一種軟磁複合粉末及其製備方法
2023-10-18 02:09:19 1
專利名稱：一種軟磁複合粉末及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種軟磁複合粉末及其製備方法。
背景技術：
磁粉芯是由鐵磁性粉粒與絕緣介質混合壓制而成的一種軟磁材料，又稱為軟磁複合材料或壓粉磁芯。常用的磁粉芯有鐵粉芯、坡莫合金粉芯、鐵矽磁粉芯及鐵矽鋁粉芯。鐵矽鋁、鐵矽粉芯主要是替代鐵粉芯，損耗比鐵粉芯低80%，可在SkHz以上的高頻率下使用；導磁率為26 125，主要應用於交流電感、輸出電感、線路濾波器、功率因素校正電路等，有時也替代有氣隙鐵氧體作變壓器鐵芯使用。在高頻領域，FeSiAl, FeSi磁粉芯的總損耗主要由渦流損耗引起。渦流損耗不僅降低了磁粉芯的性能，同時會產生大量的焦耳熱。為了減少因渦流損耗造成的能量損耗，降低磁粉芯的導電性，增加其電阻率成為關鍵問題，通常的做法是在鐵磁性顆粒外面包覆一層電阻率較高的有機或無機絕緣物質。有機絕緣劑常選用環氧樹脂、矽酮樹脂和酚醛樹脂等。例如，專利ZN1516204A公開了採用環氧類絕緣粘結劑來製備鐵矽鋁磁粉芯，如607環氧樹脂、609環氧樹脂、W-6A磁粉粘結劑、W-6C磁粉粘結劑等。專利CN1224899A也公布了採用環氧樹脂、酚醛樹脂、丁縮醛樹脂等有機物作絕緣物質製備FeSiAl磁芯。一般情況下，在製備磁粉芯的過程中，須採用較高的壓制壓力以獲得高密度。但是該過程通常會伴隨內應力的產生，從而破壞晶粒的結構、惡化磁粉芯的磁性能。所以，磁粉芯在壓制後需進行退火處理以消除內應力。有機絕緣樹脂由於不耐高溫，只能在較低溫度下進行熱處理，很難消除壓制過程中產生的殘餘應力，不利於磁性能的提聞。無機絕緣劑包括矽酸納、無機混合粉末絕緣劑等。日本專利特開平9-74011及特開平9-125108公開了採用無機絕緣粘結劑矽酸納來製備FeSiAl磁粉芯，該磁芯在熱處理過程中，矽酸納由於分解會導裂紋的產生，降低絕緣性。專利CN100500783C採用由Si02、A1203、ZrO2、雲母粉的納米顆粒的混合物作為絕緣劑製備FeSiAl磁粉芯，專利102303115A添加滑石粉或雲母粉、矽酸鈉、硬酯酸鋅等的混合粉料作為絕緣物質製備FeSi磁粉芯。但是磁粉與絕緣劑的混合均勻性控制較為困難，難以實現磁粉間的均勻絕緣。FeSiAl粉的另一種絕緣方式是在空氣中於高溫下氧化，使粉末表面生成SiO2和Al2O3薄膜，從而使粉末具有高的電阻率，起到絕緣作用。這種工藝下FeSiAl粉的均勻氧化問題及絕緣薄膜的厚度控制技術條件較難掌握，且在壓制和熱處理過程中氧化物膜易於開裂，影響絕緣效果。
發明內容
本發明的目的之一在於提供一種飽和磁化強度高、電阻率高、抗氧化性好的軟磁複合粉末。為了達到上述目的，本發明的軟磁複合粉末是由二層無機絕緣包覆結構的複合粉末，其內核為FeSiAl或FeSi磁性微粒，磁性微粒的外層包覆有網絡狀SiO2, SiO2的外部包覆有納米晶B2O3。
本發明的另一目的在於提供一種飽和磁化強度高、電阻率高、抗氧化性好的軟磁複合粉末的製備方法。為了達到上述目的，本發明的方法包括:(I)將軟磁性粉末FeSiAl或FeSi與無水乙醇、矽烷偶聯劑以及去離子水混合均勻，再向混合液中加入矽源前軀體和質量百分濃度為20 27%的氨水，在40-100°C攪拌2 8小時至反應完全，反應體系中軟磁性粉末、無水乙醇、去離子水、矽烷偶聯劑、矽源前軀體的質量百分比為:1: 3 10: 0.2 1: 0.01 0.05: 0.05 0.4，氨水的加入量以調節溶液的PH值為7 8計，反應結束後磁性分離，並分別用無水乙醇和去離子水洗滌至濾液清亮，在40 100°C乾燥至恆量；(2)將步驟(I)製備的磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇、以及去離子水混合均勻，逐滴加入乙酸調節混合液的pH值為5 6，在40 80°C攪拌I 5小時至反應完全，反應體系中磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇的質量百分比為:1: I 4: 4 10: 0.01 0.02，去離子水與無水乙醇的體積比為1: 3 4，反應結束後磁性分離，並分別用無水乙醇和去離子水洗滌至濾液清亮，40 100°C乾燥至恆量；(3)將經步驟(2)乾燥的粉末在保護氣氛下400 500°C煅燒I 2小時。優選地，步驟(I)所述矽源為正矽酸乙酯或者正矽酸甲酯中的一種或多種。