復合軟磁材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種復合軟磁材料及其制備方法，該復合軟磁材料包括如下組份：67.9～95.54wt％FeSiCr、0.1～0.3wt％TiO2、0.15～0.75wt％SiO2、0.1～0.5wt％Mn3O4、0.1～0.5wt％ZnO、3.4～25.9wt％BaO、0.4～3wt％ B2O3、0.2～0.85wt％ CaO、0.01～0.3wt％CuO。該復合軟磁材料具有高起始磁導率和高Bs、優秀的溫度穩定性、低溫度系數的復合軟磁材料。
【專利說明】
復合軟磁材料及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及軟磁材料領域，具體涉及復合軟磁材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 軟磁合金的最大優點是具有較高的飽和磁通密度(Bs)，溫度穩定性好，穩定系數 低，直流疊加特性好的特點，軟磁鐵氧體最大優點是在具有較高的磁導率和電阻率（1〇 2~ ΙΟ6 Ω · cm) 〇
[0003] 隨著電動汽車的發展汽車電子元器件向著小型化和大電流化、寬溫度應用方向發 展，對軟磁材料性能提出了更高的要求。功率電感器使用頻率一般在100ΚΗz及以上使用，一 方面軟磁合金往往由于電阻率較低，絕緣和耐壓性能較低，高頻損耗大而使磁心發熱較大， 造成器件的性能惡化，另一方面軟磁鐵氧體由于溫度系數相對較高，造成器件的隨溫度變 化磁導率變化大，造成器件在低溫或高溫環境下性能不穩定。另外，軟磁合金粉芯的磁導率 一般較低，為得到較高的電感量，器件往往需要增加繞線的圈數，從而造成銅損增加，器件 的性能惡化，因而提高材料的起始磁導率必要。為對汽車電子應用功率電感的小型化和大 電流化、寬溫度應用的要求，開發對應的較高磁導率和高Bs、溫度穩定性優良的復合軟磁材 料非常必要。
[0004] 在國內已有一些相關復合軟磁材料的制造方法的專利，具體如下：
[0005] (1)公開號為CN201410214573.4,【公開日】為2015.03.04，發明名稱為"一種復合軟 磁材料及其制備方法"的中國專利公開了 一種復合軟磁材料及其制備方法，復合軟磁材料 的組分按包括按質量百分比計:FeSiCr82.56%~98.45%、Fe2030.3%~8.9%、Ni00.1% ~1.93 %、ZnOO. 1 %~2.13 %、CuOO. 1 %~0.53 %。復合軟磁材料的制備方法包括混合、預 燒、粉碎、壓制和燒結。本發明通過調整FeSiCr的含量來調整復合軟磁材料的飽和磁感應強 度，通過調整?6203、附0、211〇、(：11〇的含量來調整生成的附(：11211鐵氧體的含量，從而提高復合 軟磁材料的絕緣和耐壓性能。
[0006] (2)公開號為0呢01410214841.2，【公開日】為2015.03.04，發明名稱為"一種復合軟 磁材料及其制備方法"的中國專利公開了 一種復合軟磁材料及其制備方法，復合軟磁材料 中包括如下重量百分比的組分：75.13~86.12wt %的FeSiCr合金粉末、9~14.5wt %的 Fe203、l .95~2.99wt% 的Ni0、2.15~3.75wt% 的Ζη0、0·55~1.43wt% 的Cu0、0.03~ 0.85￥七％的祀203、0.15~0.45￥七％的￥205、0.05~0.9￥七％的5丨02。制備時，按照如上所述 組分配比配料，經過混合、預燒、粉碎、造粒、壓制和燒結后，制得所述復合軟磁材料。本發明 的復合軟磁材料及其制備方法，采用特定配比含量的組分，從而通過各材料的含量調整或 者某些組分的添加，配合生產工藝，制得具有高絕緣、高耐壓、高Bs性能的復合軟磁材料。
