專利名稱：：軟磁性材料和由其制造的壓粉鐵心的制作方法
技術領域：
：本發明涉及軟磁性材料以及由該軟磁性材料制造的壓粉鐵心。具體而言，本發明涉及包含復合磁性顆粒的軟磁性材料以及由該軟磁性材料制造的壓粉鐵心，其中，所述復合磁性顆粒由金屬磁性顆粒和包覆該金屬磁性顆粒的絕緣涂膜構成。
背景技術：
：在具有電磁閥、電機、電源電路等的電器中，會使用通過對軟磁性材料進行壓制成型而制得的壓粉鐵心。軟磁性材料由多個復合磁性顆粒構成，并且每個復合磁性顆粒都由金屬磁性顆粒和包圍該金屬磁性顆粒表面的玻璃態絕緣有機涂膜構成。軟磁性材料所需的磁性能是，在施加小磁場時就會達到高磁通密度，并且該軟磁性材料對外部的磁場變化高度靈敏。當在AC磁場中使用軟磁性材料時，會產生被稱為"鐵心損耗"的能量損耗。鐵心損耗為磁滯損耗和渦流損耗之和。磁滯損耗是指由改變軟磁性材料的磁通密度所需的能量引起的能量損耗。磁滯損耗與工作頻率成正比，因此磁滯損耗在低頻范圍內占主要部分。渦流損耗是指主要由金屬磁性顆粒之間的渦流流動所引起的能量損耗。渦流損耗與工作頻率的平方成正比，因此渦流損耗在高頻范圍內占主要部分。近年來，人們需要電器的尺寸減小、效率更高以及輸出功率提高。為了滿足這些要求，電器必須在高頻范圍內使用。由于這個原因，人們特別希望減小壓粉鐵心的渦流損耗。為了減小軟磁性材料的鐵心損耗中的磁滯損耗，應當除去金屬磁性顆粒中的畸變和位錯而促使磁疇壁移動，從而減小軟磁性材料的矯頑磁力Hc。另一方面，為了減小軟磁性材料的鐵心損耗中的渦流損耗，應該使用絕緣有機涂膜完全地包圍各金屬磁性顆粒，以保證金屬磁性顆粒之間的絕緣性，從而提高軟磁性材料的電阻率p。日本未審查專利申請公開No.(專利文獻1)中披露了涉及到軟磁性材料的技術。專利文獻1披露了這樣一種鐵基粉末(軟磁性材料)，其中在主要由鐵構成的顆粒表面上形成有高耐熱性磷酸鋁基絕緣有機涂層。根據專利文獻l，通過以下方法制造壓粉鐵心。首先，將含有含鋁磷酸鹽和重絡酸鹽(例如，含有鉀的重鉻酸鹽)絕緣涂膜水溶液噴灑到鐵顆粒上。隨后，將其上噴有絕緣涂膜水溶液的鐵顆粒在30(TC下保持30分鐘，然后在10(TC下保持60分鐘。結果，使鐵顆粒上的絕緣有機涂層干燥，并且獲得鐵基粉末。隨后，對該鐵基粉末進行壓制成型，然后進行熱處理，從而制得壓粉鐵心。專利文獻1:日本未審專利申請公開No.2003-27291
發明內容本發明要解決的問題如上所述，由于通過對軟磁性材料壓制成型而制得壓粉鐵心，因此需要軟磁性材料具有高的成形性。然而，在對軟磁性材料進行壓制成型的過程中所施加的壓力會輕易地使絕緣有機涂層遭到破壞，因此，鐵粉顆粒間容易發生電短路，從而導致以下問題渦流損耗增加，并且在成型后除去畸變的熱處理中，絕緣有機涂層的劣化加快，從而增加渦流損耗。另一方面，為了避免絕緣有機涂層受到破壞，當在壓制成型過程中降低壓力時，所得壓粉鐵心的密度降低，并且不能得到足夠的磁性能。因此，不能降低壓制成型過程中施加的壓力。在壓制成型過程中抑制絕緣有機涂層受到破壞的另一技術是使用由氣霧化制得的球形顆粒。然而，這種技術不適于提高壓粉體的密度，并且所得壓粉體的強度也較低。因此，本發明的目的是提供這樣一種軟磁性材料，該軟磁性材料可減小渦流損耗，并且可由其制造具有高強度的壓粉體。本發明還提供由這種軟磁性材料制造的壓粉鐵心。本發明要解決的問題本發明的軟磁性材料包含多個復合磁性顆粒，每個復合磁性顆粒都具有金屬磁性顆粒和包圍該金屬磁性顆粒的絕緣涂膜。所述多個復合磁性顆粒中的每一個的最大直徑與等效圓直徑之比Rm/e都大于1.15，但不大于1.35。所述絕緣涂膜由有機材料構成，并且其熱固化后具有5H或更高的鉛筆硬度。本發明人已經發現，絕緣涂膜在軟磁性材料的壓制成型過程中破壞的原因在于金屬磁性顆粒上的突起部分(具有較小曲率半徑的部分)。換言之，在壓制成型過程中，應力集中于金屬磁性顆粒的突起部分上，并且該突起部分會明顯變形。此時，不能與金屬磁性顆粒一起明顯地變形的絕緣涂膜可能破裂，或者突起部分可能會將絕緣涂膜壓破。因此，為了避免絕緣涂膜在壓制成型過程中受到破壞，減少金屬磁性顆粒的突起部分是有效的。作為金屬磁性顆粒，存在通過水霧化技術制造的原料粉末(下文簡稱為"水霧化粉末")和通過氣霧技術制造的原料粉末(下文簡稱為"氣霧化粉末")。由于水霧化粉末的顆粒具有大量的突起部分，因此，絕緣涂膜容易在壓制成型過程中受到破壞。相反，通過氣霧化法制造的原料粉末(下文稱為"氣霧化粉末")基本上為球形，并且具有較少的突起部分。一種避免絕緣涂膜在壓制成型過程中受到破壞的可行方法是使用氣霧化粉末取代水霧化粉末作為金屬磁性顆粒。然而，由于金屬磁性顆粒通過其表面上存在的凹凸部分的嚙合而相互結合,因此，由基本上為球形的氣霧化粉末制成的金屬磁性顆粒不容易相互結合，從而顯著降低了壓粉體的強度。結果，不能由用氣霧化粉末制成的金屬磁性顆粒來制造實用的壓粉鐵心。