[发明专利]一种高性能软磁复合材料的制备方法及其磁环

说明书

本发明公开了一种高性能软磁复合材料的制备方法及其磁环，在球形软磁合金颗粒外包覆绝缘层形成混合粉末；将混合粉末装入模具使混合粉末压制成型；在混合粉末成型过程中施加外磁场，磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面法向方向；去应力退火而获得软磁复合材料。该技术方案非常简便，对磁粉、设备都没有严苛要求，即可实现高性能；非磁性相的非对称分布：沿外磁场方向呈连续链状分布，降低了水平磁路磁阻和损耗；磁性相的非对称分布：沿外磁场方向排列紧密有序，细小的磁性颗粒择优填充在磁环平面方向的气隙，降低了水平磁路磁阻和损耗；高磁导率和低损耗；本发明采用设备少、工艺步骤少、工艺简单，可以快速实现软磁复合材料的工业应用。

技术领域

本发明涉及磁性材料制备领域，尤其涉及一种高性能软磁复合材料的制备方法及其磁环。

背景技术

软磁复合材料具有高磁通和低损耗的软磁复合材料，工业领域又称磁粉芯。软磁复合材料的电阻率比金属软磁高，因此磁损耗低；其饱和磁化强度比铁氧体高，因此功率密度大，软磁复合材料具有独特的优势和应用范围。

软磁复合材料是对磁性颗粒进行绝缘包覆处理，经有机材料和无机材料绝缘包覆处理，利用粉末冶金技术使混合粉末成为各向同性的块体材料。现有工业生产制造的软磁复合材料各向同性，各向同性意味着沿各个方向的磁性能是相同的。但实际应用中，我们仅需要利用工作磁路方向的磁性能，其它非工作磁路方向的磁性能的好坏都不会影响到软磁复合材料的工作特性。因此，各向同性实际上造成了软磁复合材料磁性能的浪费。为了提高磁导率，可降低非磁性绝缘层厚度，但这会降低电阻率，使涡流损耗增大；为降低损耗，可增大软磁合金电阻率，增加绝缘层厚度，但这又使磁导率和饱和磁化强度降低。因此，各向同性的软磁复合材料难以同时满足高磁导率、高饱和磁化强度、低损耗的要求，一方面性能有所提高通常要牺牲另外一方面的性能。

而现有技术中所采用的提高磁导率或降低损耗的技术手段，通常都是同时改善各个方向的性能，在一定程度上造成非工作磁路方向磁性能的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能软磁复合材料的制备方法，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种高性能软磁复合材料的制备方法，在球形软磁合金颗粒外包覆绝缘层形成混合粉末；将混合粉末装入模具使混合粉末压制成型；在混合粉末成型过程中施加外磁场，所述磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面法向方向；去应力退火而获得软磁复合材料。

在没有采用外磁场取向技术方案制备的常规软磁复合材料中，由于使用的是球形软磁合金颗粒，其为形状各向均匀，对于施加外磁场在理论上应该是没有差异的；因此非磁性相对磁粉的包覆是均匀的，电阻率、磁导率、损耗、磁阻在各个方向也是均匀的。

而本发明中创造性的在复合材料压制成型过程中增加了平行于工作磁路平面的磁场，实现了磁性相和非磁性相的重新排列；获得了意想不到的性能更好的软磁复合材料，本复合材料绝缘层的非磁性相在球形磁性相周围为非对称分布：在沿磁环平面方向，球形软磁合金颗粒排列紧密有序，非磁性相颗粒受软磁合金颗粒推挤排斥而呈连续分布；沿磁环法向轴线方向，球形软磁合金颗粒排列无序，非磁性相颗粒排列不连续。因此在本软磁复合材料中，电阻率、磁导率、损耗、磁阻呈各向异性。沿外场方向磁阻降低、退磁场降低、磁导率增大、磁滞损耗降低。另一方面，在磁场平行取向的样品中，细小的磁粉在水平间隙处填充的更好，这也使在水平方向的空隙减少，进一步使磁阻降低，磁导率增大。

在压制成型为磁环工作时，其工作磁路是沿磁环一周的闭环。对应所产生的涡流与磁环圆周完全垂直，这正对应于与轴向平行方向的涡流损耗，则沿磁场方向涡流损耗降低。因此，该技术方案具有良好的软磁特性。

优选的：所述磁场强度为0.1～10T。

优选的：所述为线圈磁场、电磁铁磁场或脉冲磁场中的一种。