专利名称：：软磁性材料和由其制造的压粉铁心的制作方法
技术领域：
：本发明涉及软磁性材料以及由该软磁性材料制造的压粉铁心。具体而言，本发明涉及包含复合磁性颗粒的软磁性材料以及由该软磁性材料制造的压粉铁心，其中，所述复合磁性颗粒由金属磁性颗粒和包覆该金属磁性颗粒的绝缘涂膜构成。
背景技术：
：在具有电磁阀、电机、电源电路等的电器中，会使用通过对软磁性材料进行压制成型而制得的压粉铁心。软磁性材料由多个复合磁性颗粒构成，并且每个复合磁性颗粒都由金属磁性颗粒和包围该金属磁性颗粒表面的玻璃态绝缘有机涂膜构成。软磁性材料所需的磁性能是，在施加小磁场时就会达到高磁通密度，并且该软磁性材料对外部的磁场变化高度灵敏。当在AC磁场中使用软磁性材料时，会产生被称为"铁心损耗"的能量损耗。铁心损耗为磁滞损耗和涡流损耗之和。磁滞损耗是指由改变软磁性材料的磁通密度所需的能量引起的能量损耗。磁滞损耗与工作频率成正比，因此磁滞损耗在低频范围内占主要部分。涡流损耗是指主要由金属磁性颗粒之间的涡流流动所引起的能量损耗。涡流损耗与工作频率的平方成正比，因此涡流损耗在高频范围内占主要部分。近年来，人们需要电器的尺寸减小、效率更高以及输出功率提高。为了满足这些要求，电器必须在高频范围内使用。由于这个原因，人们特别希望减小压粉铁心的涡流损耗。为了减小软磁性材料的铁心损耗中的磁滞损耗，应当除去金属磁性颗粒中的畸变和位错而促使磁畴壁移动，从而减小软磁性材料的矫顽磁力Hc。另一方面，为了减小软磁性材料的铁心损耗中的涡流损耗，应该使用绝缘有机涂膜完全地包围各金属磁性颗粒，以保证金属磁性颗粒之间的绝缘性，从而提高软磁性材料的电阻率p。日本未审查专利申请公开No.2003-272911(专利文献1)中披露了涉及到软磁性材料的技术。专利文献1披露了这样一种铁基粉末(软磁性材料)，其中在主要由铁构成的颗粒表面上形成有高耐热性磷酸铝基绝缘有机涂层。根据专利文献l，通过以下方法制造压粉铁心。首先，将含有含铝磷酸盐和重络酸盐(例如，含有钾的重铬酸盐)绝缘涂膜水溶液喷洒到铁颗粒上。随后，将其上喷有绝缘涂膜水溶液的铁颗粒在30(TC下保持30分钟，然后在10(TC下保持60分钟。结果，使铁颗粒上的绝缘有机涂层干燥，并且获得铁基粉末。随后，对该铁基粉末进行压制成型，然后进行热处理，从而制得压粉铁心。专利文献1:日本未审专利申请公开No.2003-27291
发明内容本发明要解决的问题如上所述，由于通过对软磁性材料压制成型而制得压粉铁心，因此需要软磁性材料具有高的成形性。然而，在对软磁性材料进行压制成型的过程中所施加的压力会轻易地使绝缘有机涂层遭到破坏，因此，铁粉颗粒间容易发生电短路，从而导致以下问题涡流损耗增加，并且在成型后除去畸变的热处理中，绝缘有机涂层的劣化加快，从而增加涡流损耗。另一方面，为了避免绝缘有机涂层受到破坏，当在压制成型过程中降低压力时，所得压粉铁心的密度降低，并且不能得到足够的磁性能。因此，不能降低压制成型过程中施加的压力。在压制成型过程中抑制绝缘有机涂层受到破坏的另一技术是使用由气雾化制得的球形颗粒。然而，这种技术不适于提高压粉体的密度，并且所得压粉体的强度也较低。因此，本发明的目的是提供这样一种软磁性材料，该软磁性材料可减小涡流损耗，并且可由其制造具有高强度的压粉体。本发明还提供由这种软磁性材料制造的压粉铁心。本发明要解决的问题本发明的软磁性材料包含多个复合磁性颗粒，每个复合磁性颗粒都具有金属磁性颗粒和包围该金属磁性颗粒的绝缘涂膜。