換言之，直接使用水霧化粉末或氣霧化粉末不能既減小渦流損耗又提高壓粉體的強度。本發明人已經發現，由這樣一種軟磁性材料，可減小渦流損耗，同時又提高壓粉體的強度，其中，在所述軟磁性材料中，每個復合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比R硫大于1.15，但不大于1.35，并且絕緣涂膜由熱固化有機材料構成，且絕緣涂膜熱固化后具有5H或更高的鉛筆硬度。與常規的水霧化粉末相比，本發明的軟磁性材料中的復合磁性顆粒具有較小的突起部分。因此，不容易發生應力的集中，因此絕緣涂膜不容易受到破壞。此外，由于熱固化前的絕緣涂膜具有順因變形的能力，因此絕緣涂膜在軟磁性材料的壓制成型過程中不容易受到破壞。因此，可以獲得高密度壓粉體，并且可減小渦流損耗。通過合適的熱處理對所得壓粉體進行熱固化，絕緣涂膜的鉛筆硬度可增加至5H或更高。由于該經變性的絕緣涂膜具有較高的硬度，因此可獲得具有高強度的壓粉體。在本發明的軟磁性材料中，所述處于未固化狀態的絕緣涂膜的平均厚度優選為等于或大于10nm并且小于或等于500nm。當絕緣涂膜的平均厚度為10nm或更大時，即使發生應力集中絕緣涂膜也不容易受到破壞，并且在成型過程中對壓縮應力的耐受性會得到改善。此外，可防止隧道電流的產生，并且可有效抑制由渦流電流導致的能量損耗。另一方面，通過將絕緣涂膜厚度調整至500nm或更小時，絕緣涂膜不容易與金屬磁性顆粒剝離，并且在成型過程中對剪切應力的耐受性會得到改善。此外，會避免絕緣涂膜在軟磁性材料中所占的比例過大。由此，可防止通過對所述軟磁性材料壓制成型所述的壓粉鐵心的磁通密度發生顯著降低。在本發明的軟磁性材料中，各個復合磁性顆粒中的平均粒徑dAVE優選為等于或大于10pm并且小于或等于500pm。當各個復合磁性顆粒中的平均粒徑dAVE為10pm或更大時，金屬不易被氧化，由此可抑制軟磁性材料的磁性能降低。當各個復合磁性顆粒中各顆粒的平均粒徑為500nm或更小時，可抑制混合粉末在壓制成型過程中的壓縮性降低。通過這種方式，可在不降低通過壓制成型制造的壓粉體的密度的條件下維持其容易處理的特性。從磁性能的角度來說，將平均粒徑調整至10pm或更大會抑制由退磁效應而導致的鐵心損耗的增加，其中在粉末填充期間形成橋連并且由于橋連而形成空隙時，會發生退磁效應。此外，將平均粒徑調整至500pm或更小會抑制由于顆粒內產生渦流損耗而導致的渦流損耗的增加。在本發明的軟磁性材料中，各個復合磁性顆粒優選還具有位于金屬磁性顆粒與絕緣涂膜之間的偶聯涂膜。根據該結構，可增強金屬磁性顆粒與絕緣涂膜間的粘著性，并且可在成型過程中抑制絕緣涂膜受到破壞。可將對金屬磁性顆粒和絕緣涂膜均具有優良粘著性的材料用于偶聯涂膜中。由上述軟磁性材料制備本發明的壓粉鐵心。通過這種方式，可獲得具有低渦流損耗和高強度的壓粉鐵心。在本發明的壓粉鐵心中，當所述多個復合磁性顆粒中各顆粒的平均粒徑由dAVE(pm)表示，且金屬磁性顆粒的電阻率由p(jLiQcm)表示時，則在激勵磁通密度為1(T)且激勵磁通頻率為1(kHz)的條件下的渦流損耗優選為0.02X(cUvE)Vp(W/kg)或更低，并且在室溫下的三點彎曲強度03b優選為800X(R柚f75/(dAVE)°'5(MPa)或更高。優點根據本發明的軟磁性材料以及由該軟磁性材料制造的壓粉鐵心，可減小渦流損耗，并且可獲得具有高強度的壓粉體。附圖簡要說明圖1為示出根據本發明實施方案的軟磁性材料的示意圖。圖2為根據本發明實施方案的壓粉鐵心的放大剖視圖。圖3為構成根據本發明實施方案的軟磁性材料的一個復合磁性顆粒的示意性平面圖。圖4為球形復合磁性顆粒的示意性平面圖。圖5是具有較大突起部分的復合磁性顆粒的示意性平面圖。圖6為根據本發明實施方案的另一軟磁性材料的示意圖。圖7為根據本發明實施方案的另一壓粉鐵心的放大剖視圖。圖8是示出制造根據本發明實施方案的壓粉鐵心的方法中的步驟次序的流程圖。圖9為示出由水霧化粉末制成的復合磁性顆粒間的嚙合狀態的示意圖。圖IO為示出由氣霧化粉末制成的復合磁性顆粒間的嚙合狀態的示意圖。圖11為示出本發明復合磁性顆粒間的嚙合狀態的示意圖。圖12為示出在本發明的例子1中，球磨加工時間和金屬磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比(Rm/e)之間的關系的圖。圖13為示出在本發明的例子2中，金屬磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比(Rm/c)和渦流損耗We之間的關系的圖。圖14為示出金屬磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比(Rm/c)和三點彎曲強度之間的關系的圖。圖15為示出在本發明的例子3中，渦流損耗We,紹k和0.02X(dAVE)2/p的值之間的關系的圖。