[發明專利]軟磁復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110981631.6
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113643893A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 王濤;王國武;汪小明;郭春生;喬亮;李發伸
• 申請（專利權）人: 蘭州大學;廣州新萊福新材料股份有限公司
• 主分類號: H01F41/02
• 分類號: H01F41/02;H01F1/147
• 代理公司: 北京市正見永申律師事務所 11497
• 代理人: 黃小臨;馮玉清

本發明涉及軟磁復合材料及其制備方法。一種制備軟磁復合材料的方法包括：制備軟磁復合材料的易面磁粉；將易面磁粉和粘結材料按預定配比制成混合漿料；在外磁場中使混合漿料中的易面磁粉的易磁化面取向為平行排列；對混合漿料進行干燥和熱壓以制成軟磁復合材料。制備易面磁粉可包括制備軟磁材料的微顆粒，進行熱處理以消除應力，進行球磨處理以制備易面磁粉，以及進行洗滌、過濾和干燥。制備易面磁粉也可包括在襯底上沉積犧牲層，在犧牲層上沉積軟磁材料層，刻蝕軟磁材料層以分成期望尺寸的多個區域，去除犧牲層以剝離軟磁材料層，獲得易面磁粉，以及對易面磁粉進行洗滌、過濾和干燥。

技術領域

本發明總體上涉及高頻軟磁材料技術領域，更特別地，涉及能用于兆赫茲以上頻段的電磁能量及信號傳輸和轉換應用的高頻軟磁材料及其制備方法。

背景技術

高頻軟磁材料是電力和通訊等領域電子設備必不可少的重要基礎性材料，在電力設備中的作用是將發電裝置上獲取的“粗電”通過轉化和調節，變成適合用戶電子設備用的“精電”。隨著智能終端領域、新能源汽車、便攜電子裝置以及5G設備等的發展和普及，電子設備正在朝向更高工作效率、更低損耗和小型化的方向發展，以適應相關領域技術發展和節能減耗的需求。目前認為，高頻化是提高電子設備工作效率，降低損耗最有效的途徑。第三代寬禁帶(WBG)半導體的出現可使電源設備的工作頻率上升至更高的頻率，為實現高頻化的電子設備提供了進一步的可能。然而，作為電子設備必用的基礎性材料，目前商用的軟磁材料都不能在該更高頻段有效地工作。

根據Snoek法則，對于目前廣泛使用的軟磁材料，其Snoek乘積[(μ_i-1)·f_r]為定值，其中μ_i為起始磁導率，f_r為自然共振頻率(或稱為截止頻率)。也就是說，隨著工作頻率f_r的增加，軟磁材料的磁導率μ_i會顯著下降，使其在高頻段下不能有效地工作。因此，傳統的軟磁材料已經不能滿足第三代半導體器件的配套需求。

本申請人在已授權發明專利201910000894.7中提出了一種二維磁矩軟磁復合材料，其通過使微粉的磁矩取向在二維平面內，并且使分散在絕緣基質中的二維磁矩微粉取向為使其磁矩分布在二維平面中，可以突破Snoek極限，滿足高頻應用的需求。不過，這種新材料對制造工藝提出了新的挑戰。期望能有一種工藝，能夠高效地制備滿足上述要求的軟磁復合材料，并且適合于工業化的大規模生產。

發明內容

本發明提出的高頻軟磁復合材料包括易面型軟磁材料微粉，例如FeNi材料的易面磁粉，其易磁化方向在易面磁粉的片層平面內，磁粉內磁矩的平面取向度能達到95％以上。由于該軟磁材料的易磁化軸只分布在特定的平面內，可以突破Snoek極限，在高頻下獲得更高的磁導率。在由這種易面磁粉制成的軟磁復合材料中，通過使易面磁粉的易磁化面沿外加取向磁場平面平行排列，將會在最終的塊體復合材料中沿該平面獲得高達30MHz以上的有效工作頻率和較高的磁導率。本發明的制造方法能高效率地制備這種易面磁粉，因此非常適合于工業化大規模生產用于高頻電子器件的軟磁復合材料。

根據一實施例，提供一種制備軟磁復合材料的方法，包括：制備軟磁材料的易面磁粉，所述磁粉具有易磁化面；將所述軟磁復合材料的易面磁粉和粘結材料按預定配比制成混合漿料；在外磁場中使所述混合漿料中的易面磁粉的易磁化面取向為沿所述外磁場平行排列；以及對經外磁場取向后的所述混合漿料進行干燥和熱壓處理，以制成軟磁復合材料。其中，制備軟磁復合材料的易面磁粉可包括：制備軟磁材料的微顆粒；對所述軟磁材料的微顆粒進行熱處理以消除應力；對所述軟磁材料的微顆粒進行球磨處理以制備易面磁粉；對所述軟磁材料的易面磁粉進行洗滌、過濾和干燥。或者，制備軟磁材料的易面磁粉可包括：在襯底上沉積犧牲層；在所述犧牲層上沉積軟磁材料層；刻蝕所述軟磁材料層以將其分成具有期望尺寸的多個區域；去除所述犧牲層以從所述襯底剝離所述軟磁材料層，獲得所述軟磁材料的易面磁粉；以及對所述軟磁材料的易面磁粉進行洗滌、過濾和干燥。