的高磁感低损耗非晶/纳米晶磁粉芯制备方法与应用。本发明专利技术在微米铁基非晶/纳米晶粉末核表面包覆一种既绝缘又导磁的绝缘壳，形成导磁绝缘壳功能基元，进而结合压制和烧结工艺得到高磁感低损耗的复合磁粉芯。球磨破碎微米铁基非晶粉具有高饱和磁感应强度；模拟设计的绝缘壳提高电阻率，降低磁损，其中纳米磁粉起到提升磁导率的作用。使磁粉芯具有优异的综合性能，可广泛应用于多种领域的中高频电子器件。件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于导磁绝缘壳核壳功能基元的高磁感低损耗非晶/纳米晶磁粉芯及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于软磁材料
，具体涉及一种基于导磁绝缘壳核壳功能基元的高磁感低损耗非晶/纳米晶磁粉芯及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]磁粉芯是一种由磁性粉末经绝缘包覆后经压制烧结而成的软磁材料，其特点是饱和磁感应强度较高、频率特性以及恒导磁良好，主要用于高频电感。目前，铁基非晶/纳米晶磁粉芯的制备步骤主要包括：将非晶带材用球磨破碎法或雾化法制备非晶粉末核。再将制得的非晶粉末核包覆绝缘壳材料后冷压成型，经由退火处理后制得非晶
‑
纳米晶磁粉芯。
[0003]但是，现有技术中铁基非晶/纳米晶磁粉芯的开发在各步骤都存在问题：
[0004]第一，通过球磨破碎法制备的磁粉呈现出的形貌为带有尖锐棱角的、形状不均匀的多边形薄片，绝缘材料包覆后压制成磁粉芯时会刺破绝缘材料，影响磁粉表面的绝缘效果，在使用过程中产生了较大的涡流区域，使得涡流损耗增大、磁性能下降。第二，绝缘包覆材料多用有机树脂包覆或无机物包覆。使用有机树脂进行绝缘包覆粘合的磁粉芯磁性能较好，但是抗氧化能力弱，熔点较低，在热处理时会受到限制，而且在包覆破碎非晶粉末时被刺破的风险很大。无机包覆大多为钝化后用水玻璃或者SiO2等绝缘材料进行包覆，钝化是指使用化学试剂进行处理，比如磷酸钝化，使得粉末颗粒表面形成均匀的钝化膜，同样可以提高粉末颗粒间的电阻率，但是SiO2的粘合效果不好，在压制过程中容易产生裂纹，或者在热处理过程中，由于应力的释放，容易使其开裂。SiO2包覆磁粉芯的频率稳定性比较好，但是磁导率会比较低。第三，在压制过程中，由于铁基非晶合金在压制过程中只发生弹性变形，没有塑性变形，所以需要至少2GPa的压制力才能成型，如此大的压制力使得磁粉芯内部具有较大的内应力，由于铁基非晶合金只能在较低的温度烧结，较高的温度会使得晶粒长大，恶化软磁性能，较低的温度烧结无法消除磁粉芯内部的内应力，也会导致磁粉芯损耗增大，这也是目前阻碍非晶磁粉芯大规模应用的关键原因之一。第四，目前开发的高磁感应磁粉芯的工艺性能较差，纳米晶容易过分长大，导致软磁性能恶化，工业化的生产场景下工艺控制窗口较小，不利于大规模工业化生产。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种基于导磁绝缘壳核壳功能基元的高磁感低损耗非晶/纳米晶磁粉芯制备方法，具体为利用单辊快淬法制得的铁基非晶薄带直接进行球磨破碎处理得到非晶粉末；对所述铁基非晶粉末进行筛分和配比；采用磷酸钝化；将纳米磁粉和纳米SiO2粉末按模拟设计出的配比均匀混合后加入到包覆剂中形成绝缘壳；用该绝缘壳对铁基非晶粉末进行包覆、干燥和造粒，形成一种基于导磁绝缘壳核壳功能基元；经压制和烧结，最终得到一种基于导磁绝缘壳核壳功能基元的高磁感低损耗非晶/纳米晶磁粉芯。
[0006]本专利技术将纳米磁粉和纳米SiO2粉末混合均匀加入到少量有机树脂中对球磨破碎磁粉进行包覆，形成一种基于导磁绝缘壳核壳功能基元，通过压制烧结，得到一种基于导磁绝缘壳核壳功能基元的高磁感低损耗非晶/纳米晶磁粉芯。该方法利用纳米合金粉末的微小塑性变形，减小非晶粉末在压制过程中的内应力，从而得到较低的磁损。并且，通过慢速升温的烧结方式使非晶基体中稳定析出大量20～30μm的纳米晶。
[0007]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种基于导磁绝缘壳核壳功能基元的高磁感低损耗非晶/纳米晶磁粉芯的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将铁基非晶薄带破碎、球磨、筛分，得到类球形粉末核，将所述类球形粉末核钝化处理、干燥、过筛后得到造粒粉末；
[0010](2)使用PFC三维数值模拟软件，模拟不同粒径纳米磁粉与纳米SiO2绝缘粉末的复合堆积状态，获得具有较高磁导率、不导电的导磁绝缘壳的粉末堆积层数和复合比例；
[0011](3)将纳米磁粉和纳米SiO2绝缘粉末按照步骤(2)模拟的方式混合，然后加入步骤(1)所得的造粒粉末继续混合，得到混合粉末；将所述混合粉末加入到树脂溶液中进行包覆处理，干燥、过筛后得到导磁绝缘壳核壳功能基元粉末；