所述多个复合磁性颗粒中的每一个的最大直径与等效圆直径之比Rm/e都大于1.15，但不大于1.35。所述绝缘涂膜由有机材料构成，并且其热固化后具有5H或更高的铅笔硬度。本发明人已经发现，绝缘涂膜在软磁性材料的压制成型过程中破坏的原因在于金属磁性颗粒上的突起部分(具有较小曲率半径的部分)。换言之，在压制成型过程中，应力集中于金属磁性颗粒的突起部分上，并且该突起部分会明显变形。此时，不能与金属磁性颗粒一起明显地变形的绝缘涂膜可能破裂，或者突起部分可能会将绝缘涂膜压破。因此，为了避免绝缘涂膜在压制成型过程中受到破坏，减少金属磁性颗粒的突起部分是有效的。作为金属磁性颗粒，存在通过水雾化技术制造的原料粉末(下文简称为"水雾化粉末")和通过气雾技术制造的原料粉末(下文简称为"气雾化粉末")。由于水雾化粉末的颗粒具有大量的突起部分，因此，绝缘涂膜容易在压制成型过程中受到破坏。相反，通过气雾化法制造的原料粉末(下文称为"气雾化粉末")基本上为球形，并且具有较少的突起部分。一种避免绝缘涂膜在压制成型过程中受到破坏的可行方法是使用气雾化粉末取代水雾化粉末作为金属磁性颗粒。然而，由于金属磁性颗粒通过其表面上存在的凹凸部分的啮合而相互结合,因此，由基本上为球形的气雾化粉末制成的金属磁性颗粒不容易相互结合，从而显著降低了压粉体的强度。结果，不能由用气雾化粉末制成的金属磁性颗粒来制造实用的压粉铁心。换言之，直接使用水雾化粉末或气雾化粉末不能既减小涡流损耗又提高压粉体的强度。本发明人已经发现，由这样一种软磁性材料，可减小涡流损耗，同时又提高压粉体的强度，其中，在所述软磁性材料中，每个复合磁性颗粒的最大直径与等效圆直径之比R硫大于1.15，但不大于1.35，并且绝缘涂膜由热固化有机材料构成，且绝缘涂膜热固化后具有5H或更高的铅笔硬度。与常规的水雾化粉末相比，本发明的软磁性材料中的复合磁性颗粒具有较小的突起部分。因此，不容易发生应力的集中，因此绝缘涂膜不容易受到破坏。此外，由于热固化前的绝缘涂膜具有顺因变形的能力，因此绝缘涂膜在软磁性材料的压制成型过程中不容易受到破坏。因此，可以获得高密度压粉体，并且可减小涡流损耗。通过合适的热处理对所得压粉体进行热固化，绝缘涂膜的铅笔硬度可增加至5H或更高。由于该经变性的绝缘涂膜具有较高的硬度，因此可获得具有高强度的压粉体。在本发明的软磁性材料中，所述处于未固化状态的绝缘涂膜的平均厚度优选为等于或大于10nm并且小于或等于500nm。当绝缘涂膜的平均厚度为10nm或更大时，即使发生应力集中绝缘涂膜也不容易受到破坏，并且在成型过程中对压縮应力的耐受性会得到改善。此外，可防止隧道电流的产生，并且可有效抑制由涡流电流导致的能量损耗。另一方面，通过将绝缘涂膜厚度调整至500nm或更小时，绝缘涂膜不容易与金属磁性颗粒剥离，并且在成型过程中对剪切应力的耐受性会得到改善。此外，会避免绝缘涂膜在软磁性材料中所占的比例过大。由此，可防止通过对所述软磁性材料压制成型所述的压粉铁心的磁通密度发生显著降低。在本发明的软磁性材料中，各个复合磁性颗粒中的平均粒径dAVE优选为等于或大于10pm并且小于或等于500pm。当各个复合磁性颗粒中的平均粒径dAVE为10pm或更大时，金属不易被氧化，由此可抑制软磁性材料的磁性能降低。当各个复合磁性颗粒中各颗粒的平均粒径为500nm或更小时，可抑制混合粉末在压制成型过程中的压縮性降低。