[发明专利]一种复合软磁磁粉芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于软磁材料及其制备技术领域，特别涉及一种复合软磁磁粉芯及其制备方法。

背景技术

具有高磁通密度和低损耗使用特性的复合软磁材料是磁性材料领域的一个重要研究方向。这种材料可以制备现代化工业发展所必须的动力驱动系统中的电磁部件，如高速电机的转子等，在目前飞速发展的民用高科技混合动力汽车和纯电动汽车等领域有着潜在的应用前景和巨大的经济效益。由于在磁性能上要求材料同时具有高磁通密度和低损耗，传统的金属软磁材料和软磁铁氧体远达不到使用的要求。因此研究和开发新的复合软磁材料一直受到人们的重视。

复合软磁材料的制备工艺通常是对金属(如Fe粉)或合金(如Fe-Ni、Fe-Co或Fe-Si合金)磁性颗粒表面包覆有机物和无机物的绝缘层，或采用磁性颗粒基体-高电阻率连续纤维复合方式形成复合软磁粉体，然后采用粉末冶金压实工艺制备成致密的块体软磁材料。由于有机物绝缘层的耐热温度低，温度稳定性差，有机包覆的软磁复合材料不适宜用于高温条件。另外，有机物包覆使得粉末的压实密度较低，材料的磁通密度和磁导率都不高。目前多采用化学法实现金属磁性颗粒无机物包覆，包覆物多为含P或S的金属化合物，而含P或S包覆层的绝缘性不理想，而且含P或S的包覆液对环境污染严重。公司开发出的Somaloy系列复合软磁材料采用磷酸盐作为包覆前驱体，通过复杂的化学反应，在Fe粉颗粒表面上形成一层厚度可控的Fe₃P包覆层，可以较大程度地提高材料的电阻率，减小材料在交流使用条件下的磁损耗。但公司所采用的包覆工艺比较复杂，而且对铁粉进行磷化处理的废液对环境有着潜在的污染，另外Fe₃P包覆层绝缘性能不高，表面也容易氧化。

磁性粒子-氧化物核壳复合结构磁性材料的研究较早起源于生物医学的应用。如在具有超顺磁性的超微磁性粒子(颗粒尺寸小于10nm的Fe₃O₄)表面上均匀地包覆一层纳米级的氧化硅壳层可以形成核壳复合结构磁性粒子。由于氧化物壳层的存在，这种复合粒子不易团聚，分散性好，耐蚀性强；将药物装载在这种复合磁性纳米粒子的表面上，通过磁场的靶向作用输送到病灶组织，定位释放，到达高效和低毒治疗的效果。对于具有软磁特性的磁性粒子-氧化物核壳复合结构而言，通过调控磁性粒子的化学成分使材料具有优良的内禀磁性能，选择合适的氧化物作为壳层可以提高材料的电阻率。考虑到实际应用的要求，选择合适氧化物包覆层在磁性粒子表面上实现完全包覆是需解决的关键技术问题。选择合适氧化物包覆层的要求是，一方面提高复合磁性颗粒的电阻率，降低材料的磁损耗；同时包覆层不过多降低材料的饱和磁感应强度和磁导率，使得材料具有大功率使用特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高磁通密度和低损耗使用特性的复合软磁材料及其制备方法，采用控制氧化法在铁粉颗粒表面上原位生成一层Fe₃O₄壳层，制备出结构均匀的Fe/Fe₃O₄核壳复合软磁粉末。将Fe/Fe₃O₄复合软磁粉末与适量的硅树脂进行混合，采用粉末压实成型工艺制备出了高密度、高磁导率、高磁通密度、低损耗和高断裂强度的Fe/Fe₃O₄复合软磁磁粉芯。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种复合软磁磁粉芯，其特征在于：该复合软磁磁粉芯组成为表面包覆硅树脂的Fe/Fe₃O₄复合软磁粉末，由Fe/Fe₃O₄核壳复合软磁粉末和硅树脂采用粉末压实成型工艺压制而成，其中，Fe/Fe₃O₄核壳复合软磁粉末的质量分数为99.2％～99.8％，硅树脂的质量分数为0.2％～0.8％，采用控制氧化法在平均粒径为170μm、Fe元素质量分数大于99％的高纯铁粉颗粒表面上原位生成一层Fe₃O₄壳层构成所述的Fe/Fe₃O₄核壳复合软磁粉末。

该复合软磁磁粉芯具有高磁通密度和低损耗使用特性。