圖16為示出在本發明的例子3中，三點彎曲強度cf3b和800X(Rm/e)Q75/(dAVE)Q5的值之間的關系的圖。附圖標號的含義10:金屬磁性顆粒20:絕緣涂膜21:偶聯涂膜22:保護性涂膜30、130a、130b:復合磁性顆粒31:凹凸部分131:突起部分本發明的最佳實施方式現在將參照附圖來說明本發明的實施方案。圖1為根據本發明實施方案的軟磁性材料的示意圖。參照圖1，本實施方案的軟磁性材料包含多個復合磁性顆粒30，所述多個復合磁性顆粒30中的每一個均包括金屬磁性顆粒10和包圍該金屬磁性顆粒10表面的絕緣涂膜20。圖2為根據本發明實施方案的壓粉鐵心的放大剖視圖。須注意的是，通過對圖1中所示的軟磁性材料進行壓制成型和加熱而制成圖2中所示的壓粉鐵心。現在參見圖1和圖2，在本實施方案的壓粉鐵心中，復合磁性顆粒30(例如)通過存在于復合顆粒間的有機材料(圖中未示出)或通過復合磁性顆粒30的表面上存在的凹凸部分的嚙合而互相結合。圖3為構成根據本發明實施方案的軟磁性材料的一個復合磁性材料的示意性平面圖。參見圖3，在本發明的軟磁性材料的復合磁性顆粒30中，其最大直徑與等效圓直徑之比R^大于1.15，但不大于1.35。通過下述方法確定復合磁性顆粒30的最大直徑以及等效圓直徑。可通過以下方法確定復合磁性顆粒30的最大直徑由光學技術(例如，使用光學顯微鏡觀察)確定復合磁性顆粒30的形狀，并且測定顆粒的可量取的最大直徑的那部分的長度。復合磁性顆粒30的等效圓直徑可通過如下方法確定由光學技術(例如，使用光學顯微鏡觀察)確定復合磁性顆粒30的形狀，從平面來看，測定復合有機顆粒30的表面積S，并使用如下的等式(1)計算等效圓直徑等效圓直徑=2><{表面積S/7T}172……(1)艮P，如圖4所示，當復合磁性顆粒為球形時，最大直徑與等效圓直徑之比為1。如圖5所示，當復合磁性顆粒具有較大的突起部分時，上述比值變大。參見圖1至3，復合磁性顆粒30的平均粒徑(UvE優選為等于或大于10pm并且小于或等于500pm。當復合磁性顆粒30的平均粒徑為l(Him或更大時，金屬不易被氧化，并且可抑制軟磁性材料的磁性能的降低。當復合磁性顆粒30的平均粒徑(UvE為500(im或更小時，可以抑制混合粉末在壓制成型過程中壓縮性變差。因此，可以在不降低由壓制成型得到的壓粉體的密度的條件下避免發生難以進行處理的情況。須注意，"平均粒徑"是指50%粒徑D，即在采用篩分法測量的粒徑直方圖中，從小到大顆粒的累積質量達到顆粒的總質量的50%時所對應的顆粒直徑。金屬磁性顆粒10由(例如)Fe、Fe-Si基合金、Fe-Al基合金、Fe-N基合金、Fe-Ni基合金(坡莫鎳鐵合金)、Fe-C基合金、Fe-B基合金、Fe-Co基合金、Fe-P基合金、Fe-Ni-Co基合金、Fe-Cr基合金或Fe-Al-Si基合金(鐵硅鋁磁合金)構成。金屬磁性顆粒10可由金屬元素或合金構成，只要金屬磁性顆粒10含有鐵作為主要成分即可。絕緣涂膜20在金屬磁性顆粒10之間起到絕緣層的作用。用絕緣涂膜20包圍金屬磁性顆粒10，會增大由對軟磁性材料壓制成型得到的壓粉鐵心的電阻率p。由此抑制渦流在金屬磁性顆粒10之間的流動，并且在壓粉鐵心的渦流損耗中，可以降低由渦流在顆粒之間的流動而造成的渦流損耗。絕緣涂膜20由熱固性有機材料構成，并且其在熱固化后具有5H或更高的鉛筆硬度。特別是，通過熱固化處理，可由具有較低硬度的狀態改變為具有相當高硬度的狀態的材料(如低分子量的有機硅樹脂或丙烯酸樹脂)是優選的。更優選的是，使用具有充分的樹脂特性、并且在經過上述變化后發生充分固化的有機-無機雜化材料。通過在日本工業標準(JIS)K5600-5-4(鉛筆硬度)中描述的的鉛筆法進行的劃痕試驗，對熱固化后的絕緣涂膜的硬度進行評級。將通過將絕緣涂膜材料涂布于玻璃基底上，并將所涂布的材料在預先設定的條件下固化而形成的樣品用作評價樣品。通過如下方法測定鉛筆硬度。首先，將樣品置于平坦的水平表面上，使得覆蓋有絕緣涂膜材料的表面朝上。接下來，準備若干具有不同硬度的鉛筆。仔細地從各個鉛筆上除去木桿，以使平滑且沒有損傷的圓柱形鉛筆芯裸露出來。使5毫米至6毫米的鉛筆芯裸露，并將鉛筆芯的末端磨平，以使鉛筆芯末梢的角部變得尖銳。接下來，將鉛筆安裝于鉛筆劃痕試驗機中，使得鉛筆相對于涂膜表面以45°傾斜，并且在負荷為750±10g的條件下壓置到樣品的上表面。隨后將鉛筆在樣品的上表面上滑動。滑動速度為0.5mm/秒至1.0mm/秒，滑動距離為7mm或更長。觀察絕緣涂膜材料的涂層表面是否發生破裂。通過增加鉛筆的硬度來重復上述試驗，直至獲得3mm或更長的劃痕為止。在得到劃痕的情況下，通過降低鉛筆硬度來重復上述試驗，直至無法得到劃痕為止。結果，在未產生劃痕的鉛筆中最硬鉛筆的硬度數值被認為是絕緣涂膜的鉛筆硬度。