通过这种方式，可在不降低通过压制成型制造的压粉体的密度的条件下维持其容易处理的特性。从磁性能的角度来说，将平均粒径调整至10pm或更大会抑制由退磁效应而导致的铁心损耗的增加，其中在粉末填充期间形成桥连并且由于桥连而形成空隙时，会发生退磁效应。此外，将平均粒径调整至500pm或更小会抑制由于颗粒内产生涡流损耗而导致的涡流损耗的增加。在本发明的软磁性材料中，各个复合磁性颗粒优选还具有位于金属磁性颗粒与绝缘涂膜之间的偶联涂膜。根据该结构，可增强金属磁性颗粒与绝缘涂膜间的粘着性，并且可在成型过程中抑制绝缘涂膜受到破坏。可将对金属磁性颗粒和绝缘涂膜均具有优良粘着性的材料用于偶联涂膜中。由上述软磁性材料制备本发明的压粉铁心。通过这种方式，可获得具有低涡流损耗和高强度的压粉铁心。在本发明的压粉铁心中，当所述多个复合磁性颗粒中各颗粒的平均粒径由dAVE(pm)表示，且金属磁性颗粒的电阻率由p(jLiQcm)表示时，则在激励磁通密度为1(T)且激励磁通频率为1(kHz)的条件下的涡流损耗优选为0.02X(cUvE)Vp(W/kg)或更低，并且在室温下的三点弯曲强度03b优选为800X(R柚f75/(dAVE)°'5(MPa)或更高。优点根据本发明的软磁性材料以及由该软磁性材料制造的压粉铁心，可减小涡流损耗，并且可获得具有高强度的压粉体。附图简要说明图1为示出根据本发明实施方案的软磁性材料的示意图。图2为根据本发明实施方案的压粉铁心的放大剖视图。图3为构成根据本发明实施方案的软磁性材料的一个复合磁性颗粒的示意性平面图。图4为球形复合磁性颗粒的示意性平面图。图5是具有较大突起部分的复合磁性颗粒的示意性平面图。图6为根据本发明实施方案的另一软磁性材料的示意图。图7为根据本发明实施方案的另一压粉铁心的放大剖视图。图8是示出制造根据本发明实施方案的压粉铁心的方法中的步骤次序的流程图。图9为示出由水雾化粉末制成的复合磁性颗粒间的啮合状态的示意图。图IO为示出由气雾化粉末制成的复合磁性颗粒间的啮合状态的示意图。图11为示出本发明复合磁性颗粒间的啮合状态的示意图。图12为示出在本发明的例子1中，球磨加工时间和金属磁性颗粒的最大直径与等效圆直径之比(Rm/e)之间的关系的图。图13为示出在本发明的例子2中，金属磁性颗粒的最大直径与等效圆直径之比(Rm/c)和涡流损耗We之间的关系的图。图14为示出金属磁性颗粒的最大直径与等效圆直径之比(Rm/c)和三点弯曲强度之间的关系的图。图15为示出在本发明的例子3中，涡流损耗We,紹k和0.02X(dAVE)2/p的值之间的关系的图。图16为示出在本发明的例子3中，三点弯曲强度cf3b和800X(Rm/e)Q75/(dAVE)Q5的值之间的关系的图。附图标号的含义10:金属磁性颗粒20:绝缘涂膜21:偶联涂膜22:保护性涂膜30、130a、130b:复合磁性颗粒31:凹凸部分131:突起部分本发明的最佳实施方式现在将参照附图来说明本发明的实施方案。图1为根据本发明实施方案的软磁性材料的示意图。参照图1，本实施方案的软磁性材料包含多个复合磁性颗粒30，所述多个复合磁性颗粒30中的每一个均包括金属磁性颗粒10和包围该金属磁性颗粒10表面的绝缘涂膜20。图2为根据本发明实施方案的压粉铁心的放大剖视图。须注意的是，通过对图1中所示的软磁性材料进行压制成型和加热而制成图2中所示的压粉铁心。