一種低磁芯損耗的Fe-Si磁粉芯及其製備方法
2023-06-01 13:54:21 1
一種低磁芯損耗的Fe-Si磁粉芯及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種低磁芯損耗的Fe-Si磁粉芯及其製備方法。該方法利用納米SiO2成功包覆Fe-Si粉芯，其磁芯損耗最低可以控制在614mW/cm3左右，並且該磁粉芯具有良好的直流偏置特性和良好的熱穩定性。本發明Fe-6.5Si低損耗磁粉芯可以應用在大負載電感的設計和應用中，例如使用新能源(太陽能、風能等)的變頻器、功率因數校正器和UPS不間斷電源。
【專利說明】一種低磁芯損耗的Fe-Si磁粉芯及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種低損耗特性的磁粉芯及其製備方法。
【背景技術】
[0002] 磁粉芯是將鐵磁性粉末與絕緣介質混合壓制而成的一種複合軟磁材料。與金屬軟 磁相比，具有低渦流損耗的特點；與軟磁鐵氧體相比，又具有更高的飽和磁感應強度。因此， 磁粉芯是目前具有良好綜合性能的一種新型軟磁材料。
[0003]Fe-Si磁粉芯的主要特點是飽和磁感應強度高、磁芯損耗比鐵粉芯更低、具有優異 的直流偏置性能。另外，Fe-Si粉芯還擁有良好的溫度穩定性和高能量貯存能力。
[0004] 發明CN102314986A和CN103824670A中Fe-Si磁粉芯採用的包覆劑為酚醛樹 月旨。由於有機包覆劑的熔點低，採用這種包覆劑的磁粉芯不能進行高溫熱處理來消除內應 力。發明CN103700460A中無機包覆製備的Fe-Si磁芯損耗仍然較高，為2000mW/cm3左 右(測試條件100kHz, 100mT)。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是使用納米無機絕緣包覆劑對Fe-Si磁粉進行絕緣處理，提供了一 種製備低損耗、高穩定性的Fe-Si磁粉芯的方法。
[0006] 本發明低磁芯損耗Fe-Si磁粉芯中Si的含量為6. 5Wt. %，其餘為Fe元素含量。 本發明採用的技術方案如下。
[0007] 1)粉體預處理：將粉體原料先在氫氣中進行高溫退火預處理，退火溫度為800 °C，保溫2小時，然後緩慢冷卻至室溫。
[0008] 2)磷化液的配製：稱取一定量的磷酸或者磷酸二氫鋁溶於乙醇後配成磷酸的乙 醇溶液。
[0009] 3)粘合劑的配製：採用納米二氧化矽、雲母粉、高嶺土等分散於乙醇中，形成一定 濃度的膠體溶液或者懸濁液。
[0010] 4)磷化處理：稱取一定量的磷化液，加入粉體後均勻攪拌至溶劑基本揮發盡，然後 在80 °C烘乾。磷化液的加入量一般以磷酸計在粉體質量的0.1 %。
[0011] 5)絕緣粘合劑的包覆：稱取一定量的粘合劑分散液，加入粉體後均勻攪拌至溶劑 基本揮發盡，然後在80°C烘乾。粘合劑的加入量在粉體質量的1%左右。
[0012] 6)壓製成型：採用液壓機在磨具中一次壓製成型，壓制噸位為20T/cm2,壓制前加 入0.15 %硬脂酸鋅作脫模潤滑劑。壓制樣品為環形，外徑14mm，內徑8mm，質量控制在 4. 6g左右。
[0013]7)退火燒結：將樣品置於管式爐中，於氫氣氣氛下燒結，燒結溫度在600-800°C， 保溫時間1-2小時。
[0014] 本發明採用納米SiO2作為表面絕緣包覆材料，經過調控粘合劑的加入量、去應力 退火條件等參數條件，獲得了低磁芯損耗（614mW/cm3，測試條件為50kHz，100mT)的 Fe-6. 5Si磁粉芯。該粉芯具有比鐵粉芯更低的損耗、高的性價比和良好的直流偏置特性。
[0015] 本發明Fe-6. 5Si低損耗磁粉芯可以用來替代成本較高的高磁通材料。由於高飽 和度的優勢，還可以應用在大負載電感的設計和應用中，例如使用新能源（太陽能、風能和 混合動力）的變頻器、功率因數校正器和UPS不間斷電源。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為不同頻率條件下磁芯損耗隨磁場的變化（0. 3%納米Si02)。