將該試驗重復兩次，如果兩次試驗的結果相差一個單位或更多，則舍棄該結果并重復上述試驗。絕緣涂膜20在未固化狀態下的平均厚度優選為等于或大于10nm并且小于或等于500nm。當絕緣涂膜20的平均厚度為10nm或更大時，即使發生應力集中，絕緣涂膜20也不容易受到破壞，并且可提高絕緣涂膜在成型過程中對壓縮應力的耐受性。此外，可防止產生隧道電流，并且可有效地抑制由于渦流而導致的能量損耗。另一方面，將絕緣涂膜20的厚度設為500nm或更小，以使得絕緣涂膜20不容易從金屬磁性顆粒IO上剝離下來，并且可提高在成型過程中對剪切應力的耐受性。此外，在這種厚度下，在軟磁性材料中絕緣涂膜20所占的比例不會過大。因此，可以防止由該軟磁性材料壓制成型所得的壓粉鐵心的磁通密度過度降低。可通過在(例如)透射電子顯微鏡(TEM)下進行觀察來測定絕緣涂膜的平均厚度。可供選用的另一方式為，可通過ICP分析對絕緣涂膜組成元素進行質譜分析，并且可通過涂層粉末表面積以及絕緣涂膜密度的換算來確定平均厚度。雖然在上面的描述中包覆金屬磁性顆粒的涂層為單層，但如下所述，包覆金屬磁性顆粒的涂層也可由多層構成。圖6為根據本發明實施方案的另一軟磁性材料的示意圖。參見圖6，該實施方案的另一軟磁性材料的各個復合磁性顆粒30還具有偶聯涂膜21和保護性涂膜22。偶聯涂膜21形成于金屬磁性顆粒10和絕緣涂膜20之間，以包圍金屬磁性顆粒IO的表面。形成保護性涂膜22以包圍絕緣涂膜20的表面。換言之，偶聯涂膜21、絕緣涂膜20和保護性涂膜22依次層疊，以包覆金屬磁性顆粒IO的表面。將對金屬磁性顆粒和絕緣涂膜均具有良好的粘著性的材料用作偶聯涂膜21。不表現出壓縮變形性且不具有導電性的材料是優選的。更具體而言，諸如金屬磷酸鹽和金屬硼酸鹽等玻璃態絕緣無定形薄膜是適合的。可使用具有親水基團的有機偶聯劑，如硅烷偶聯劑。將可提高滑動性的材料(如蠟)用作保護性涂膜22。圖7為根據本發明實施方案的另一壓粉鐵心的放大剖視圖。圖7中所示的壓粉鐵心是通過對圖6中所示的軟磁性材料進行壓制成型、熱固化處理以及熱處理(用以除去畸變)而制得的。現在參見圖6和圖7，當將樹脂作為絕緣涂膜20時，在加熱過程中，樹脂會發生諸如熱解、蒸發等化學變化。此外，當將蠟用作保護性涂膜22時，在加熱過程中，蠟有時會由于受熱而被除去。現在將對本實施方案的軟磁性材料和壓粉鐵心的制造方法進行說明。圖8是示出制造根據本發明實施方案的壓粉鐵心的方法中的步驟次序的流程圖。參照圖8，首先制備由金屬磁性顆粒IO構成的原料粉末(Sl)。所述原料粉末包含Fe作為主要成分，并且由(例如)純度為99.8%或更高的純鐵、Fe、Fe-Si基合金或Fe-Co基合金構成。在該步驟中，將所制備的金屬磁性顆粒10的平均粒徑控制為等于或大于10pm并且小于或等于500pm，以使得所得軟磁性材料中的各個復合磁性顆粒30的平均粒徑為等于或大于10pm并且小于或等于500pm。這是因為與金屬磁性顆粒10的粒徑相比，偶聯涂膜21、絕緣涂膜20和保護性涂膜22的總厚度小得可忽略不計，因此復合磁性顆粒30的粒徑和金屬磁性顆粒10的粒徑基本上是相同的。在金屬磁性顆粒10為水霧化顆粒的情況中，金屬磁性顆粒10的表面具有大量的突起部分。因此，為了除去這些突起部分，對金屬磁性顆粒10的表層進行平滑化處理(步驟Sla)。具體地說，使該軟磁性材料的表面在球磨機中進行磨耗，從而除去金屬磁性顆粒10的表面上的突起部分。通過延長在球磨機中的加工時間，可除去更多的突起部分。這樣，金屬磁性顆粒IO接近于球形。例如，通過將球磨機的加工時間設定為30分鐘到60分鐘，會得到最大直徑與等效圓直徑之比大于1.15、但不大于1.35的金屬磁性顆粒10。接著，將金屬磁性顆粒IO在大于等于400°C、但低于其熔點的溫度下加熱(步驟S2)。金屬磁性顆粒10內部在加熱前存在許多畸變(位錯和缺陷)。通過將金屬磁性顆粒IO加熱可減少這些畸變。加熱溫度更優選為等于或大于700°C，并且低于90(TC。在該溫度范圍內進行熱處理可以充分除去畸變，并且可避免顆粒之間的燒結。須注意，該加熱過程可以被省略。隨后，如果需要的話，可形成偶聯涂膜21(步驟S3)，以提高金屬磁性顆粒10和絕緣涂膜21之間的附著力。對偶聯涂膜21的要求是不抑制壓縮變形性且不具有導電性。例如，諸如金屬磷酸鹽和金屬硼酸鹽等玻璃態絕緣無定形薄膜是適合的。作為用以形成磷酸鹽絕緣涂膜的方法，可采用磷酸鹽轉化處理、溶劑噴霧或利用前體的溶膠-凝膠處理。此外，可使用具有親水基團的有機偶聯劑，如硅烷偶聯劑。偶聯涂膜不是必須形成的。接著，使用由熱固性有機材料構成、并且在熱固化后具有5H或更高的鉛筆硬度的材料來形成絕緣涂膜20(步驟S4)。作為絕緣涂膜20，使用(例如)作為含硅有機-無機雜化材料的硅倍半氧垸。通過以下方法形成絕緣涂膜20，所述方法為將金屬磁性顆粒和溶解于有機溶劑中的硅倍半氧烷或其衍生物混合，或者將溶解于有機溶劑中的硅倍半氧垸或其衍生物向金屬磁性顆粒噴射，隨后進行干燥以除去溶劑。