现在参见图1和图2，在本实施方案的压粉铁心中，复合磁性颗粒30(例如)通过存在于复合颗粒间的有机材料(图中未示出)或通过复合磁性颗粒30的表面上存在的凹凸部分的啮合而互相结合。图3为构成根据本发明实施方案的软磁性材料的一个复合磁性材料的示意性平面图。参见图3，在本发明的软磁性材料的复合磁性颗粒30中，其最大直径与等效圆直径之比R^大于1.15，但不大于1.35。通过下述方法确定复合磁性颗粒30的最大直径以及等效圆直径。可通过以下方法确定复合磁性颗粒30的最大直径由光学技术(例如，使用光学显微镜观察)确定复合磁性颗粒30的形状，并且测定颗粒的可量取的最大直径的那部分的长度。复合磁性颗粒30的等效圆直径可通过如下方法确定由光学技术(例如，使用光学显微镜观察)确定复合磁性颗粒30的形状，从平面来看，测定复合有机颗粒30的表面积S，并使用如下的等式(1)计算等效圆直径等效圆直径=2><{表面积S/7T}172……(1)艮P，如图4所示，当复合磁性颗粒为球形时，最大直径与等效圆直径之比为1。如图5所示，当复合磁性颗粒具有较大的突起部分时，上述比值变大。参见图1至3，复合磁性颗粒30的平均粒径(UvE优选为等于或大于10pm并且小于或等于500pm。当复合磁性颗粒30的平均粒径为l(Him或更大时，金属不易被氧化，并且可抑制软磁性材料的磁性能的降低。当复合磁性颗粒30的平均粒径(UvE为500(im或更小时，可以抑制混合粉末在压制成型过程中压縮性变差。因此，可以在不降低由压制成型得到的压粉体的密度的条件下避免发生难以进行处理的情况。须注意，"平均粒径"是指50%粒径D，即在采用筛分法测量的粒径直方图中，从小到大颗粒的累积质量达到颗粒的总质量的50%时所对应的颗粒直径。金属磁性颗粒10由(例如)Fe、Fe-Si基合金、Fe-Al基合金、Fe-N基合金、Fe-Ni基合金(坡莫镍铁合金)、Fe-C基合金、Fe-B基合金、Fe-Co基合金、Fe-P基合金、Fe-Ni-Co基合金、Fe-Cr基合金或Fe-Al-Si基合金(铁硅铝磁合金)构成。金属磁性颗粒10可由金属元素或合金构成，只要金属磁性颗粒10含有铁作为主要成分即可。绝缘涂膜20在金属磁性颗粒10之间起到绝缘层的作用。用绝缘涂膜20包围金属磁性颗粒10，会增大由对软磁性材料压制成型得到的压粉铁心的电阻率p。由此抑制涡流在金属磁性颗粒10之间的流动，并且在压粉铁心的涡流损耗中，可以降低由涡流在颗粒之间的流动而造成的涡流损耗。绝缘涂膜20由热固性有机材料构成，并且其在热固化后具有5H或更高的铅笔硬度。特别是，通过热固化处理，可由具有较低硬度的状态改变为具有相当高硬度的状态的材料(如低分子量的有机硅树脂或丙烯酸树脂)是优选的。更优选的是，使用具有充分的树脂特性、并且在经过上述变化后发生充分固化的有机-无机杂化材料。通过在日本工业标准(JIS)K5600-5-4(铅笔硬度)中描述的的铅笔法进行的划痕试验，对热固化后的绝缘涂膜的硬度进行评级。将通过将绝缘涂膜材料涂布于玻璃基底上，并将所涂布的材料在预先设定的条件下固化而形成的样品用作评价样品。通过如下方法测定铅笔硬度。首先，将样品置于平坦的水平表面上，使得覆盖有绝缘涂膜材料的表面朝上。接下来，准备若干具有不同硬度的铅笔。仔细地从各个铅笔上除去木杆，以使平滑且没有损伤的圆柱形铅笔芯裸露出来。使5毫米至6毫米的铅笔芯裸露，并将铅笔芯的末端磨平，以使铅笔芯末梢的角部变得尖锐。接下来，将铅笔安装于铅笔划痕试验机中，使得铅笔相对于涂膜表面以45°倾斜，并且在负荷为750±10g的条件下压置到样品的上表面。