優選地,步驟(2)所述保護性氣氛包括真空或者氫氣或者高純Il氣或者分解氨氣。本發明的優點和積極效果:(I)本發明製取的複合粉末包覆均勻、緻密，包覆層厚度可控，具有良好的抗氧化性(在空氣中於200°C氧化20小時增重不超過0.02% )、高的電阻率、高的飽和磁化強度(理論值的95%以上)，具有優良的物理性能和磁性能。(2)現有製備方法中，通常採用SiO2納米粉與磁粉混合起到絕緣的效果，而本發明中採用溶膠-凝膠法在FeSiAl或者FeSi粉末的表面均勻地包覆一層SiO2作為絕緣層，包覆效果優於現有方法，而且可操作性強，便於大批量生產。(3)本發明在SiO2殼層外包覆B2O3薄膜，可修補磁粉芯製備過程中因壓制工藝而導致SiO2網格破損處的裂紋，阻止磁粉之間的相互接觸，使磁粉在高溫下具有裂紋自癒合能力，提聞磁粉芯的電阻率，降低材料的潤流損耗。
具體實施例方式實施例1:將FeSiAl粉與無水乙醇、矽烷偶聯劑以及去離子水在反應釜中混合，攪拌0.5h。向混合液中加入正矽酸乙脂(TEOS)、氨水(25wt% )，在40°C的反應溫度下攪拌3h至反應基本完全。反應體系中軟磁性粉末、無水乙醇、去離子水、矽烷偶聯劑、矽源前軀體的質量百分比為:1: 10:1: 0.05: 0.4。氨水的加入用以調節溶液的PH值呈弱鹼性7-8。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，40°C幹澡箱中幹澡完全。獲得磁性SiO2殼核結構粉末。將磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇、以及去離子水在反應釜中混合，充分攪拌。逐滴加入乙酸調節混合液的PH值為5。在80°C的反應溫度下攪拌Ih至反應基本完全。反應體系中磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇的質量百分比為:1:1: 4: 0.01。去離子水與無水乙醇的體積比為1: 3。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，40°C幹澡箱中幹澡完全。將乾燥後的粉末在氫氣中於400°C煅燒Ih，在粉末表面獲得納米晶B2O3和完整網絡狀結構的Si02。SEM粉末形貌(
圖1)圖表明粉末表面有包覆層的存在，MFM研究(圖2)表明包覆層厚度約為2 iim，而且緻密、均勻。採用VSM對磁性能進行測試，證明具有優良的軟磁性能=Bs = 0.85T，Hci=0.178A/m。在空氣中於200。。氧化20h增重不超過0.01%，具有優良的抗氧化性。實施例2:將FeSiAl粉末與無水乙醇、矽烷偶聯劑以及去離子水在反應釜中混合，攪拌0.5h。向混合液中加入娃源前軀體、氨水(25wt% ),在100°C的反應溫度下攪拌8h至反應基本完全。反應體系中軟磁性粉末、無水乙醇、去離子水、矽烷偶聯劑、矽源前軀體的質量百分比為:1: 3: 0.2: 0.01: 0.05。氨水的加入用以調節溶液的PH值呈弱鹼性7-8。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，100°C幹澡箱中幹澡完全。獲得磁性SiO2殼核結構粉末。將磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇、以及去離子水在反應釜中混合，充分攪拌。逐滴加入乙酸調節混合液的PH值為
6。在80°C的反應溫度下攪拌5h至反應基本完全。反應體系中磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇的質量百分比為:1: 4: 10: 0.02。去離子水與無水乙醇的體積比為1: 4。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，100°C幹澡箱中幹澡完全。將乾燥後的粉末在氫氣中於500°C煅燒lh，在粉末表面獲得納米晶B2O3和完整網絡狀結構的SiO2。該包覆後的粉採用VSM對磁性能進行測試，證明具有優良的軟磁性能:Bs = 0.90T,Hci=0.182A/m。在空氣中於200°C氧化20h增重不超過0.02%,具有優良的抗氧化性。實施例3:將FeSiAl粉末與無水乙醇、矽烷偶聯劑以及去離子水在反應釜中混合，攪拌2h。向混合液中加入娃源前軀體、氨水(25wt% ),在100°C的反應溫度下攪拌5h至反應基本完全。反應體系中軟磁性粉末、無水乙醇、去離子水、矽烷偶聯劑、矽源前軀體的質量百分比為:1: 5: 0.6: 0.03: 0.2。