[0007] (3)公開號為CN201410214819.8，【公開日】為2015.03.11，發明名稱為"復合軟磁材 料及其制備方法"的中國專利公開了一種復合軟磁材料及其制備方法，該復合軟磁材料包 括如下組份：48.25 ~76.91wt%FeSiCr、15~30.5wt%Fe203、3~9wt%Ni0、3.8~7.3wt% Zn0、1.0~2.5wt%Cu0、0.01~0.65wt%Bi203、0.03~0.55wt%V205、0.15~0.75wt% Si02、0.1~0.5wt %Mn304。該復合軟磁材料具有高起始磁導率和高Bs。
[0008] (4)公開號為0呢01110152217.0，【公開日】為2012.02.22，發明名稱為"一種復合軟 磁材料及其制備方法"的中國專利公開了一種具有高密度、高磁感的復合軟磁材料及其制 備方法。該復合軟磁材料由霧化鐵基粉末、潤滑劑和金屬助粘劑組成，其中潤滑劑的質量為 霧化鐵基粉末質量的0.01-2%，金屬助粘劑的質量為霧化鐵基粉末質量的0.01-2%;所述 金屬助粘劑和潤滑劑均勻包覆在霧化鐵基粉末顆粒表面。所述潤滑劑為納米活性碳酸鈣 和/或納米三氧化二鋁，金屬助粘劑為鈦酸酯。本發明制備工藝簡單、材料成本低，密度高、 磁感應強度大。

【發明內容】

[0009] 為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種復合軟磁材料及其制備方法，以得 到具有高起始磁導率和高Bs、穩定的溫度特性的復合軟磁材料。
[0010] -種復合軟磁材料，包括如下重量百分比的組份：
[0011] 67.9~95.54wt%FeSiCr、0.1~0.3wt%Ti02、0.15~0.75wt%Si02、0.1~0.5wt% Mn3〇4、0 · 1~0 · 5wt%Zn0、3.4~25 · 9wt%Ba0、0.4~3wt%B2〇3、0 · 2~0.85wt%Ca0、0.01~ 0.3wt % CuO 〇
[0012] 進一步地，FeSiCr為平均粒徑為5~100μπι的粉末。
[0013] 進一步地，Ti〇2、Si〇2、Mn3〇4、ZnO、BaO、B2〇3、Ca(^PCu(^^^^^S50~100nm。
[0014] 進一步地，？65丨(>、11〇2、3丨〇2、]?113〇4、211〇』3〇、82〇3、〇3〇和(：11〇分別占所述復合軟磁 材料的90 · lwt%、0 · 17wt %、0 · 3wt %、0 · 45wt %、0 · 3wt %、7 · 41wt%、0 · 92wt %、0 · 26wt %、 0.09wt%。
[0015] -種所述復合軟磁材料的制備方法，包括如下步驟：
[0016] 混合步驟:將FeSiCr、Ti〇2、Si〇2、Mn3〇4和ZnO進行干法混合，得到混合料；
[0017] 預壓步驟:將所述混合料采用粉末成型機壓制的混合坯料；
[0018] 預燒步驟:將所述混合料在氮氣保護進行預燒，得到預燒料；
[0019] 粉碎步驟:使用溶劑，將8&0、82〇3工 &0、〇!〇與所述預燒料進行混合后進行濕法粉 碎，得到粉碎漿料；
[0020] 造粒步驟:在所述粉碎漿料中加入造粒輔助劑，在超聲波下分散后，進行造粒，得 到顆粒料；
[0021] 壓制步驟:將所述顆粒料采用粉末成型機壓制得到坯件；
[0022] 燒結步驟:燒結所述坯件以得到所述復合軟磁材料；
[0023]其中？65丨0、1102、3丨02、]\1113〇4、211〇、83〇、8 2〇3、〇3〇、(：11〇的添加量滿足如下重量百分 比關系：