随后将铅笔在样品的上表面上滑动。滑动速度为0.5mm/秒至1.0mm/秒，滑动距离为7mm或更长。观察绝缘涂膜材料的涂层表面是否发生破裂。通过增加铅笔的硬度来重复上述试验，直至获得3mm或更长的划痕为止。在得到划痕的情况下，通过降低铅笔硬度来重复上述试验，直至无法得到划痕为止。结果，在未产生划痕的铅笔中最硬铅笔的硬度数值被认为是绝缘涂膜的铅笔硬度。将该试验重复两次，如果两次试验的结果相差一个单位或更多，则舍弃该结果并重复上述试验。绝缘涂膜20在未固化状态下的平均厚度优选为等于或大于10nm并且小于或等于500nm。当绝缘涂膜20的平均厚度为10nm或更大时，即使发生应力集中，绝缘涂膜20也不容易受到破坏，并且可提高绝缘涂膜在成型过程中对压縮应力的耐受性。此外，可防止产生隧道电流，并且可有效地抑制由于涡流而导致的能量损耗。另一方面，将绝缘涂膜20的厚度设为500nm或更小，以使得绝缘涂膜20不容易从金属磁性颗粒IO上剥离下来，并且可提高在成型过程中对剪切应力的耐受性。此外，在这种厚度下，在软磁性材料中绝缘涂膜20所占的比例不会过大。因此，可以防止由该软磁性材料压制成型所得的压粉铁心的磁通密度过度降低。可通过在(例如)透射电子显微镜(TEM)下进行观察来测定绝缘涂膜的平均厚度。可供选用的另一方式为，可通过ICP分析对绝缘涂膜组成元素进行质谱分析，并且可通过涂层粉末表面积以及绝缘涂膜密度的换算来确定平均厚度。虽然在上面的描述中包覆金属磁性颗粒的涂层为单层，但如下所述，包覆金属磁性颗粒的涂层也可由多层构成。图6为根据本发明实施方案的另一软磁性材料的示意图。参见图6，该实施方案的另一软磁性材料的各个复合磁性颗粒30还具有偶联涂膜21和保护性涂膜22。偶联涂膜21形成于金属磁性颗粒10和绝缘涂膜20之间，以包围金属磁性颗粒IO的表面。形成保护性涂膜22以包围绝缘涂膜20的表面。换言之，偶联涂膜21、绝缘涂膜20和保护性涂膜22依次层叠，以包覆金属磁性颗粒IO的表面。将对金属磁性颗粒和绝缘涂膜均具有良好的粘着性的材料用作偶联涂膜21。不表现出压縮变形性且不具有导电性的材料是优选的。更具体而言，诸如金属磷酸盐和金属硼酸盐等玻璃态绝缘无定形薄膜是适合的。可使用具有亲水基团的有机偶联剂，如硅烷偶联剂。将可提高滑动性的材料(如蜡)用作保护性涂膜22。图7为根据本发明实施方案的另一压粉铁心的放大剖视图。图7中所示的压粉铁心是通过对图6中所示的软磁性材料进行压制成型、热固化处理以及热处理(用以除去畸变)而制得的。现在参见图6和图7，当将树脂作为绝缘涂膜20时，在加热过程中，树脂会发生诸如热解、蒸发等化学变化。此外，当将蜡用作保护性涂膜22时，在加热过程中，蜡有时会由于受热而被除去。现在将对本实施方案的软磁性材料和压粉铁心的制造方法进行说明。图8是示出制造根据本发明实施方案的压粉铁心的方法中的步骤次序的流程图。参照图8，首先制备由金属磁性颗粒IO构成的原料粉末(Sl)。所述原料粉末包含Fe作为主要成分，并且由(例如)纯度为99.8%或更高的纯铁、Fe、Fe-Si基合金或Fe-Co基合金构成。在该步骤中，将所制备的金属磁性颗粒10的平均粒径控制为等于或大于10pm并且小于或等于500pm，以使得所得软磁性材料中的各个复合磁性颗粒30的平均粒径为等于或大于10pm并且小于或等于500pm。