[0017] 圖2為直流疊加特性（0· 3%納米SiO2)。
[0018] 圖3為磁粉芯損耗與使用溫度的關係（0. 3%納米Si02)。
【具體實施方式】
[0019] 本發明Fe-Si磁粉芯的磁芯損耗為614mW/cm3 (50kHz, 100mT)之間，具體實 施方式如下。
[0020] 實施方式一。
[0021] 1)本發明低損耗Fe-Si磁粉芯由Fe、Si兩種元素組成，其中Si元素原子比為6. 5 wt%，其餘為Fe元素。粉體顆粒大小選擇200目。
[0022] 2)先將粉體原料在氫氣中進行高溫退火預處理，退火溫度為800 °C，保溫2小時， 然後緩慢冷卻至室溫。
[0023] 3)稱取粉體質量的0. 1 % (以磷酸計）的磷化液，加入粉體後均勻攪拌至溶劑基本 揮發盡，然後在80 °C烘乾。
[0024] 4)稱取粉體質量1 %的粘合劑分散液和0. 15 %的SiO2，加入粉體後均勻攪拌至 溶劑基本揮發盡，然後在80°C烘乾。
[0025] 5)加入0. 15 %硬脂酸鋅作脫模潤滑劑，然後採用液壓機在模具中一次壓製成型， 壓制噸位為20T/cm2。
[0026]6)將樣品置於管式爐中，於氫氣氣氛下燒結，燒結溫度在650°C，保溫時間1-2小 時。
[0027]實施方式二。
[0028] 此實施方式中，SiO2的加入量為0. 2 %，其餘條件與實施方式一相同。
[0029] 實施方式三。
[0030] 此實施方式中，SiO2的加入量為0. 3 %，其餘條件與實施方式一相同。
[0031] 實施方式四。
[0032] 此實施方式中，SiO2的加入量為0. 3 %，燒結溫度為800 °C，其餘條件與實施方式 一相同。
[0033] 實施方式五。
[0034] 此實施方式中，SiO2的加入量為0.3 %，燒結溫度為1000 °C，其餘條件與實施方式 一相同。
[0035] 從表1中可以看出，與其它絕緣包覆材料相比，納米SiO2包覆的磁粉芯具有最低 的磁芯損耗。對於有機物粘合劑雖然能獲得較高的初始磁導率，但從應用角度來看，有機物 易老化，並且使用溫度範圍小。由圖1可以看出，在測試條件100kHz, 100mT下，Fe-6. 5Si 的磁芯損耗為1300mW/cm3左右，低於發明CN103700460A中2000mW/cm3。說明納米SiO2 包覆層相比其它包覆劑可以明顯降低磁芯損耗。
【權利要求】
1. 一種低磁芯損耗的Fe-Si磁粉芯及其製備方法，具體為：先將粉體原料在氫氣中進 行高溫退火預處理，退火溫度為800 °C，保溫2小時，然後緩慢冷卻至室溫；稱取粉體質量 的0. 1 %的磷化液，加入粉體後均勻攪拌至溶劑基本揮發盡，然後在80 °C烘乾；再稱取粉 體質量1 %的粘合劑分散液和0.15 ~3 %的Si02，加入粉體後均勻攪拌至溶劑基本揮發盡， 然後在80°C烘乾；加入0.15 %硬脂酸鋅作脫模潤滑劑，然後在壓制噸位為20 T/cm2下壓制 成型；最後將樣品置於管式爐中，於氫氣氣氛下燒結，燒結溫度在650~1000 °C，保溫時間 為1-2小時。
2. 根據權利要求1)所述方法製備的Fe-Si磁粉芯，其磁芯損耗最低為614 mW/cm3。
3. 根據權利要求1)所述方法製備的Fe-Si磁粉芯，具有良好的直流偏置特性。
4. 根據權利要求1)所述方法製備的Fe-Si磁粉芯，具有良好的熱穩定性。
【文檔編號】H01F1/08GK104392817SQ201410744002
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月9日 優先權日:2014年12月9日
【發明者】潘冠軍, 都有為, 唐少龍, 朱帥宇, 孟祥康 申請人:海安南京大學高新技術研究院