一種用於磁屏蔽片的非晶或納米晶材料的熱處理方法與流程

2023-09-23 04:55:05

本發明涉及磁性材料、無線充電、電磁屏蔽及熱處理工藝領域，尤其涉及一種用於磁屏蔽片的非晶或納米晶材料的熱處理方法。

背景技術：

無線充電技術，是指利用電磁波感應原理進行充電，原理類似於變壓器。目前，可攜式終端、手機、數碼攝像機等電子設備中已經規模化使用和推廣無線充電技術。該技術在發送端和接收端各具有一個線圈。發送端線圈連接有線電源以產生電磁信號，接收端線圈感應發送端的電磁信號從而產生電流供電池充電。接收端線圈需要通過屏蔽片進行電磁屏蔽。目前屏蔽片使用非晶和納米晶材料，通過使用前述材料進行熱處理及後續加工工序而完成該屏蔽片。

在無線充電模塊中，磁性材料製成的電磁屏蔽片的功能包括兩方面。一方面是為電磁感應的線圈耦合提供高磁導率的通道，提高充電效率；另一方面是保證感應線圈的交變磁場帶來的磁力線對其他電子部件不產生幹擾，起到屏蔽作用。

目前非晶1k101和1k107納米晶材料用於磁屏蔽上已經規模化使用。作為無線充電導磁片用的非晶材料和納米晶材料，在製備成無線充電用電磁屏蔽片後，其高頻損耗主要來自於渦流損耗，影響其充電效率，同時磁導率也降低很多。現有製備方法中均採用無磁熱處理工藝，對非晶、納米晶帶材進行熱處理，一般的熱處理工藝是在溫度370-450℃或500℃-600℃進行普通的熱處理。這種熱處理不能完全發揮非晶、納米晶材料應有的電磁性能。雖然非晶材料經過這種熱處理方法能夠獲得磁性能，但是在100khz頻率以上磁導率不高，磁滯伸縮係數(λ)還沒有達到最佳，材料在應力作用下，磁導率下降，性能有明顯的變化。

技術實現要素：

本發明針對上述技術問題，提出了一種用於磁屏蔽片的非晶或納米晶材料的熱處理方法，在熱處理時同時進行橫磁場處理，熱處理後的磁片提高了磁導率，並且降低了損耗，提高了充電效率。

本發明的一種用於磁屏蔽片的非晶或納米晶材料的熱處理方法，包括如下步驟：

卷繞步驟，將非晶帶材或納米晶帶材卷繞成需要尺寸的磁芯；和

熱處理步驟，將非晶或納米晶磁芯按照一定規則排放於熱處理爐中進行熱處理；

其中，在熱處理的過程中同時進行磁場處理。

優選地，所述熱處理步驟中，熱處理工作溫度的設定如下：非晶材料熱處理溫度為350℃-480℃，升溫時間為50分鐘-2小時，保溫時間為1小時-10小時；其中升溫階段為兩個階段，保溫階段為兩個階段。

優選地，所述熱處理步驟中，熱處理工作溫度的設定如下：納米晶材料熱處理溫度為450-580℃，升溫時間為1小時-3小時，保溫時間為1小時-10小時，升溫階段分為二個階段或三個階段，等溫階段為三個至五個階段。

優選地，所述熱處理步驟進一步包括如下步驟：

抽真空步驟：卷繞成的所述磁芯放入熱處理爐並擰緊爐蓋後，抽真空至真空-0.08mpa；

保護氣充入步驟：充入保護氣氛至熱處理爐內氣壓為0.02-0.04mpa，所述保護氣氛為氬氣或氮氣；

磁場處理步驟，在熱處理爐內升溫到250℃溫度時，施加直流電流在熱處理爐的螺旋銅管上，施加的直流電流強度為500-2000a，產生的磁場強度為1000-4000a/m，在熱處理升溫和保溫過程中一直進行磁場處理，直到所述磁芯的溫度降為200℃以下。