这是因为与金属磁性颗粒10的粒径相比，偶联涂膜21、绝缘涂膜20和保护性涂膜22的总厚度小得可忽略不计，因此复合磁性颗粒30的粒径和金属磁性颗粒10的粒径基本上是相同的。在金属磁性颗粒10为水雾化颗粒的情况中，金属磁性颗粒10的表面具有大量的突起部分。因此，为了除去这些突起部分，对金属磁性颗粒10的表层进行平滑化处理(步骤Sla)。具体地说，使该软磁性材料的表面在球磨机中进行磨耗，从而除去金属磁性颗粒10的表面上的突起部分。通过延长在球磨机中的加工时间，可除去更多的突起部分。这样，金属磁性颗粒IO接近于球形。例如，通过将球磨机的加工时间设定为30分钟到60分钟，会得到最大直径与等效圆直径之比大于1.15、但不大于1.35的金属磁性颗粒10。接着，将金属磁性颗粒IO在大于等于400°C、但低于其熔点的温度下加热(步骤S2)。金属磁性颗粒10内部在加热前存在许多畸变(位错和缺陷)。通过将金属磁性颗粒IO加热可减少这些畸变。加热温度更优选为等于或大于700°C，并且低于90(TC。在该温度范围内进行热处理可以充分除去畸变，并且可避免颗粒之间的烧结。须注意，该加热过程可以被省略。随后，如果需要的话，可形成偶联涂膜21(步骤S3)，以提高金属磁性颗粒10和绝缘涂膜21之间的附着力。对偶联涂膜21的要求是不抑制压縮变形性且不具有导电性。例如，诸如金属磷酸盐和金属硼酸盐等玻璃态绝缘无定形薄膜是适合的。作为用以形成磷酸盐绝缘涂膜的方法，可采用磷酸盐转化处理、溶剂喷雾或利用前体的溶胶-凝胶处理。此外，可使用具有亲水基团的有机偶联剂，如硅烷偶联剂。偶联涂膜不是必须形成的。接着，使用由热固性有机材料构成、并且在热固化后具有5H或更高的铅笔硬度的材料来形成绝缘涂膜20(步骤S4)。作为绝缘涂膜20，使用(例如)作为含硅有机-无机杂化材料的硅倍半氧垸。通过以下方法形成绝缘涂膜20，所述方法为将金属磁性颗粒和溶解于有机溶剂中的硅倍半氧烷或其衍生物混合，或者将溶解于有机溶剂中的硅倍半氧垸或其衍生物向金属磁性颗粒喷射，随后进行干燥以除去溶剂。接下来，在绝缘涂膜20的表面上形成由(例如)蜡构成的保护性涂膜22(步骤S5)。须注意，形成该保护涂层不是必须的。通过上述步骤，制得本实施方案的软磁性材料。此外，还实施以下的步骤来制造本发明的压粉铁心。将所得的复合磁性颗粒30与用作粘结剂的有机材料混合(步骤S6)。对混合方法没有特别限定。例如，可采用使用V型混合器的干式混合法或使用搅拌型混合装置的湿式混合法。结果，复合磁性颗粒30通过有机材料而相互结合在一起。这种与粘结剂混合的步骤可以被省略。上述有机材料的例子包括热塑性树脂，如热塑性聚酰亚胺、热塑性聚酰胺、热塑性聚酰胺-酰亚胺、聚苯硫醚、聚酰胺-酰亚胺、聚醚砜、聚醚酰亚胺和聚醚醚酮；非热塑性树脂，如高分子量聚乙烯、全芳族聚酯、全芳族聚酰亚胺；以及较高级的脂肪酸，如硬脂酸锌、硬脂酸锂、硬脂酸钙、棕榈酸锂、棕榈酸钙、油酸锂和油酸钙。也可使用这些有机材料的混合物。将所得的软磁性材料粉末置于模具中，并且在390(MPa)到1500(MPa)的压力下进行压制成型(步骤S7)。结果，可获得金属磁性颗粒10的压粉体。在压制成型过程中的气氛优选为惰性气氛或真空气氛。通过这种方式，可以抑制空气中的氧气对混合粉末的氧化。将压制成型制得的压粉体在绝缘涂膜20的热固化温度至绝缘涂膜20的热解温度的温度范围内进行热固化(步骤S8)。结果，绝缘涂膜20被热固化，并且提高了压粉体的强度。在上面的描述中，在对软磁性材料压制成型后，将绝缘涂膜20进行热固化。