[发明专利]一种扁平状磁性粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微观形貌及性能可控的扁平状磁性粉体及其制备方法，属于磁性粉体制备技术领域。

背景技术

随着电子电工及信息通讯技术的发展，软磁材料的应用越来越广泛，尤其是在各类变压器、电感元件、滤波器件等应用领域。目前，以铁为代表的软磁金属及其合金材料以其极高的磁导率和饱和磁感应强度在上述某些应用领域中具有不可替代的作用。然而，由于此类材料电阻率较低，在交变磁场中磁体会产生严重的涡流损耗和趋肤效应，这一现象极大地限制了这类材料的应用频率范围，无法满足现今电子器件应用不断向高频化发展的实际需求。而另一方面，电阻率较高的铁氧体材料的应用虽然很大程度上拓宽了软磁材料的使用频率范围，但其磁导率、饱和磁化强度以及饱和磁感应强度都要比金属软磁材料低得多，这影响了其磁学性能的提高，使其很难应用于强电、大功率的领域。

为避免趋肤效应，最为有效的方法是将材料制成尺度小于趋肤深度的扁平状磁粉或细颗粒磁粉，再加以绝缘处理。除了减小趋肤效应外，扁平化还能增加材料的形状各向异性，减弱扁平方向的退磁场，从而改善材料的电磁性能。例如，研究表明，扁平化Fe-Si-Al合金粉体的磁导率虚部在GHz频段内会出现“双峰”频散特性，能够在较宽频段内保持较高的数值。不过，由于这类合金的硬度较高，扁平化的球磨时间需要几十甚至上百小时，极大地增加了能源消耗，降低了生产效率。此外，这类合金的耐磨性、抗氧化性均有待提高。而氮化铁γ′-Fe₄N材料是一类新型磁性材料，具有与纯Fe相近的比饱和磁化强度、高饱和磁感应强度，并且其电阻率与纯Fe相比提高了一个数量级，高于坡莫合金、Fe-Si-Al合金等软磁合金材料。通过对Fe₄N材料的扁平化处理，不仅可以进一步减小趋肤效应，而且由于垂直于板片状粉体表面的退磁因子接近于1，通过控制其扁平化程度使粉体在样品压制过程中产生择优取向的程度也相应改变，进而改变样品面内的各向异性场，从而可以实现对材料截止频率等电磁性能的调控。除此之外，它还具有优于金属磁性材料的良好的耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性能。因此，扁平状Fe₄N粉体将有望成为综合性能良好的磁性粉体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合于高频应用的微观形貌可控的扁平状磁性粉体，通过调控粉体的扁平度来调控其电磁性能；同时提供一种操作简单、效率高的粉体制备方法，以利于对粉体微观形貌进行调控。

本发明所提供的扁平状磁性粉体，其特征在于，其主要物相为γ'-Fe₄N，粉体为扁平板片状形貌，粉体板面最大直径与粉体厚度之比为10~200。其径厚比可根据实际应用进行选择、调节。

以上所述的扁平状磁性粉体优选厚度范围为0.1~9μm，其最大厚度应小于粉体应用频率下的趋肤深度。

本发明扁平状磁性粉体优选物相为纯γ'-Fe₄N物相。

本发明采用先扁平化后氮化的方法制备上述扁平状磁性粉体，其制备方法包括以下步骤：首先，选取平均粒径1~50μm的球形纯铁粉体或平均粒径1~50μm且平均轴比在1~5的纯铁粉体作为原料；将纯铁粉体加入不锈钢球磨罐中，以无水乙醇或去离子水为研磨介质，在球磨机上湿磨15min~5h；球磨后的粉体干燥后真空退火30min~3h，退火温度为300~700℃；最后，将粉体置于管式炉中于500~750℃下氮化3~7h，氮化气氛为NH₃/H₂混合气，NH₃/H₂气体体积比为2:1~1:2。

一般情况下，在上述制备方法的条件下，氢气比例随合成温度升高而增大，氮化温度或/和氮化时间随着粉体厚度或板面的增加而增加，有利于得到纯相物质。

本发明的优点在于：将电阻率相对较高的Fe₄N进行扁平化处理，有效地降低了材料的趋肤效应，从而有利于高频应用；采用纯铁这样硬度较低的粉体为原料，有利于大幅降低扁平化的时间，提高生产效率，并易于实现粉体微观形貌的调控；先扁平化后氮化的制备方法操作简单，能很好地固定球磨后粉体的微观形貌，进而通过调整工艺条件（如根据目标径厚比可选择不同的粒径不同形貌的原材料，也可选择不同的球磨时间等）实现粉体厚度、扁平度等技术参数的调控，从而实现对粉体电磁性能的调控；此外，Fe₄N磁性粉体相较于Fe-Si-Al合金等软磁合金材料来说，具有密度小、耐磨性好、抗氧化性和耐腐蚀性能优异等等优点。

附图说明