[0024] 67.9~95.54wt%FeSiCr、0.1~0.3wt%Ti02、0.15~0.75wt%Si02、0.1~0.5wt% Mn3〇4、0 · 1~0 · 5wt%Zn0、3.4~25 · 9wt%Ba0、0.4~3wt%B2〇3、0 · 2~0.85wt%Ca0、0.01~ 0.3wt % CuO 〇
[0025] 進一步地，FeSiCr、Ti〇2、Si〇2、Mn3〇4、ZnO、BaO、B2〇3、CaO、CuO 的添加量滿足如下重 量百分比關系：
[0026] 90. lwt%FeSiCr、0· 17wt%Ti〇2、0.3wt%Si〇2、0.45wt%Mn3〇4、0.3wt%ZnO、 7.41 wt % BaO > 0.92wt % B2O3 > 0.26wt % CaO > 0.09wt % CuO 〇
[0027] 進一步地，所述溶劑為無水乙醇。
[0028] 進一步地，所述造粒輔助劑為聚丙烯酰胺。
[0029] 進一步地，所述方法滿足以下工藝條件中的任一者或多者：
[0030] a)在所述混合步驟中，混合時間為30~70分鐘；
[0031] b)在所述預壓步驟中，預壓壓力為5噸/cm2;
[0032] c)在所述預燒步驟中，預燒溫度控制在750 ± 20 °C，預燒時間為100~200分鐘，氧 含量控制在1 %以下；
[0033] d)在所述粉碎步驟中，粉碎時間為120~240分鐘，粉碎后料漿粒徑控制在1.5~35 μπι;
[0034] e)在所述造粒步驟，聚丙烯酰胺等于所述粉碎漿料重量的2%至6% ;
[0035] f)在所述壓制步驟中，所述還件的壓制密度控制在(5.80±0.10)g/cm3;
[0036] g)在所述燒結步驟中，燒結溫度控制在920°C~960°C，保溫200~300分鐘，燒結氣 氛為氮氣，氧含量控制在1 %以下。
[0037] 進一步地，FeSiCr 為平均粒徑為 5 ~100μπι 的粉末，Ti〇2、Si〇2、Mn3〇4、ZnO、BaO、B2〇3、 CaO和CuO的粒徑均為50~100nm。
[0038] 本發明的有益技術效果：
[0039]本發明采用合理的主配方，通過設定FeSiCr粉末的含量來調整材料的飽和磁感應 強度;通過增加納米Si02的含量提高材料的絕緣和耐壓性能;加入納米Mn3〇4和納米ZnO提高 材料的磁導率;通過加入納米Ti0 2來調整材料溫度系數;通過設定納米BaO、B2〇3、CaO、Cu(^ 含量來調整生成的低熔點相的含量，從而提高材料的磁導率和進一步增加材料的絕緣和耐 壓性能;再通過制備生產工藝進一步調整材料結晶分布，從而得到較高的磁導率和Bs，并且 保證一定的絕緣和耐壓性能。該材料具有較高磁導率和高Bs的特點，適應功率電感的小型 化和大電流化對軟磁材料的的要求。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發明實施例和對比例的yi溫度曲線圖。
【具體實施方式】
[0041] 以下對發明的較佳實施例作進一步詳細說明。
[0042] 一種復合軟磁材料，包括如下組分：
[0043] 67.9~95.54wt%FeSiCr、0.1~0.3wt%Ti02、0.15~0.75wt%Si02、0.1~0.5wt% Μη3〇4、0· 1~0.5wt%Zn0、3.4~25.9wt%Ba0、0.4~3wt%B203、0.2~0.85wt%Ca0、0.01~ 0.3wt%Cu0〇
[0044] 在一些實施例中，FeSiCr為平均粒徑為5~100μπι的粉末。
[0045] 在一些實施例中，1^〇2、51〇2、]\^3〇4、211〇、83〇、82〇3、〇3〇和(：11〇的粒徑均為50~ 100nm〇
