[发明专利]一种高效软磁复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及软磁材料，特别涉及一种高效软磁复合材料及其制备方法。

技术背景

磁性材料是国防、国民经济中重要的基础材料。近年来，出现了采用电驱动装置和电子控制装置实现产品的驱动、自动控制和多功能化的趋势，关键的核心材料之一就是软磁材料，迫切需要开发高响应、高功率密度、低损耗的软磁材料，实现器件的小型化和高效节能。

软磁材料主要有以硅钢为代表的金属软磁材料；铁氧体亚铁磁性软磁材料；以及非晶、纳米晶软磁材料。金属软磁材料(含非晶纳米晶合金软磁材料)具有高的高饱和磁感应强度(B_s)，但其低的电阻率ρ，使其在稍高的频率下即产生大的涡流损耗，只能适用于低频；铁氧体软磁材料具有高的电阻率适用于高频，但其B_s却只有金属软磁材料的1/4～1/3。

软磁复合材料(Soft magnetic composite materials，SMCs)，是在铁磁性粉末颗粒表面包裹绝缘介质后，采用粉末冶金工艺压制成所需形状得到的体材料。早期的SMCs始于铁-树脂材料，虽然电阻率高，但压坯密度低，因树脂遇热软化，故其热处理温度低，高温机械强度低。

美国专利技术(6527823、6903641和6940388)在粉芯中加入了一些无机氧化物、碳化物以及氮化物作为介电材料。在铁粉颗粒表面先生成磷酸盐覆盖膜，可实现树脂和磷化膜的双层绝缘包覆，可提高压坯密度，增强绝缘包覆层的热稳定性。

中国发明专利200710186855.8(已授权)公开了一种有机/无机复合包覆铁粉的软磁复合材料及其制备方法。绝缘物的量为铁粉重量百分比的0.05～1.5％，包括二氧化硅溶胶和聚合物构成，聚合物占绝缘物的5～30％。解决了绝缘膜容易脆裂、包覆不均匀、制备工艺复杂、软磁复合材料压制后不能烧结处理的技术问题。SMCs在成分上的问题是树脂及无机介电材料导致B_s降低。在制备工艺上的问题：为提高压坯密度而采用较大的成型压力导致绝缘层破坏及内应力的增大；为消除内应力在较高温下退火导致有机物软化和铁粉的氧化。

作为SMCs的绝缘层，最理想的绝缘组分是能有效地阻断铁磁颗粒间的涡流通路并能较好地耦合铁磁颗粒间的磁场的材料。软磁铁氧体即有高的电阻率又有高的磁导率，是最好的选择之一。

中国发明专利200710063643.6公布了一种高效软磁材料及其制备方法，该材料由金属软磁材料和软磁铁氧体组成，均匀混合后的粉末冷压后在烧结或热压或放电等离子烧结，该材料及克服了金属软磁低电阻率和铁氧体低磁感应强度，又保持了金属软磁材料和软磁铁氧体的优异性能。但其铁氧体的加入量必须达到或超过渝渗浓度条件下才有绝缘效果。过多的加入导致磁感应强度降低。

Gheisari Kh.等(J.Magn.Magn.Mater.2008，320(8)：1544-1548)利用软磁性Ni-Zn铁氧体作为绝缘介质包覆Fe粉。结果显示，10-20％Ni-Zn铁氧体的加入有效降低了涡流损耗，但由于其加入的铁氧体是亚微米至微米颗粒，随着铁氧体加入量的提高，烧结质量的下降，高频下的磁导率异常下降。具有高致密度的均匀完整的铁氧体绝缘层的SMCs尚未见报导。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高致密度的具有均匀完整软磁铁氧体绝缘层的高效软磁复合材料。

本发明的另一目的是提供一种高效软磁复合材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明之高效软磁复合材料是三维蜂巢结构的软磁性复合材料，是由高电阻率软磁铁氧体构成巢壁结构，巢壁结构的铁氧体包围并完全隔离巢内软磁性金属或合金颗粒软磁相，使巢内软磁性金属或合金颗粒软磁相相互绝缘，提高涡流电阻，降低涡流损耗，软磁铁氧体相起到阻断涡流通路的同时耦合磁场的作用，其中，软磁性金属或合金颗粒的含量为50wt％～99wt％，余为软磁铁氧体。

本发明之高效软磁复合材料的制备方法为：选择1～200微米的软磁性金属或合金颗粒和2～300纳米的软磁铁氧体粉末，按比例混合，使软磁铁氧体粉末完全均匀包覆于软磁性金属或合金颗粒表面，再经放电等离子烧结致密化复合烧结成形，最后进行去应力退火热处理。

1)成分选择