優選地，所述熱處理爐是氣體保護熱處理爐，爐體結構為立式磁場爐。

優選地，所述磁場處理為橫磁場處理，所述磁屏蔽片使用的頻率在100khz以上，磁導率400以上。

優選地，所述非晶材料為1k101材料，所述納米晶材料為1k107材料。

優選地，所述一定規則包括多個磁芯單層擺放，各磁芯間距一般為30-50毫米。

本發明的有益效果：

1、通過使用加磁場熱處理工藝，提高磁屏蔽片的屏蔽性能。

2、加磁場熱處理後，降低了飽和磁致伸縮係數，從而降低應力的影響，提高了磁導率，降低了損耗，提高了充電效率。

附圖說明

圖1是根據本發明的用於磁屏蔽片的非晶或納米晶材料的熱處理方法的流程圖；

圖2(a)是普通熱處理方法的磁滯回線圖；圖2(b)是本發明的熱處理方法的磁滯回線 圖；

圖3是本發明熱處理爐的爐體結構。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明進行詳細說明。以下實施例並不是對本發明的限制。在不背離發明構思的精神和範圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本發明中。

如圖1所示，本發明的用於磁屏蔽片的非晶或納米晶材料的熱處理方法，包括如下步驟：

卷繞步驟(s1)，將非晶材料或納米晶帶材卷繞成需要尺寸的磁芯。本發明的實施例中，非晶帶材為1k101材料，納米晶帶材為1k107材料。

熱處理步驟(s2)，將非晶或納米晶磁芯按照一定規則排列並放於熱處理爐中進行熱處理，其中，在熱處理的過程中同時進行磁場處理。該一定規則包括多個磁芯單層擺放，各磁芯間距一般為30-50毫米。

在熱處理步驟中，熱處理工作溫度的設定如下：非晶材料熱處理溫度為350℃-480℃，升溫時間為50分鐘到2小時，保溫時間為1小時-10小時，升溫階段分為二個階段，等溫階段為兩個個階段。

在熱處理步驟中，熱處理工作溫度的設定如下：納米晶材料熱處理溫度為450-580℃，升溫時間為1小時-3小時，保溫時間為1小時-10小時，升溫階段分為二個階段或三個階段，等溫階段視產品(納米晶材料)性能要求為三個至五個的多個階段。

上述熱處理步驟進一步包括如下步驟：

抽真空步驟(s21)：卷繞成的所述磁芯放入熱處理爐並擰緊爐蓋後，抽真空至真空-0.08mpa。

保護氣充入步驟(s22)：充入保護氣氛(一般為氬氣或氮氣)，至熱處理爐內氣壓為0.02-0.04mpa。熱處理爐內氣壓由氣體壓力控制閥來控制。

磁場處理步驟(s23)，在熱處理爐內升溫到250℃溫度時，施加直流電流為500-2000a，磁場強度為1000-4000a/m，根據產品所要求的磁導率性能要求，在熱處理過程中一直進行磁場處理，直到所述鐵芯的溫度降為200℃以下。

本發明的熱處理爐是氣體保護熱處理爐，爐體結構為立式磁場爐，爐體結構如圖3所示。本發明的熱處理爐具有爐體31，爐體31外包箍一層發熱電阻絲32，發熱電阻絲32 外為隔熱石棉層33，隔熱石棉層33之外是不鏽鋼層34，起到支撐銅管的作用，最外層為空心螺旋銅管35。對螺旋銅管35加直流電流後，螺旋銅管35內部產生磁場。

普通熱處理設備一般為臥式真空爐，無氣體保護，產品(非晶、納米晶材料)受熱依靠傳導進行，加熱時間長，產品受熱不均勻。而本發明中，產品可以通過傳導和氣體對流方式進行加熱，加熱充分，效果好，時間短，爐溫溫差小，具有提高生產效率和節能的效果。