可供选用的另外一种方式为，可在压制成型时使用这样的模具，该模具的温度被设定为大于或等于绝缘涂膜20的热固化温度，并且小于或等于绝缘涂膜20的热解温度。在这种情况中，由于绝缘涂膜可由模具加热，因此压制成型和热固化可以同时进行。随后在比使绝缘涂膜20失去其绝缘性的温度低的温度下对压粉体加热(步骤S9)。由于压制成型后，压粉体内部存在许多畸变和位错，因此可通过热处理减少这种畸变和位错。需注意，这种用以除去畸变的热处理步骤可以被省略。通过上述步骤制得本实施方案的压粉铁心。本实施方案的软磁性材料和压粉铁心可提高压粉体的强度，同时又减小其涡流损耗。以下将说明这一特点。图9是示出由水雾化粉末制成的复合磁性颗粒如何相互结合的示意图。现在参照图9，由水雾化粉末制成的复合磁性颗粒130a具有大量的突起部分131。因此，复合磁性颗粒130a通过这些突起部分互相啮合。这样可以增强复合磁性颗粒130a之间的结合作用，从而提高压粉体的强度。另一方面，由于在压制成型过程中，应力集中在复合磁性颗粒130a的突起部分上，因此有机绝缘涂层会受到破坏。结果，增加了涡流损耗。图IO是示出由气雾化粉末制成的复合磁性颗粒如何相互结合的示意图。参照图10，由气雾化粉末制得的复合磁性颗粒130b几乎没有突起部分。这样，可防止复合磁性颗粒130b上的有机绝缘涂层在压制成型过程发生破坏，由此可以减小涡流损耗。与此形成对比的是，由于复合磁性颗粒130a不具有突起部分，因此，复合磁性颗粒130b之间的连接作用较弱，因此压粉体的强度较低。如图9和IO所示，在水雾化粉末或气雾化粉末获得的现有复合磁性颗粒中，不能在提高压粉体的强度的同时，又减小涡流损耗。与此形成对比的是，如图11所示，本发明的软磁性材料中的复合磁性颗粒30所具有的凹凸部分31小于由水雾化粉末得到的复合磁性颗粒130a的凸起部分131。因此，在压制成型过程中可抑制绝缘涂层受到破坏，并且可减小涡流损耗。由于热固化前的绝缘涂膜20具有高的变形顺应性，因此可进一步减小涡流损耗。此外，由于绝缘涂膜20在热固化后表现出较高的铅笔硬度(5H或更高)，因此尽管绝缘涂膜20位于金属磁性颗粒IO之间，但金属磁性颗粒IO之间的相互縮颈结合作用(neckingbonding)不会显著降低。因此，压粉体可获得高强度。在本实施方案的压粉铁心中，在激励磁通密度为1(T)且激励磁通频率为1(kHz)的条件下的涡流损耗WeK)Ak为0.02x(dAVE)2/p(W/kg)或更低，并且在室温下的三点弯曲强度a3b为800x(Rm/e)Q75/(dAVE)Q5(MPa)或更高，其中所述各个复合磁性颗粒30的平均粒径为dAVE，且金属磁性颗粒10的电阻率为p(^ncm)。在这两个公式中，涡流损耗与电阻率的倒数成正比、并与粒径的平方成正比的关系，以及所述强度与粒径的1/2次方成反比(Hall-Petch关系)的关系均符合理论关系。比例系数以及R:n/e的指数是由以下例子通过试验确定的。(例子1)在本例子中，改变金属磁性颗粒的球磨加工时间来制备软磁性材料，并研究软磁性材料的复合磁性颗粒的最大直径的比值(最大直径/等效圆直径)Rm/C。首先，制备纯度为99.8%或更高、且粒径为50pm至150pm的水雾化纯铁粉，以作为金属磁性颗粒P1至P13。其平均粒径(UvE为90(im，并且电阻率p为11pQcm。随后，将由水雾化粉末构成的金属磁性颗粒在球磨机中球形化。