[发明专利]一种复合软磁材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合软磁材料及其制备方法。所述复合软磁材料包括金属磁粉、铁氧体磁粉和有机材料，所述金属磁粉包括R₂Fe_xSi_yN_z，其中R包括Ce，x、y、z分别为Fe、Si、N的原子含量，x的范围为15‑24，y的范围为0‑1，z的范围为2‑3.5。所述制备方法包括：1)制备金属磁粉；2)将配方量的金属磁粉与铁氧体磁粉和有机材料混合并进行加工处理，得到所述复合软磁材料。本发明提供的复合软磁材料在高频下的磁损耗和介电损耗低，非常适合在1‑6GHz的高频工作环境下使用。

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域，涉及一种复合软磁材料及其制备方法。

背景技术

随着电子技术的迅猛发展以及5G时代的到来，对于电子器件的高频化、小型化的要求越来越高，同时也对其核心元件软磁材料提出了更高的要求。目前市场上常见的软磁材料有铁氧体(锰锌、镍锌)、铁粉芯(Fe)、合金磁粉芯(Fe-Si、Fe-Si-Al、Fe-Si-Cr、Fe-Ni等)以及非晶纳米晶材料。软磁铁氧体由于导电性低，在高频工作状态下的涡流损耗较低，因此能够在1MHz的频率下工作。但是，这种材料由于饱和磁化强度较低，不利于器件的小型化发展。与之相比，铁粉芯及合金粉芯一般采用纯铁粉末或合金粉末与少量的粘结剂压制而成，具有很高的饱和磁化强度，有利于器件的小型化。但是，由于金属及合金的导电性很好，在高频工作条件下涡流损耗很大，因此一般都是只能在较低频率下工作。为了降低材料高频工作条件下的涡流损耗，人们提出将金属粉末或合金粉末采用绝缘性良好的材料进行包覆，以降低整个材料体系的导电性。这种方法可以有效的降低材料在高频工作状态下的涡流损耗，但是，目前经绝缘包覆过的合金粉末材料的有效工作频率仍然在1MHz以下。此外，非晶/纳米晶材料也是近年来广受关注的软磁材料，这种材料不仅具有很高的饱和磁化强度，同时还可以在100kHz左右工作，因此逐渐在电网变压器、无线充电等领域得到应用。但是，这种材料的工作频率也无法达到1MHz。

近年来，兰州大学与中国科学院宁波材料通过测试稀土-铁-氮系化合物(如Ce-Fe-N、Nd-Fe-N)的高频软磁特性，发觉这种材料的截止频率非常高，达到6GHz，超过了微波铁氧体的截止频率。基于这一发现，他们提出将这种材料用于高频的吸波器件(利用其损耗特性)。但是，到目前为止，这种材料由于高频下磁损耗、涡流损耗及介电损耗仍然较大，所以其磁特性仍然无法得到充分的利用。

CN110047637A提出稀土类-铁-氮系复合磁性材料制备方法，制备出了Nd-Fe-N复合稀土材料，并测试了材料的电磁吸收及屏蔽特性。但是该方法的材料性能仍有待提高。

CN109982791A公开了一种耐热性以及磁特性、特别是矫顽力和磁化强度优异的稀土类铁氮系磁性粉末及其制造方法。该方案的稀土类铁氮系磁性粉末，其是以稀土类元素R、铁Fe、氮N为主要构成成分且具有Th₂Zn₁₇型、Th₂Ni₁₇型、TbCu₇型中的任一种晶体结构的平均粒径为1μm以上10μm以下的磁性粉末，在粉末的颗粒表面形成有壳层，该壳层具有相同的晶体结构，1原子％以上20原子％以下的Fe被Cr取代，N为10原子％以上20原子％以下，厚度为10nm以上且不足200nm，且厚度小于粉末平均粒径的2％。但是上述材料由于合金成分及微观组织的差异，永磁特性很好，软磁特性不足。

Peter Kollár等(Kollár,Peter,et al.Steinmetz law for ac magnetizediron-phenolformaldehyde resin soft magnetic composites.Journal of MagnetismMagnetic Materials 424(2017):245-250.)公开了制备Ce₂Fe₁₇N_3-δ化合物的方法，并测试了材料的高频(GHz)吸收特性。但是，该方法制备的材料高频涡流损耗与介电损耗仍然较高。

发明内容