[發明專利]一種絕緣包覆FeSiAl復合磁粉芯及其制備方法

在審

• 申請號: 202011343226.3
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112562957A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 張雪峰;李紅霞;劉先國;李忠
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01F1/147
• 分類號: H01F1/147;H01F1/24;H01F41/02
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;薄盈盈

本發明涉及磁性元器件技術領域，尤其涉及一種絕緣包覆FeSiAl復合磁粉芯及其制備方法，包括以下步驟：（1）將FeSiAl金屬軟磁粉加入到含金屬空位的TiO₂前驅體溶膠中，加熱攪拌均勻；（2）加TiO₂納米粉體，得絕緣粉；（3）與粘結劑和潤滑劑混合均勻，壓制成型，得坯體；（4）熱處理，冷卻，噴涂。本發明利用TiO₂前驅體溶液與FeSiAl有較好的黏著性，可以均勻致密的包覆在磁粉芯外面，從而提高磁粉芯的電阻率，有利于提高其高頻特性，降低功率損耗；通過控制TiO₂前驅體溶液的加入量，有效調控最終包覆在磁粉芯外面的TiO₂薄膜的厚度，實現對粉芯內部氣隙率的調控，從而在在降低損耗的同時提高磁粉芯的磁導率。

技術領域

本發明涉及磁性元器件技術領域，尤其涉及一種絕緣包覆FeSiAl復合磁粉芯及其制備方法。

背景技術

電子元器件的微型化、移動化和多功能化要求制備高性能儲能器件的磁芯必須具有高飽和磁通密度、低的高頻損耗及良好的性能穩定性等，因此金屬磁粉芯成為制作這些電子元器件尤其是高頻、大電流和大功率元件如光伏逆變器等的關鍵材料。

目前，磁粉芯主要有鐵粉芯、鉬坡莫合金粉芯、高磁通粉芯、鐵硅磁粉芯和鐵硅鋁磁粉芯。FeSiAl磁粉芯作為一種高頻性能好、成本低的軟磁材料，在輸出電感線路濾波器和功率因素校正器等器件中得到了廣泛應用，其市場需求日益增加。

絕緣包覆工序是FeSiAl磁粉芯生產制造過程中最為核心的工序。其目的是在金屬粉末表面形成一層絕緣層，用來提高金屬粉末間的電阻率，以滿足金屬磁粉芯的高頻使用要求。FeSiAl磁粉芯的磁導率和功率損耗與絕緣劑的種類、添加量、成型壓力和退火溫度有著重要的關系。通過對磁粉芯的絕緣包覆，可以提高磁粉芯的電阻率，有利于提高其高頻特性，降低功率損耗。但是，隨著絕緣包覆材料的增加，粉芯內部氣隙率變大，從而會降低磁粉芯的磁導率。因此，如何選擇合適的包覆材料在獲得高磁導率的同時降低其損耗成為現今研究的一大挑戰。

利用有機絕緣包覆劑具有絕緣性能好的特點來包覆金屬粉末從而制備得到金屬磁粉芯，使得金屬磁粉芯在交流場中具有低功率損耗的優點。然而有機包覆的磁粉的抗壓性能和耐熱性能均較差，而磁粉芯胚體致密度的降低和退火溫度熱處理的下降都會對磁粉芯磁性能產生不利影響，因此人們對無機絕緣包覆劑開展了研究。

陶瓷(金屬氧化物)絕緣包覆層(氧化硅、氧化鎂、氧化鋁等)具有較高的耐熱度，因而能夠滿足退火熱處理對絕緣包覆層熱穩定性的要求，但陶瓷絕緣包覆層具有磁稀釋作用，氧化硅、氧化鎂等物質會大大降低磁粉芯的磁導率，惡化磁粉芯的磁性能。同時，由于陶瓷具有硬脆性，采用該方法包覆的金屬粉末其表面的絕緣包覆層，在壓制成型過程中容易發生破裂，使得絕緣包覆不均勻，增加磁芯的渦流損耗。

中國專利文獻上公開了“一種FeSiAl磁粉芯的制備方法”，其申請公布號為CN1812009A，該發明以云母粉、高嶺土或者兩者混合物為絕緣劑，以環氧樹脂、酚醛樹脂、硅銅樹脂中的一種為粘結劑，以硬脂酸鋅或硬脂酸鋰為潤滑劑，上述磁粉芯在500～90℃退火處理后得到磁粉芯。該方法制備的磁導率較好，可達125，但是鐵損較高，在50KHz、0.1T時達330mW/cm³。

中國專利文獻上公開了“一種金屬軟磁粉芯的制備方法”，其申請公布號為CN103247403A，該發明直接選用納米氧化物分散液對金屬磁粉進行絕緣包覆，其中MgO納米顆粒占分散液總重的5～35％。但是，由于這種分散液穩定性差，且MgO納米顆粒對磁粉的黏著性差，難以實現均勻包覆且容易脫落，導致絕緣性能差，渦流損耗偏大。