[0012](4)将步骤(3)所述的导磁绝缘壳核壳功能基元粉末与润滑剂混合，压制、烧结后得到所述基于导磁绝缘壳核壳功能基元的高磁感低损耗非晶/纳米晶磁粉芯。
[0013]优选地，步骤(1)中，所述铁基非晶薄带尺寸为16～35μm。
[0014]所述破碎为将铁基非晶薄带破碎成10mm左右的碎片；
[0015]所述球磨为球料比7：1～10：1，转速250～280rpm，球磨15～30min后冷却15～30min，球磨总时长15～20h；
[0016]所述筛分粒径为30～75μm。
[0017]优选地，所述钝化处理为将钝化剂加入到类球形粉末核中，超声条件下搅拌10～30min；
[0018]所述钝化剂为磷酸溶液，浓度为0.6～1wt.％。
[0019]优选地，步骤(1)中，所述铁基非晶薄带成分为Fe
a
Si
b
B
c
P
d
Cu
e
C
f
，式中a、b、c、d、e和f分别表示各对应组元的原子百分含量，其中82≤a≤85，0.4≤b≤0.55，3.5≤c≤5，8≤d≤11，0.1≤e≤1，0.5≤f≤3，a+b+c+d+e+f＝100％且13≤b+c+d≤15。
[0020]优选地，步骤(3)中，所述纳米磁粉为纳米纯铁粉、纳米MnZn铁氧体、纳米NiZn铁氧体中的至少一种，其粒径20～200nm；所述纳米SiO2粉末的粒径为20～300nm；
[0021]纳米磁粉与纳米SiO2粉末的质量比为0.6～1.5，粉末堆积层数为16～30；
[0022]纳米磁粉与纳米SiO2粉末的加入总量占造粒粉末的3～10wt.％。
[0023]更优选地，上述纳米磁粉与纳米SiO2粉末的质量比与堆积层数是通过PFC三维数值模拟软件模拟得到的。
[0024]优选地，步骤(3)中，树脂为有机硅树脂、酚醛树脂和环氧树脂中的至少一种，树脂的加入量为造粒粉末的0.3～1wt.％，树脂溶液的溶剂为丙酮；
[0025]所述混合时间为0.7～1h；
[0026]所述包覆处理为在超声条件下搅拌30～60min，干燥步骤为在50
±
10℃下干燥30～60min；
[0027]所述过筛目数为160～200目。
[0028]优选地，步骤(4)中，所述润滑剂为硬脂酸锌；润滑剂的加入量为导磁绝缘壳核壳功能基元粉末的0.3～0.8wt.％；
[0029]所述压制步骤的压力为1.5～1.8GPa；
[0030]所述烧结为在惰性气体中烧结成型，烧结成型升温速率为5～50℃/min，烧结参数为在200
±
20℃下保温10～30min，升温至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于导磁绝缘壳核壳功能基元的高磁感低损耗非晶/纳米晶磁粉芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铁基非晶薄带破碎、球磨、筛分，得到类球形粉末核，将所述类球形粉末核钝化处理、干燥、过筛后得到造粒粉末；(2)使用PFC三维数值模拟软件，模拟不同粒径纳米磁粉与纳米SiO2绝缘粉末的复合堆积状态，获得具有较高磁导率、不导电的导磁绝缘壳的粉末堆积层数和复合比例；(3)将纳米磁粉和纳米SiO2绝缘粉末按照步骤(2)模拟的方式混合，然后加入步骤(1)所得的造粒粉末继续混合，得到混合粉末；将所述混合粉末加入到树脂溶液中进行包覆处理，干燥、过筛后得到导磁绝缘壳核壳功能基元粉末；(4)将步骤(3)所述的导磁绝缘壳核壳功能基元粉末与润滑剂混合，压制、烧结后得到所述基于导磁绝缘壳核壳功能基元的高磁感低损耗非晶/纳米晶磁粉芯。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铁基非晶薄带尺寸为16～35μm；所述破碎为将铁基非晶薄带破碎成10mm左右的碎片；所述球磨为球料比7：1～10：1，转速250～280rpm，球磨15～30min后冷却15～30min，球磨总时长15～20h；所述筛分粒径为30～75μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钝化处理为将钝化剂加入到类球形粉末核中，超声条件下搅拌10～30min；所述钝化剂为磷酸溶液，浓度为0.6～1wt.％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铁基非晶薄带成分为Fe
a
Si
b
B
c
P
d
Cu
e
C
f
，式中a、b、c、d、e和f分别表示各对应组元的原子百分含量，其中82≤a≤85，0.4≤b≤0.55，3.5≤c≤5，8＜d≤11，0.1≤e≤1，0.5≤f≤3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，张智，柯海波，童星，汪卫华，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：