根據磁屏蔽片產品使用的頻率和磁導率要求，所述磁場處理為橫磁場處理。較佳地，磁屏蔽片使用的頻率在100khz以上，磁導率400以上。

如上所述，本發明方法通過在普通熱處理的過程中同時進行磁場處理，使熱處理後的磁片可以達到高頻率下最佳的使用性能，磁滯伸縮係數(λ)基本趨於零，在大電流或大磁場下不容易飽和，磁性能變化穩定，抗應力作用明顯增強。

在退火過程中加磁場，磁疇在外磁場的作用下，進行適當的排列，降低總的系統自由能。當系統冷卻後，原子擴散被抑制，結果該系統具有單軸各向異性。通過橫磁場熱處理的情況下，可以得到扁平的磁滯回線。一般縱磁處理可以改善直流特性，橫磁場處理可以降低交流損耗，從而可以得到良好的寬頻恆導磁性能。

圖2(a)是普通熱處理方法的磁滯回線圖；圖2(b)是本發明的熱處理方法(加縱磁場)的磁滯回線圖。圖2(a)和圖2(b)中，μ0是指激磁磁場強度h0時的磁芯的磁導率，相當於初始相對磁導率，μm是磁芯的最大相對磁導率，h為磁場強度，單位均為a/m(安/米)，b為磁感應強度，單位為t(特斯拉)。磁導率μ＝b/h。

為了對普通熱處理工藝和本發明的磁場熱處理方法進行對比，本發明人把寬度55毫米的非晶帶材卷繞成￠100*￠70*55的環形鐵芯(磁芯)。以20個磁芯為標樣，10個經過普通熱處理，10個經過橫磁場熱處理，兩種熱處理方法獲得的磁片的磁導率和磁滯伸縮係數(λ)分別如下。

(1)普通熱處理工藝，熱處理溫度為420℃(攝氏度)，熱處理保溫時間2小時(h)。如表1所示。

表1

用上述普通熱處理方法獲得的磁片製作的磁屏蔽片的磁導率及充電效率如下表2所示。該磁屏蔽片由二層上述獲得的磁片製成，尺寸為60mm*55mm。

表2

(2)橫磁場熱處理工藝，熱處理溫度為420℃，熱處理保溫時間2h，採用橫磁場設備為立式橫磁場爐，磁場強度為3000a/m。如表3所示。

表3

用橫磁場熱處理方法製作的磁屏蔽片的磁導率及充電效率如下表4所示。該磁屏蔽片由二層上述獲得的磁片製成，尺寸為60mm*55mm。

表4

其中，熱處理後磁片及磁屏蔽片用安捷倫阻抗分析儀(4294a精密阻抗分析儀)進行磁導率的測試。

另外，磁滯伸縮係數的測定方法採用應變電阻測量法來測定。鐵磁性物質在磁化時，沿著磁化方向會發生長度的伸長或縮短的現象，這種效應可以用磁致伸縮係數λ來表示。而且λ的大小等於沿著磁化方向的伸長量與總長度的比值，單位一般取ppm。

應變電阻測量法的基本原理是一種利用應變電阻將磁滯伸縮形變轉化為電阻率的變化，通過測量這個電阻的變化來測定磁滯伸縮係數λ的方法。將電阻應變片粘貼在被測樣品上放在測量磁場內，當樣品發生形變時，應變片的電阻值會跟著發生變化，樣品的λ可以表達為：

λ＝δl/l＝ck*δr/r

式中，c為應變電阻片的結構參數，r為應變電阻片的原值，k包含測量系統的放大倍數。

從上述的兩種熱處理方式的對比可知，相比普通無磁熱處理得到的磁片，本發明的磁場熱處理後得到的磁片，其磁導率得到提高，損耗更低。進一步地，使用本發明的磁場熱處理的磁片而製作的磁屏蔽片，對其進行充電性能測試，充電效率普遍提高。

綜上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍。即凡依本發明申請專利範圍的內容所作的等效變化與修飾，都應屬於本發明的技術範疇。