[0046] 在特別優選的實施例中，FeSiCr、Ti02、Si02、Mn304、Zn0、Ba0、B203、Ca0和Cu0分別占 所述復合軟磁材料的90.1￥七％、0.17￥七％、0.3￥七％、0.45￥七％、0.3￥七％、7.41界七％、 0.92wt % > 0.26wt % > 0.09wt % 〇
[0047] -種所述的復合軟磁材料制備方法，包括如下步驟：
[0048] 混合步驟：先將？05丨〇、11〇2、3丨〇2、]?113〇4和211〇分別按照9〇.1￥七％、〇.17￥七％、 0 · 3wt %、0 · 45wt %、0 · 3wt %進行干法混合，得到混合料；
[0049] 預壓步驟:將所述混合料采用粉末成型機壓制的混合坯料；
[0050] 預燒步驟:將所述混合料在氮氣保護進行預燒，得到預燒料；
[0051 ]粉碎步驟：使用溶劑，將Ba0、B203、Ca0、Cu0按照7 · 41wt%、0 · 92wt %、0 · 26wt %、 0.09wt %與所述預燒料進行混合后進行濕法粉碎，得到粉碎漿料;溶劑優選可采用無水乙 醇；
[0052]造粒步驟:在所述粉碎漿料中加入造粒輔助劑，優選為聚丙烯酰胺，在超聲波下分 散后，進行造粒，得到顆粒料；
[0053]壓制步驟:將所述顆粒料采用粉末成型機壓制得到坯件；
[0054]燒結步驟:在氮氣保護中燒結所述坯件燒結結束后隨爐冷卻至室溫。
[0055] 其中，上述混合步驟中，采用干法混合以利于預燒步驟，否則采用濕法混合，則延 長了預燒步驟;采用預壓步驟進一步降低了預燒步驟;而在粉碎步驟中，采用濕法混合則利 于接著的造粒步驟，造粒前時使用超聲波分散有利于膠水更加均勻的包覆在粉末顆粒表 面，這樣才能更好地進行造粒。
[0056] 在一些實施例中，在所述混合步驟中，混合時間為30~70分鐘。
[0057] 在一些實施例中，在所述預燒步驟中，預燒溫度控制在750±20°C，預燒時間為100 ~200分鐘，氧氣含量控制在1 %以下。
[0058] 在一些實施例中，在所述粉碎步驟中，粉碎時間為120~240分鐘，粉碎后料漿粒徑 控制在1.5~35μπι。
[0059] 在一些實施例中，在所述造粒步驟，聚丙烯酰胺等于粉碎漿料重量的2%~6%，優 選為4.5%。
[0060] 在一些實施例中，在所述壓制步驟中，所述坯體的壓制密度控制在（5.80 ±0.10) g/cm3;
[0061 ] 在一些實施例中，在所述燒結步驟中，燒結溫度控制在920°C~960°C，保溫200~ 300分鐘，燒結氣氛為氮氣，氧氣量控制在1 %以下。
[0062]本發明采用合理的主配方，通過調整FeSiCr粉末的含量來調整材料的飽和磁感應 強度;通過增加納米Si02的含量提高材料的絕緣和耐壓性能;加入納米Mn3〇4和納米ZnO提高 材料的磁導率;通過加入納米Ti0 2來調整材料溫度系數;通過調整納米BaO、B2〇3、CaO、Cu(^ 含量來調整生成的低熔點相的含量，從而提高材料的磁導率和進一步增加材料的絕緣和耐 壓性能;再通過制備生產工藝進一步調整材料結晶分布，從而得到較高的磁導率和Bs，并且 保證一定的絕緣和耐壓性能。該材料具有較高磁導率和高Bs的特點，適應功率電感的小型 化和大電流化對軟磁材料的要求。
[0063]材料的性能指標如下：
[0064] (1)起始磁導率 yi:115(l±20%)
[0065] (2)飽和磁感應強度Bs:彡1000mT
[0066] (3)絕緣電阻：彡50ΜΩ
[0067] (4)耐壓：彡 50V
[0068] 溫度系數€^丫（10-6/。〇:-10~10〇
[0069] 在一些具體實施例中，復合軟磁材料的制備方法如下：