接下來，在絕緣涂膜20的表面上形成由(例如)蠟構成的保護性涂膜22(步驟S5)。須注意，形成該保護涂層不是必須的。通過上述步驟，制得本實施方案的軟磁性材料。此外，還實施以下的步驟來制造本發明的壓粉鐵心。將所得的復合磁性顆粒30與用作粘結劑的有機材料混合(步驟S6)。對混合方法沒有特別限定。例如，可采用使用V型混合器的干式混合法或使用攪拌型混合裝置的濕式混合法。結果，復合磁性顆粒30通過有機材料而相互結合在一起。這種與粘結劑混合的步驟可以被省略。上述有機材料的例子包括熱塑性樹脂，如熱塑性聚酰亞胺、熱塑性聚酰胺、熱塑性聚酰胺-酰亞胺、聚苯硫醚、聚酰胺-酰亞胺、聚醚砜、聚醚酰亞胺和聚醚醚酮；非熱塑性樹脂，如高分子量聚乙烯、全芳族聚酯、全芳族聚酰亞胺；以及較高級的脂肪酸，如硬脂酸鋅、硬脂酸鋰、硬脂酸鈣、棕櫚酸鋰、棕櫚酸鈣、油酸鋰和油酸鈣。也可使用這些有機材料的混合物。將所得的軟磁性材料粉末置于模具中，并且在390(MPa)到1500(MPa)的壓力下進行壓制成型(步驟S7)。結果，可獲得金屬磁性顆粒10的壓粉體。在壓制成型過程中的氣氛優選為惰性氣氛或真空氣氛。通過這種方式，可以抑制空氣中的氧氣對混合粉末的氧化。將壓制成型制得的壓粉體在絕緣涂膜20的熱固化溫度至絕緣涂膜20的熱解溫度的溫度范圍內進行熱固化(步驟S8)。結果，絕緣涂膜20被熱固化，并且提高了壓粉體的強度。在上面的描述中，在對軟磁性材料壓制成型后，將絕緣涂膜20進行熱固化。可供選用的另外一種方式為，可在壓制成型時使用這樣的模具，該模具的溫度被設定為大于或等于絕緣涂膜20的熱固化溫度，并且小于或等于絕緣涂膜20的熱解溫度。在這種情況中，由于絕緣涂膜可由模具加熱，因此壓制成型和熱固化可以同時進行。隨后在比使絕緣涂膜20失去其絕緣性的溫度低的溫度下對壓粉體加熱(步驟S9)。由于壓制成型后，壓粉體內部存在許多畸變和位錯，因此可通過熱處理減少這種畸變和位錯。需注意，這種用以除去畸變的熱處理步驟可以被省略。通過上述步驟制得本實施方案的壓粉鐵心。本實施方案的軟磁性材料和壓粉鐵心可提高壓粉體的強度，同時又減小其渦流損耗。以下將說明這一特點。圖9是示出由水霧化粉末制成的復合磁性顆粒如何相互結合的示意圖。現在參照圖9，由水霧化粉末制成的復合磁性顆粒130a具有大量的突起部分131。因此，復合磁性顆粒130a通過這些突起部分互相嚙合。這樣可以增強復合磁性顆粒130a之間的結合作用，從而提高壓粉體的強度。另一方面，由于在壓制成型過程中，應力集中在復合磁性顆粒130a的突起部分上，因此有機絕緣涂層會受到破壞。結果，增加了渦流損耗。圖IO是示出由氣霧化粉末制成的復合磁性顆粒如何相互結合的示意圖。參照圖10，由氣霧化粉末制得的復合磁性顆粒130b幾乎沒有突起部分。這樣，可防止復合磁性顆粒130b上的有機絕緣涂層在壓制成型過程發生破壞，由此可以減小渦流損耗。與此形成對比的是，由于復合磁性顆粒130a不具有突起部分，因此，復合磁性顆粒130b之間的連接作用較弱，因此壓粉體的強度較低。如圖9和IO所示，在水霧化粉末或氣霧化粉末獲得的現有復合磁性顆粒中，不能在提高壓粉體的強度的同時，又減小渦流損耗。與此形成對比的是，如圖11所示，本發明的軟磁性材料中的復合磁性顆粒30所具有的凹凸部分31小于由水霧化粉末得到的復合磁性顆粒130a的凸起部分131。因此，在壓制成型過程中可抑制絕緣涂層受到破壞，并且可減小渦流損耗。由于熱固化前的絕緣涂膜20具有高的變形順應性，因此可進一步減小渦流損耗。此外，由于絕緣涂膜20在熱固化后表現出較高的鉛筆硬度(5H或更高)，因此盡管絕緣涂膜20位于金屬磁性顆粒IO之間，但金屬磁性顆粒IO之間的相互縮頸結合作用(neckingbonding)不會顯著降低。因此，壓粉體可獲得高強度。在本實施方案的壓粉鐵心中，在激勵磁通密度為1(T)且激勵磁通頻率為1(kHz)的條件下的渦流損耗WeK)Ak為0.02x(dAVE)2/p(W/kg)或更低，并且在室溫下的三點彎曲強度a3b為800x(Rm/e)Q75/(dAVE)Q5(MPa)或更高，其中所述各個復合磁性顆粒30的平均粒徑為dAVE，且金屬磁性顆粒10的電阻率為p(^ncm)。在這兩個公式中，渦流損耗與電阻率的倒數成正比、并與粒徑的平方成正比的關系，以及所述強度與粒徑的1/2次方成反比(Hall-Petch關系)的關系均符合理論關系。比例系數以及R:n/e的指數是由以下例子通過試驗確定的。(例子1)在本例子中，改變金屬磁性顆粒的球磨加工時間來制備軟磁性材料，并研究軟磁性材料的復合磁性顆粒的最大直徑的比值(最大直徑/等效圓直徑)Rm/C。首先，制備純度為99.8%或更高、且粒徑為50pm至150pm的水霧化純鐵粉，以作為金屬磁性顆粒P1至P13。