非晶纳米晶软磁颗粒制造技术

本发明专利技术提供一种非晶纳米晶软磁颗粒

【技术实现步骤摘要】
非晶纳米晶软磁颗粒、软磁粉芯及其制备方法和电子器件


[0001]本专利技术涉及磁粉芯
，尤其涉及一种非晶纳米晶软磁颗粒
、
软磁粉芯及其制备方法和电子器件
。

技术介绍

[0002]软磁复合材料是由磁性和非磁性组分相互交织而成的复合材料，其独特的结构和组成赋予了它许多优异的特性
。
在能源领域中，软磁复合材料的特性对于提高能量转换
、
存储和传输效率至关重要
。
近年来，电力电子技术的快速发展对软磁复合材料提出了高频化
、
小型化集成化等更高要求
。
目前广泛应用的软磁复合材料为金属粉芯，如
Fe、FeSi
和
FeSiAl
磁粉芯，其具有高饱和磁化强度
(M
s
)
和高磁导率
(
μ
e
)
，但电阻率小，高频损耗大，因而适用于低频范围
。
软磁铁氧体具有高磁导率和良好电绝缘性，在高频应用中占有很大市场份额
。
但其
M
s
较低，只有金属粉芯的
1/3
，难以满足电子器件的小型化要求
。
[0003]铁基非晶磁粉芯结合了传统金属粉芯和软磁铁氧体的优点，是近十年来发展起来的一种极具潜力的新型磁粉芯材料
。
一方面，由于其独特的无序结构，铁基非晶磁粉芯具有比传统金属粉芯更低的矫顽力和更高的电阻率，有利于在高频下降低磁芯损耗
(P
cv
)。
另一方面，铁基非晶磁粉芯的
M
s
约为软磁铁氧体的3倍
。
因此，由于其优异的综合软磁性能，铁基非晶磁粉芯被认为是中高频领域中最有潜力的软磁粉芯材料
。
然而，铁基非晶磁粉芯的
M
s
低于商用
Fe
和
FeSi
系列软磁粉芯的
M
s
(>1.6T)
，这限制了相关器件的小型化发展
。
[0004]目前所报道的非晶软磁粉末的饱和磁化强度均处于中等水平
。
比如，专利
(CN202211560644.7)
报道，在母合金
FeSiBCCr
熔体中分别掺入微量元素
Mn、Cu、Ni
，再通过气雾化法制备出非晶软磁粉末
。
通过合理的粉末粒径配比可以改善不同成分体系的非晶软磁粉末的饱和磁化强度
。
所制备的非晶软磁粉末饱和磁感值为
140
‑
175emu/g
，处于中等水平，且其有效磁导率仅为
15
‑
25。
[0005]因此，如何进一步提高非晶磁粉芯的饱和磁化强度，对实现电子器件高频化
、
小型化发展具有重要意义
。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种非晶纳米晶软磁颗粒
、
软磁粉芯及其制备方法和电子器件，通过机械球磨处理，诱导铁基材料非晶化的同时调控纳米晶的尺寸，获得极高饱和磁化强度的铁钴基非晶纳米晶颗粒，且将其制成软磁粉芯后磁性能优良
。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种非晶纳米晶软磁颗粒，所述非晶纳米晶软磁颗粒的化学分子式为
(Fe
a
Co
b
)
(100
‑
c)
B
c
，其中
a+b
＝1且
3.6≤a/b≤4.4
，以及
12≤c≤14
；所述非晶纳米晶软磁材料的
XRD
谱图中2θ
在
41
～
49
°
位置处的半峰宽为
0.60
～
1.1
，所述非晶纳米晶软磁材料中同时含有纳米晶部分和非晶部分
。
[0009]值得说明的是，本专利技术的分子式为
(Fe
a
Co
b
)
(100
‑
c)
B
c
中，由于
c
的取值范围为
12
～
14
，即铁钴含量高，这种铁钴含量高的材料非晶形成非晶能力极差，制备出非晶前驱体的难度较大，即使采用类似
CN107103976A
公开的传统方法先制备非晶前驱体，再进行退火，但是退火的工艺要求十分苛刻，一般从非晶转化为纳米晶较为容易，但是想要通过控制退火的工艺条件得到非晶纳米晶是十分困难的，诸如
CN107103976A
之类的现有技术也难以得到高铁钴含量的非晶纳米晶材料
。
[0010]本专利技术制得了2θ
在
41
～
49
°
位置处的半峰宽为
0.60
～
1.1