[0070] (1)混合:按表1 (實施例和對比例）所述的起始配料成分后進行干法混合，混合時 間為30~70分鐘；
[0071] (2)預壓:采用粉末成型機按照5噸/cm2的壓力將混合后粉末預壓成塊
[0072] (3)預燒:將塊狀的材料在氮氣保護推板窯中進行預燒，預燒溫度控制在550±20 °C，預燒時間為100~200分鐘，氧含量控制在1 %以下；
[0073] (4)粉碎:在上步預燒得到的預燒料中加入粉碎添加成分進行濕法粉碎，以無水乙 醇為溶劑，粉碎時間為120~240分鐘，粉碎后料漿粒徑控制在1.5~35μπι;
[0074] (5)造粒:在上步的料漿加入相當于料漿重量的4.5%的聚丙烯酰胺在超聲波下分 散，進行造粒，得到顆粒料；
[0075] (6)壓制:將上步的顆粒料采用粉末成型機壓制得到坯件，坯件的壓制密度控制在 (5.80±0.10)g/cm3;
[0076] (7)燒結:在氮氣保護電阻爐中進行燒結，燒結溫度控制在920 °C~960 °C，保溫200 ~300分鐘，燒結氣氛為氮氣，氧含量控制在1 %以下，燒結結束后隨爐冷卻至室溫。
[0077] 通過以上工序制得所述復合材料磁環樣品（磁環尺寸為T8 X 5 X 2)。
[0078]將燒結后的復合材料磁環分別進行測試和評價。在匝數N = 26Ts條件下，使用HP-4284型LCR測試儀測試磁環樣品的起始磁導率μ1;用SY-8218型B-H分析儀測試樣品的飽和 磁感應強度Bs;用CH-333型絕緣耐壓測試儀測試樣品的絕緣和耐壓性能；用WKS3-270/70/ 20快速溫變箱和ZM2371型LCR表測試磁環樣品的溫度特性
[0079] 表1實施例和對比例的成分配比
[0080]
[0081]
[0082]表2實施例和對比例的性能及評價
[0083]
[0084]
[0085] 注意:超過規格的附加。
[0086] 表2列出了實施例和對比例的性能及評價，從表2中可以看出，本發明的實施例和 對比例相比較，本發明有效地提高了材料的起始磁導率，并能保持相應的絕緣和耐壓性能， 較高的飽和磁感應強度，接近零的溫度系數。本發明的起始磁導率可以達到115(1±20%)。 如表所示，實施例1的Bs明顯優于對比例1，實施例1的比溫度系數αμL γ明顯優于對比例1。 對比實施例和對比例的以:溫度曲線圖（圖1)，實施例的溫度穩定特性明顯比對比例的更加 穩定。擁有較高的Bs，而較高的Bs通常對應較高的飽和電流;并且擁有接近于0的比溫度系 數αμL γ，而接近于0的比溫度系數對應材料可工作的應用范圍更加廣泛，并且頻率特性基 本與相應的鐵氧體材料基本一致，本發明的材料應該能夠滿足汽車電子用功率電感的小型 化和大電流化、寬溫度應用對軟磁材料的要求。
[0087]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明由 所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
【主權項】
1. 一種復合軟磁材料，其特征是，包括如下重量百分比的組份： 67.9~95.54wt%FeSiCr、0.1~0.3wt%Ti02、0.15~0.75wt%Si02、0.1~0.5wt% Μη3〇4、0· 1~0.5wt%Zn0、3.4~25.9wt%Ba0、0.4~3wt%B203、0.2~0.85wt%Ca0、0.01~ 0.3wt%Cu0〇2. 如權利要求1所述的復合軟磁材料，其特征是，FeS i Cr為平均粒徑為5~1 ΟΟμπι的粉 末。3. 如權利要求1或2所述的復合軟磁材料，其特征是，Ti02、Si〇2、Mn3〇4、ZnO、BaO、B 2〇3、 CaO和CuO的粒徑均為50~lOOnm。4. 