其平均粒徑(UvE為90(im，并且電阻率p為11pQcm。隨后，將由水霧化粉末構成的金屬磁性顆粒在球磨機中球形化。使用由Fritsch公司制造的行星式球磨機P-5進行球磨加工。通過在1分鐘到120分鐘內改變球磨機的加工時間來制備球磨加工時間不同的多種類型的金屬磁性顆粒D為了比較的目的，還制造了沒有進行球磨加工的金屬磁性顆粒。將金屬磁性顆粒樣品Pl到P13分別浸入到pH被調節至2.0的磷酸水溶液中，并攪拌所得混合物，以在金屬磁性顆粒表面上形成偶聯涂膜(即磷酸鐵涂膜)。隨后，在包覆有偶聯涂膜的金屬磁性顆粒表面上形成由有機硅樹脂(由GEToshibaSilicones株式會社制造的XC96-B0446)構成的絕緣涂膜。通過將金屬磁性顆粒浸入絕緣涂膜材料的二甲苯溶液中、攪拌所得混合物并將二甲苯揮發，從而完成絕緣涂膜的包覆。形成絕緣涂膜，同時將其平均膜厚調至200nm。以這種方法獲得軟磁性材料P'l至P'13。對上述獲得的軟磁性材料P'l至P'13測定復合磁性顆粒的最大直徑與復合磁性顆粒等效圓直徑之比(最大直徑/等效圓直徑)Rm/C。將結果示于表I和圖12中。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>現在參照表I和圖12，對樣品P'l至P'13的比較表明隨著用球磨機加工的時間增加，復合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比R丄接近1。特別是，樣品P'7至P'll的R丄比值超過1.15，且不大于1.35，該比值位于本發明范圍之內。這表明，隨著用球磨機加工的時間延長，更多的突起部分被除去，并且金屬磁性顆粒的形狀變得更更接近于球形。此外，即使在構成絕緣涂膜的材料改變時，Rm/e比值也保持不變。(例子2)在本例子中，將例子1中獲得的軟磁性材料用于形成壓粉鐵心。具體而言，根據如下所述的方法，使用例子1中獲得的金屬磁性顆粒樣品Pl至P13來形成壓粉鐵心樣品Al至A13、B1至B13、Cl至C13、D1至D13。樣品A1至A13、Bl至B13、Cl至C13、Dl至D13等同于樣品P'l至P'13。樣品Al至A13:按照例子1中的方法制備分別包含金屬磁性顆粒樣品Pl至P13、并且包覆有由有機硅樹脂(由GEToshibaSilicones株式會社制造的XC96-B0446)構成的絕緣涂膜的軟磁性材料。在980MPa至1280MPa的承壓應力下各軟磁性材料被壓制成型，從而形成密度為7.60g/立方厘米的環狀壓粉體(外徑34mm，內徑20mm，厚度5mm)。以同樣的方式還形成寬為10mm、長為55mm、且厚為10mm的壓粉長方體。將各壓粉體在20(TC的空氣中加熱l小時，以將絕緣涂膜熱固化。隨后將壓粉體在30(TC至70(TC下的氮氣氣氛下加熱1小時，從而制得壓粉鐵心。觀察到絕緣涂膜在熱固化后的鉛筆硬度為2H。樣品Bl至B13:按照例子1中的方法制備分別包含磁性顆粒樣品Pl至P13、并且包覆有硅倍半氧烷(由TOAGOSEI株式會社制造的OX-SQ/20SI)的軟磁性材料。制備壓粉鐵心的其余步驟與例子2中制備樣品Al至A13的步驟相同。觀察到絕緣涂膜在熱固化后的鉛筆硬度為4H。樣品Cl至C13:按照例子1中的方法制備分別包含磁性顆粒樣品Pl至P13、并且包覆有硅倍半氧烷(由TOAGOSEI株式會社制造的OX-SQ)的軟磁性材料。制備壓粉鐵心的其余步驟與例子2中制備樣品Al至A13的步驟相同。觀察到絕緣涂膜在熱固化后的鉛筆硬度為5H。樣品Dl至D13:按照例子1中的方法制備分別包含磁性顆粒樣品PI至P13、并且包覆有硅倍半氧院(由TOAGOSEI株式會社制造的AC-SQ)的軟磁性材料。制備壓粉鐵心的其余步驟與例子2中制備樣品Al至A13的步驟相同。觀察到絕緣涂膜在熱固化后的鉛筆硬度為7H。通過在以上獲得的各壓粉鐵心上進行繞線來制備磁性能測試用樣品，以使第一次纏繞的匝數為300，并且第二次纏繞的匝數為20。對每一個樣品，在使用ACBH曲線示蹤器于50Hz至1kHz的范圍內改變頻率的條件下，于10Kg(等于1特斯拉(T))的激勵磁通密度下測定鐵心損耗系數。隨后由這一鐵心損耗計算渦流損耗系數。通過最小二乘法、使用以下三個算式擬合鐵心損耗的頻率曲線，從而算得渦流損耗系數，并且由渦流損耗系數算得渦流損耗We1()/lk:(鐵心損耗"(磁滯損耗系數)x(頻率)+(渦流損耗系數)x(頻率)2(磁滯損耗)K磁滯損耗系數)x(頻率)(渦流損耗)=(渦流損耗系數)x(頻率)2另外，將各壓粉鐵心樣品Al至A13、Bl至B13、CI至C13和Dl至D13都進行三點彎曲強度試驗。該強度試驗在室溫且跨距為40mm的條件下進行。將各壓粉鐵心樣品Al至A13、Bl至B13、CI至C13和Dl至D13的渦流損耗Weionk和所觀察到的三點彎曲強度C73b示于表II至表V以及圖13和圖14中。