氨水的加入用以調節溶液的PH值呈弱鹼性7-8。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，100°C幹澡箱中幹澡完全。獲得磁性SiO2殼核結構粉末。將磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇、以及去離子水在反應釜中混合，充分攪拌。逐滴加入乙酸調節混合液的PH值為6。在80°C的反應溫度下攪拌5h至反應基本完全。反應體系中磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇的質量百分比為:1:2:6: 0.015。去離子水與無水乙醇的體積比為1: 4。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，100°C幹澡箱中幹澡完全。將乾燥後的粉末在氫氣中於500°C煅燒lh，在粉末表面獲得納米晶B2O3和完整網絡狀結構的Si02。該包覆後的粉採用VSM對磁性能進行測試，證明具有優良的軟磁性能:Bs=0.87T，Hci=0.164A/m。在空氣中於200°C氧化20h增重不超過0.02%,具有優良的抗氧化性。實施例4:
將FeSi粉末與無水乙醇、矽烷偶聯劑以及去離子水在反應釜中混合，攪拌0.5h。向混合液中加入矽源前軀體、氨水(25wt% )，在100°C的反應溫度下攪拌8h至反應基本完全。反應體系中軟磁性粉末、無水乙醇、去離子水、矽烷偶聯劑、矽源前軀體的質量百分比為:1: 3: 0.2: 0.01: 0.05。氨水的加入用以調節溶液的PH值呈弱鹼性7-8。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，100°C幹澡箱中幹澡完全。獲得磁性SiO2殼核結構粉末。將磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇、以及去離子水在反應釜中混合，充分攪拌。逐滴加入乙酸調節混合液的PH值為6。在80°C的反應溫度下攪拌5h至反應基本完全。反應體系中磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇的質量百分比為:1: 4: 10: 0.02。去離子水與無水乙醇的體積比為1: 4。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，100°C幹澡箱中幹澡完全。將乾燥後的粉末在氫氣中於500°C煅燒lh，在粉末表面獲得納米晶B2O3和完整網絡狀結構的Si02。該包覆後的粉採用VSM對磁性能進行測試，證明具有優良的軟磁性能:Bs=l.34T, Hci=0.25A/m。在空氣中於200°C氧化20h增重不超過0.01 %，具有優良的抗氧化性。實施例5:將FeSiAl粉末與無水乙醇、矽烷偶聯劑以及去離子水在反應釜中混合，攪拌
0.5h。向混合液中加入娃源前軀體、氨水(20wt% ),在100°C的反應溫度下攪拌8h至反應基本完全。反應體系中軟磁性粉末、無水乙醇、去離子水、矽烷偶聯劑、矽源前軀體的質量百分比為:1: 3: 0.2: 0.01: 0.05。氨水的加入用以調節溶液的PH值呈弱鹼性7-8。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，100°C幹澡箱中幹澡完全。獲得磁性SiO2殼核結構粉末。將磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇、以及去離子水在反應釜中混合，充分攪拌。逐滴加入乙酸調節混合液的PH值為6。在80°C的反應溫度下攪拌5h至反應基本完全。反應體系中磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇的質量百分比為:1: 4: 10: 0.02。去離子水與無水乙醇的體積比為1: 4。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，100°C幹澡箱中幹澡完全。將乾燥後的粉末在氫氣中於500°C煅燒lh，在粉末表面獲得納米晶B2O3和完整網絡狀結構的SiO2。該包覆後的粉採用VSM對磁性能進行測試，證明具有優良的軟磁性能:Bs=l.43T，Hci=0.19A/m。在空氣中於200°C氧化20h增重不超過
0.01%，具有優良的抗氧化性。實施例6:將FeSiAl粉末與無水乙醇、矽烷偶聯劑以及去離子水在反應釜中混合，攪拌