的高铁钴非晶纳米晶颗粒，颗粒的饱和磁化强度高，而且这种颗粒的稳定性高，后续制得磁粉芯后的综合磁性能优良
。
[0011]本专利技术中
a/b
的取值范围为
3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3
或
4.4
等
。c
的取值范围例如可以是
12、12.2、12.3、12.5、12.8、13、13.5、13.8
或
14
等
。
半峰宽的值例如可以是
0.50、0.51、0.56、0.58、0.59、0.60、0.63、0.65、0.68、0.70、0.71、0.72、0.75、0.78、0.80、0.85、0.88、0.90、0.92、0.95、0.98、0.99、1.0、1.01、1.05
或
1.1
等
。
[0012]优选地，所述非晶纳米晶软磁颗粒的尺寸为
100nm
～
20
μ
m
，例如可以是
100nm、120nm、150nm、200nm、300nm、500nm、600nm、700nm、1
μ
m、2
μ
m、4
μ
m、5
μ
m、8
μ
m、9
μ
m、10
μ
m、12
μ
m、15
μ
m、18
μ
m
或
20
μ
m
等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种非晶纳米晶软磁颗粒，其特征在于，所述非晶纳米晶软磁颗粒的化学分子式为
(Fe
a
Co
b
)
(100
‑
c)
B
c
，其中
a+b
＝1且
3.6≤a/b≤4.4
，以及
12≤c≤14
；所述非晶纳米晶软磁材料的
XRD
谱图中2θ
在
41
～
49
°
位置处的半峰宽为
0.60
～
1.1
；所述非晶纳米晶软磁材料中同时含有纳米晶部分和非晶部分
。2.
根据权利要求1所述的非晶纳米晶软磁颗粒，其特征在于，所述非晶纳米晶软磁颗粒中纳米晶的尺寸为
10
～
20nm
；优选地，所述非晶纳米晶软磁颗粒的尺寸为
100nm
～
20
μ
m
；优选地，所述非晶纳米晶软磁颗粒的
XRD
谱图中2θ
在
41
～
49
°
位置处的半峰宽为
0.80
～
0.99
；优选地，所述非晶纳米晶软磁颗粒中纳米晶的占比为
30
～
80
％；优选地，所述非晶纳米晶软磁颗粒的饱和磁化强度范围为
220emu/g
～
240emu/g。3.
一种权利要求1或2所述的非晶纳米晶软磁颗粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：混合铁粉
、
钴粉和硼粉，采用行星球磨机进行机械球磨，制备所述非晶纳米晶软磁颗粒；所述机械球磨包括至少
20
个球磨周期，所述球磨周期依次包括：第一正向球磨第一时间
、
第一停转第二时间
、
第二反向球磨第三时间和第二停转第四时间，所述第一时间和第三时间各自独立地为
10
～
20min
，所述第一正向球磨和第二反向球磨的球磨方向相反
。4.
根据权利要求3所述的非晶纳米晶软磁颗粒的制备方法，其特征在于，所述第一正向球磨和第二反向球磨的球料比各自独立地为
(4.5
～
5.5):1
；优选地，所述机械球磨中球磨介质包括第一介质球和第二介质球，所述机械球磨中加入的第一介质球和第二介质球的质量比为
(0.9
～
1.2):2
；优选地，所述第一介质球的体积大于第二介质球的体积；优选地，所述第一介质球和第二介质球的自身体积比为
(5
～
15):1。5.
根据权利要求3或4所述的非晶纳米晶软磁颗粒的制备方法，其特征在于，所述第一正向球磨和第二反向球磨的转速各自独立地为
300
～
400r/min
；优选地，所述机械球磨包括
180
～
360
个球磨周期；优选地，所述机械球磨的过程中通入保护气体；优选地，所述保护气体包括氮气；优选地，所述制备方法在所述机械球磨后还包括：机械球磨后的颗粒进行筛分，得到所述非晶纳米晶软磁颗粒；优选地，所述筛分包括过筛获得小于
200

【专利技术属性】
技术研发人员：柯海波，李枧，邵里良，周靖，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：