[表II]<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>[表III]<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>[表IV]<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>[表v]<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>參見表II至V以及圖13和14，將樣品Al至A13的三點彎曲強度a3b與樣品Bl至B13的三點彎曲強度ci3b進行對比(在由相同的金屬磁性顆粒構成的樣品之間進行對比)。對樣品Cl至C13的三點彎曲強度與樣品Dl至D13的三點彎曲強度進行同樣的比較。樣品Cl至C13的三點彎曲強度(T3b和樣品Dl至D13的三點彎曲強度CT3b得到顯著提高。具體而言，當將熱固化后鉛筆硬度為4H的樣品Bl至B13的三點彎曲強度ci3b與熱固化后鉛筆硬度為5H的樣品Cl至C13的三點彎曲強度CJ3b進行對比(在相同的金屬磁性顆粒之間進行對比)時，樣品Cl至C13的三點彎曲強度a3b為Bl至B13的三點彎曲強度的約1.5倍。這些結果表明，通過形成在熱固化后鉛筆硬度為5H或更高的絕緣涂層，可提高壓粉鐵心的強度。在比較樣品Cl至C13之間的三點彎曲強度CT3b時，最大直徑與等效圓直徑之比RnA為1.15或更大的樣品Cl至Cll的三點彎曲強度031)得到顯著提高。相似的，在樣品Dl至D13中，最大直徑與等效圓直徑之比Rm/c為1.15或更大的樣品D7至Dll的三點彎曲強度ci3b得到顯著提高。這些結果表明，通過將最大直徑與等效圓直徑之比Rm/c設為1.15或更大，可提高壓粉鐵心的強度。然后比較樣品Cl至Cll的渦流損耗We1()/lk。最大直徑與等效圓直徑之比RJc為1.35或更小的樣品C7至Cll所表現出的渦流損耗Weu)nk得到極大地減小。類似的，在樣品D1至D13中，最大直徑與等效圓直徑之比Rm/e為1.35或更小的樣品D7至Dll所表現出的渦流損耗We1()/lk得到極大地減小。這些結果表明，通過將最大直徑與等效圓直徑之比Rm/e設為1.35或更小，可減小渦流損耗We1Q/lk。基于上述結果，可以理解到通過將復合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比Rm/e設為大于1.15但不超過1.35，并將絕緣涂膜熱固化后的鉛筆硬度調節至5H或更高，可獲得具有較小渦流損耗的高強度壓粉體。在圖13中，線Ll表示符合We10/lk=0.02X(dAVE)2/p(W/kg)的直線。本發明實施例中的樣品C7至Cll以及D7至Dll的渦流損耗We^nk不超過線Ll所示出的We1Q/lk。此外，在圖14中，線L2表示符合cr3b=800X(Rm/c)Q75/(dAVEf5(MPa)的直線。本發明實施例中的樣品C7至C11以及D7至D11的三點彎曲強度cj3b都不小于線L2所示出的b。(例子3)在本例中，首先制備由不同材料構成、且平均粒徑與例子1和例子2的情況不同的金屬磁性顆粒樣品P14至P17。樣品P14:制備平均粒徑(UvE為50pm且純度為99.8%或更高的水霧化純鐵粉作為金屬磁性顆粒。其電阻率p為llpQcm。隨后進行例子1中所述的球磨加工，以使得最大直徑/等效圓直徑R:n/e為約1.20。樣品P15:制備平均粒徑(UvE為160pm且純度為99.8%或更高的水霧化純鐵粉作為金屬磁性顆粒。其電阻率p為11iiQcm。隨后進行例子1中所述的球磨加工，以使得最大直徑/等效圓直徑RJe為約1.20。樣品P16:制備平均粒徑(UvE為90|am且由Fe-0.5%Si構成的水霧化純鐵粉作為金屬磁性顆粒。其電阻率p為17pQcm。隨后進行例子1中所述的球磨加工，以使得最大直徑/等效圓直徑RnA為約1.20。樣品P17:制備平均粒徑dAVE為90]um且由Fe-1.0%Si構成的水霧化純鐵粉作為金屬磁性顆粒。其電阻率p為25)LiQcm。隨后進行例子1中所述的球磨加工，以使得最大直徑/等效圓直徑Rm/e為約1.20。通過使用按照上述方法獲得的金屬磁性顆粒，在其上形成熱固化后具有不同鉛筆硬度的若干種絕緣涂膜，從而制備壓粉鐵心。其具體細節如下。樣品A14至A17:在金屬磁性顆粒樣品P14至P17中的每一個上形成由有機硅樹脂(由GEToshibaSilicones株式會社制造的XC96-B0446,鉛筆硬度2H)構成的絕緣涂膜。制備壓粉鐵心的其余步驟與例子2中制備樣品Al至A13的那些步驟相同。樣品B14至B17:在金屬磁性顆粒樣品P14至P17中的每一個上形成由硅倍半氧烷(由TOAGOSEI株式會社制造的OX-SQ/20SI，鉛筆硬度4H)構成的絕緣涂膜。