0.5h。向混合液中加入娃源前軀體、氨水(27wt% ),在100°C的反應溫度下攪拌8h至反應基本完全。反應體系中軟磁性粉末、無水乙醇、去離子水、矽烷偶聯劑、矽源前軀體的質量百分比為:1: 5: 0.7: 0.03: 0.15。氨水的加入用以調節溶液的PH值呈弱鹼性7-8。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，100°C幹澡箱中幹澡完全。獲得磁性SiO2殼核結構粉末。將磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇、以及去離子水在反應釜中混合，充分攪拌。逐滴加入乙酸調節混合液的PH值為
6。在80°C的反應溫度下攪拌5h至反應基本完全。反應體系中磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇的質量百分比為:1:2:7: 0.015。去離子水與無水乙醇的體積比為1: 4。反應結束後磁性分離，並用無水乙醇和去離子水分別洗滌數次至濾液清亮，100°C幹澡箱中幹澡完全。將乾燥後的粉末在氫氣中於500°C煅燒lh，在粉末表面獲得納米晶B2O3和完整網絡狀結構的Si02。該包覆後的粉採用VSM對磁性能進行測試，證明具有優良的軟磁性能:Bs=l.40T, Hci=0.26A/m。在空氣中於200°C氧化20h增重不超過
0.01%，具有優良的抗氧化性。
權利要求
1.一種軟磁複合粉末，其特徵是，由二層無機絕緣包覆結構的複合粉末，其內核為FeSiAl或FeSi磁性微粒，磁性微粒的外層包覆有網絡狀SiO2, SiO2的外部包覆有納米晶B2O3。
2.—種軟磁複合粉末的製備方法，其特徵是，包括: (1)將軟磁性粉末FeSiAl或FeSi與無水乙醇、矽烷偶聯劑以及去離子水混合均勻，再向混合液中加入矽源前軀體和質量百分濃度為20 27%的氨水，在40-100°C攪拌2 8小時至反應完全，反應體系中軟磁性粉末、無水乙醇、去離子水、矽烷偶聯劑、矽源前軀體的質量百分比為:1: 3 10: 0.2 1: 0.01 0.05: 0.05 0.4，氨水的加入量以調節溶液的PH值為7 8計，反應結束後磁性分離，並分別用無水乙醇和去離子水洗滌至濾液清亮，在40 100°C乾燥至恆量； (2)將步驟(I)製備的磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇、以及去離子水混合均勻，逐滴加入乙酸調節混合液的pH值為5 6,在40 80°C攪拌I 5小時至反應完全，反應體系中磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇的質量百分比為:1:1 4: 4 10: 0.01 0.02，去離子水與無水乙醇的體積比為1: 3 4，反應結束後磁性分離，並分別用無水乙醇和去離子水洗滌至濾液清亮，40 100°C乾燥至恆量； (3)將經步驟⑵乾燥的粉末在保護氣氛下400 500°C煅燒I 2小時。
3.根據權利要求2的一種軟磁複合粉末的製備方法，其特徵是，步驟(I)所述矽源為正矽酸乙酯或者正矽酸甲酯中的一種或多種。
4.根據權利要求2的一種軟磁複合粉末的製備方法，其特徵是，步驟(2)所述保護性氣氛包括真空或者氫氣或者高純氬氣或者分解氨氣。
全文摘要
本發明公開了一種軟磁複合粉末及其製備方法，軟磁複合粉末由二層無機絕緣包覆結構的複合粉末，其內核為FeSiAl或FeSi磁性微粒，磁性微粒的外層包覆有網絡狀SiO2，SiO2的外部包覆有納米晶B2O3。其製備方法包括(1)製備的磁性SiO2殼核結構粉末；(2)將步驟(1)製備的磁性SiO2殼核結構粉末、硼酸正丁酯、無水乙醇、聚乙二醇、以及去離子水混合均勻，逐滴加入乙酸調節混合液的pH值為5～6，在40～80℃攪拌1～5小時至反應完全，40～100℃乾燥至恆量；(3)將經步驟(2)乾燥的粉末在保護氣氛下400～500℃煅燒1～2小時。本發明製取的複合粉末具有良好的物理性能和磁性能。在SiO2殼層外包覆B2O3薄膜，使磁粉在高溫下具有裂紋自癒合能力，提高磁粉芯的電阻率，降低材料的渦流損耗。
文檔編號B22F1/02GK103177838SQ20121058709
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月30日 優先權日2012年12月30日
發明者李麗婭, 易健宏, 李愛坤, 吳隆文 申請人:中南大學