如權利要求1至3任一項所述的復合軟磁材料，其特征是:FeSiCr、Ti02、Si02、Mn 3〇4、 ZnO、BaO、B2〇3、CaO和CuO分別占所述復合軟磁材料的90 · lwt%、0 · 17wt%、0 · 3wt%、 0.45wt% >0.3wt% >7.41wt% >0.92wt% >0.26wt% >0.09wt% 〇5. -種如權利要求1至4任一所述的復合軟磁材料的制備方法，其特征是，包括如下步 驟： 混合步驟:將FeSiCr、Ti02、Si02、Mn3〇4和ZnO進行干法混合，得到混合料； 預壓步驟:將所述混合料采用粉末成型機壓制的混合坯料； 預燒步驟:將所述混合料在氮氣保護進行預燒，得到預燒料； 粉碎步驟:使用溶劑，將8&0、82〇3工&0、〇!〇與所述預燒料進行混合后進行濕法粉碎，得 到粉碎漿料； 造粒步驟:在所述粉碎漿料中加入造粒輔助劑，在超聲波下分散后，進行造粒，得到顆 粒料； 壓制步驟:將所述顆粒料采用粉末成型機壓制得到坯件； 燒結步驟:燒結所述坯件以得到所述復合軟磁材料； 其中？65丨0、1102、3丨02、]\1113〇4、211〇、83〇、8 2〇3丄3〇、〇1〇的添加量滿足如下重量百分比關 系： 67.9~95.54wt%FeSiCr、0.1~0.3wt%Ti02、0.15~0.75wt%Si02、0.1~0.5wt% Μη3〇4、0· 1~0.5wt%Zn0、3.4~25.9wt%Ba0、0.4~3wt%B203、0.2~0.85wt%Ca0、0.01~ 0.3wt%Cu0〇6. 如權利要求5所述的復合軟磁材料的制備方法，其特征是:FeSiCr、Ti02、Si02、Mn 3〇4、 2110』&0、8203、0 &0、(：110的添加量滿足如下重量百分比關系： 90.1wt%FeSiCr、0.17wt%Ti02、0.3wt%Si02、0.45wt%Mn304、0.3wt%Zn0、7.41wt% BaO、0 · 92wt % B2O3、0 · 26wt % CaO、0 · 09wt % CuO。7. 如權利要求5或6所述的復合軟磁材料的制備方法，其特征是:所述溶劑為無水乙醇。8. 如權利要求5至7任一項所述的復合軟磁材料的制備方法，其特征是:所述造粒輔助 劑為聚丙烯酰胺。9. 如權利要求5至8任一項所述的復合軟磁材料的制備方法，其特征是:滿足以下工藝 條件中的任一者或多者： a) 在所述混合步驟中，混合時間為30~70分鐘； b) 在所述預壓步驟中，預壓壓力為5噸/cm2; c) 在所述預燒步驟中，預燒溫度控制在750±20°C，預燒時間為100~200分鐘，氧含量 控制在1 %以下； d) 在所述粉碎步驟中，粉碎時間為120~240分鐘，粉碎后料漿粒徑控制在1.5~35μπι; e) 在所述造粒步驟，造粒輔助劑等于所述粉碎漿料重量的2 %至6 % ; f) 在所述壓制步驟中，所述還件的壓制密度控制在(5.80 ± 0.10) g/cm3; g) 在所述燒結步驟中，燒結溫度控制在920°C~960°C，保溫200~300分鐘，燒結氣氛為 氮氣，氧含量控制在1%以下。10.如權利要求5至9任一項所述的復合軟磁材料的制備方法，其特征是:FeSiCr為平均 粒徑為 5 ~100μπι 的粉末，11〇2、51〇2、]?113〇4、211〇、83〇、82〇3、〇3〇和(：11〇的粒徑均為50~10〇11111。
【文檔編號】C22C38/02GK105993053SQ201680000414
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月13日
【發明人】談敏, 聶敏, 李有云
【申請人】深圳順絡電子股份有限公司