制備壓粉鐵心的其余步驟與例子2中制備樣品Al至A13的那些步驟相同。樣品C14至C17:在金屬磁性顆粒樣品P14至P17中的每一個上形成由硅倍半氧烷(由TOAGOSEI株式會社制造的OX-SQ,鉛筆硬度5H)構成的絕緣涂膜。制備壓粉鐵心的其余步驟與例子2中制備樣品Al至A13的那些步驟相同。樣品D14至D17:在金屬磁性顆粒樣品P14至P17中的每一個上形成由硅倍半氧垸(由TOAGOSEI株式會社制造的AC-SQ，鉛筆硬度7H)構成的絕緣涂膜。制備壓粉鐵心的其余步驟與例子2中制備樣品Al至A13的那些步驟相同。對于以上獲得的各壓粉鐵心，按照例子2中的方法計算渦流損耗We1()/1K，并進行三點彎曲強度試驗。將A14至A17、B14至B17、C14至C17和D14至D17中的各壓粉鐵心樣品的渦流損耗Wki/,k以及三點彎曲強度CT3b示于表VI中。在表VI中，也包含了例子1和2中的樣品A9、B9、C9禾卩D9的結果。<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>參見表VI，樣品C14至C17以及D14至D17的渦流損耗We1()/1K減小，并且三點彎曲強度提高，其中在這些樣品中，熱固化后所形成的絕緣涂膜的鉛筆硬度為5H或更高。這些結果表明，無論金屬磁性顆粒的材料或平均粒徑怎樣，當最大直徑/等效圓直徑之比RJe大于1.15，但不大于1.35，并且熱固化后的絕緣涂膜的鉛筆硬度為5H或更高時，渦流損耗都可減小，并且可獲得具有高強度的壓粉體。圖15為示出渦流損耗We,。nk和0.02X(dAVE力p的值之間的關系的圖。圖16為示出三點彎曲強度ci3b和800X(Rm/c)°75/(dAVE)。5的值之間的關系的圖。在圖15中，線L3表示符合We1()/lk=0.02X(dAVE)Vp(W/kg)的直線，并且本發明實施例中的樣品C14至C17以及D14至D17的渦流損耗We^/,k不超過線L3所示出的We1()/lk。此外，在圖16中，線L4表示符合G3b二800X(R油f75/(dAVE)"(MPa)的直線，并且本發明例子中的樣品C14至C17以及D14至D17的三點彎曲強度CJ3b都不小于線L4所示出的(73b。應當理解，本文中公開的實施方案和實施例僅是例子，而不應被理解為限制本發明的范圍。本發明的范圍不是由上面的說明書限定，而是由所附的權利要求書限定，本發明的范圍涵蓋在本發明權利要求范圍內的所有修改和變化以及等同形式。工業實用性本發明被用于(例如)電機磁芯、電磁閥、反應器和常規電磁部件。權利要求1.一種軟磁性材料，其包含多個復合磁性顆粒(30)，所述多個復合磁性顆粒(30)中的每一個都具有金屬磁性顆粒(10)以及包圍該金屬磁性顆粒的絕緣涂膜(20)，其中，所述多個復合磁性顆粒中的每一個的最大直徑與等效圓直徑之比Rm/c大于1.15，但不大于1.35，并且所述絕緣涂膜由熱固性有機材料構成，且所述絕緣涂膜在熱固化后具有5H或更高的鉛筆硬度。2.根據權利要求1所述的軟磁性材料，其中處于未固化狀態的所述絕緣涂膜(20)的平均厚度為等于或大于10nm，并且小于或等于500nm。3.根據權利要求1所述的軟磁性材料，其中所述多個復合磁性顆粒(30)中各顆粒的平均粒徑cUvE為等于或大于10pm，并且小于或等于500iam。4.根據權利要求1所述的軟磁性材料，其中所述多個復合磁性顆粒(30)中的每一個還具有位于所述金屬磁性顆粒(10)與所述絕緣涂膜(20)之間的偶聯涂膜(21)。5.—種由權利要求1所述的軟磁性材料制造的壓粉鐵心。6.根據權利要求5所述的壓粉鐵心，其中當所述多個復合磁性顆粒(30)中各顆粒的平均粒徑由(Uve表示、單位為pm，且所述金屬磁性顆粒(10)的電阻率由p表示、單位為(iQcm時，所述壓粉鐵心在激勵磁通密度為1T且激勵磁通頻率為1kHz的條件下的渦流損耗We,(va為0.02X(dAVE)Vp或更低，單位為W/kg;并且在室溫下的三點彎曲強度C73b為800x(R獻f"/(dAVE)"或更高，單位為MPa。全文摘要本發明涉及一種軟磁性材料，該軟磁性材料包含多個復合磁性顆粒(30)，所述多個復合磁性顆粒(30)中的每一個均具有金屬磁性顆粒(10)和包圍該金屬磁性顆粒(10)的絕緣涂膜(20)。所述多個復合磁性顆粒中的每一個的最大直徑與等效圓直徑之比R_m/c大于1.15，但不大于1.35。所述絕緣涂膜(20)由熱固性有機材料構成，并且其熱固化后具有5H或更高的鉛筆硬度。使用這種軟磁性材料，可減小渦流損耗，并且可形成具有高強度的壓粉體。文檔編號H01F1/20GK101300646SQ20068004064公開日2008年11月5日申請日期2006年9月8日優先權日2005年11月2日發明者前田徹,西岡隆夫,餅田恭志申請人:住友電氣工業株式會社