[發(fā)明專利]一種鐵基軟磁復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711354492.4
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108242312B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳深;樊江磊;周向葵;王輝;高紅霞;劉建秀;王勝永
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州輕工業(yè)學院
• 主分類號: H01F1/33
• 分類號: H01F1/33;H01F1/24;B22F1/02
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 李想

本發(fā)明提供一種鐵基軟磁復(fù)合材料，由絕緣劑和鐵基磁性粉末組成，所述絕緣劑由無機氮化物粉末組成，無機氮化物粉末包括氮化鋁粉末和氮化硼粉末，所述鐵基磁性粉末選自還原鐵粉、霧化鐵粉、羥基鐵粉、鐵硅合金粉末、鐵硅鋁合金粉末和鐵硅鎳合金粉末中的一種或兩種以上的組合物，顆粒分布為80?400目。絕緣包覆層與粉末基體之間以核殼結(jié)構(gòu)的形式結(jié)合，有效的提高包覆的均勻性和完整性，所采用的絕緣包覆介質(zhì)（納米AlN+BN粉末）具有良好的導熱和絕緣性能，在提高軟磁復(fù)合材料電阻率的同時還可以達到導通磁性粉末顆粒間熱量傳導通道的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁性功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種鐵基軟磁復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

軟磁復(fù)合材料（又稱磁粉芯，Soft Magnetic Composites，SMCs）是一種以磁性顆粒為原料，在顆粒表面包覆絕緣介質(zhì)層后，采用粉末冶金工藝將粉體壓制成所需形狀并通過熱處理而得到的軟磁材料。軟磁復(fù)合材料具有三維（3D）各向同性、低的渦流損耗、良好的頻率特性及易于機械加工等優(yōu)點，將其用于kHz-MHz范圍的高頻交流器件、寬帶射頻變壓器以及動力驅(qū)動系統(tǒng)中的電磁部件等場合，具有其它材料難以比擬的優(yōu)勢。早期軟磁復(fù)合材料主要應(yīng)用于低頻，對其研究主要著眼于如何提高磁導率而對損耗要求不高，近年來隨著器件微型化和高頻化的發(fā)展，材料的使用頻率越來越高，降低高頻損耗發(fā)熱就成了亟待解決的問題。

近幾年，國內(nèi)外關(guān)于絕緣包覆層的選擇進行了諸多的研究。目前鐵基軟磁復(fù)合材料的制備方法一般是將鐵基磁性粉末和有機樹脂類絕緣劑混合后，經(jīng)模壓成型和熱處理后獲得。由于這些有機物的耐熱溫度一般較低，不能進行有效的熱處理來消除壓制應(yīng)力對磁性的影響，為了提高SMC材料的熱處理溫度來消除壓制時產(chǎn)生的應(yīng)力，無機包覆逐步成為人們研究的熱點。無機包覆的種類可以分為：無機磷酸鹽包覆（鋅磷酸，鐵磷酸鹽和錳磷酸）、金屬氧化物包覆（SiO₂，MgO）及鐵氧體包覆物等。

鐘小溪等（XiaoxiZhong, et al. Journal of Magnetism and MagneticMaterials, 2012, 324: 2631-2636）將FeSiAl粉末置于H₂-N₂氣氛中，通過表面選擇性氮化氧化技術(shù)在FeSiAl粉末表面生成AlN-Al₂O₃的混合絕緣層，混合絕緣層是粉末基體表面發(fā)生的原位化學反應(yīng)的產(chǎn)物，所以與基體能夠保持很好的結(jié)合強度。郭峰（中國發(fā)明專利，CN103545074A）公開了一種用于制備金屬粉芯的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁性金屬粉末，該種金屬粉末具有三層結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外依次為磁性金屬粉末、硬度較軟的金屬層和具有絕緣特性的離子型化合物。采用此粉末制備的金屬粉芯的殘余應(yīng)力小、粉芯密度高和較好的直流偏置特性。江西磁姆新材料科技有限公司的鐘遠東等人公開了一種高性能軟磁復(fù)合材料的制備方法（中國發(fā)明專利 CN 104157389A），采用納米氮化硅和氮化鋁介電材料包覆鐵粉，可以有效地防止鐵粉氧化，利于減少渦流損耗。

上述的絕緣包覆材料，無論是有機樹脂、使用化學法在粉末表面生成無機磷酸鹽、金屬氧化物或是軟磁鐵氧體粉末，作為包覆劑都有一個共同的缺點，就是包覆材料本身的導熱性能較差，將它們包覆在磁性顆粒表面時，雖可以利用其高電阻率的特性在一定程度上降低軟磁復(fù)合材料鐵磁顆粒間的渦流損耗，但不能從根本上解決高頻下軟磁復(fù)合材料內(nèi)部損耗發(fā)熱的問題。以往的研究主要致力于如何降低軟磁復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生的渦流損耗，而對于高頻損耗產(chǎn)生的熱量散失問題缺乏有效的研究。氮化鋁（AlN）和氮化硼（BN）都是很有潛力的導熱填料，熱導率分別約為170-220W/mK和71-121W/mK，熱膨脹系數(shù)很小，絕緣性能優(yōu)異，介電常數(shù)較高。基于AlN和BN優(yōu)異的絕緣性能和導熱特性，利用其作為絕緣包覆材料，可以在提高軟磁復(fù)合材料電阻率的同時還可以達到導通基體粉末顆粒間熱量傳導通道的效果，對于降低軟磁復(fù)合材料內(nèi)部的高頻損耗熱有非常重要的作用。