使用由Fritsch公司制造的行星式球磨机P-5进行球磨加工。通过在1分钟到120分钟内改变球磨机的加工时间来制备球磨加工时间不同的多种类型的金属磁性颗粒D为了比较的目的，还制造了没有进行球磨加工的金属磁性颗粒。将金属磁性颗粒样品Pl到P13分别浸入到pH被调节至2.0的磷酸水溶液中，并搅拌所得混合物，以在金属磁性颗粒表面上形成偶联涂膜(即磷酸铁涂膜)。随后，在包覆有偶联涂膜的金属磁性颗粒表面上形成由有机硅树脂(由GEToshibaSilicones株式会社制造的XC96-B0446)构成的绝缘涂膜。通过将金属磁性颗粒浸入绝缘涂膜材料的二甲苯溶液中、搅拌所得混合物并将二甲苯挥发，从而完成绝缘涂膜的包覆。形成绝缘涂膜，同时将其平均膜厚调至200nm。以这种方法获得软磁性材料P'l至P'13。对上述获得的软磁性材料P'l至P'13测定复合磁性颗粒的最大直径与复合磁性颗粒等效圆直径之比(最大直径/等效圆直径)Rm/C。将结果示于表I和图12中。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>现在参照表I和图12，对样品P'l至P'13的比较表明随着用球磨机加工的时间增加，复合磁性颗粒的最大直径与等效圆直径之比R丄接近1。特别是，样品P'7至P'll的R丄比值超过1.15，且不大于1.35，该比值位于本发明范围之内。这表明，随着用球磨机加工的时间延长，更多的突起部分被除去，并且金属磁性颗粒的形状变得更更接近于球形。此外，即使在构成绝缘涂膜的材料改变时，Rm/e比值也保持不变。(例子2)在本例子中，将例子1中获得的软磁性材料用于形成压粉铁心。具体而言，根据如下所述的方法，使用例子1中获得的金属磁性颗粒样品Pl至P13来形成压粉铁心样品Al至A13、B1至B13、Cl至C13、D1至D13。样品A1至A13、Bl至B13、Cl至C13、Dl至D13等同于样品P'l至P'13。样品Al至A13:按照例子1中的方法制备分别包含金属磁性颗粒样品Pl至P13、并且包覆有由有机硅树脂(由GEToshibaSilicones株式会社制造的XC96-B0446)构成的绝缘涂膜的软磁性材料。在980MPa至1280MPa的承压应力下各软磁性材料被压制成型，从而形成密度为7.60g/立方厘米的环状压粉体(外径34mm，内径20mm，厚度5mm)。以同样的方式还形成宽为10mm、长为55mm、且厚为10mm的压粉长方体。将各压粉体在20(TC的空气中加热l小时，以将绝缘涂膜热固化。随后将压粉体在30(TC至70(TC下的氮气气氛下加热1小时，从而制得压粉铁心。观察到绝缘涂膜在热固化后的铅笔硬度为2H。样品Bl至B13:按照例子1中的方法制备分别包含磁性颗粒样品Pl至P13、并且包覆有硅倍半氧烷(由TOAGOSEI株式会社制造的OX-SQ/20SI)的软磁性材料。制备压粉铁心的其余步骤与例子2中制备样品Al至A13的步骤相同。观察到绝缘涂膜在热固化后的铅笔硬度为4H。样品Cl至C13:按照例子1中的方法制备分别包含磁性颗粒样品Pl至P13、并且包覆有硅倍半氧烷(由TOAGOSEI株式会社制造的OX-SQ)的软磁性材料。制备压粉铁心的其余步骤与例子2中制备样品Al至A13的步骤相同。观察到绝缘涂膜在热固化后的铅笔硬度为5H。样品Dl至D13:按照例子1中的方法制备分别包含磁性颗粒样品PI至P13、并且包覆有硅倍半氧院(由TOAGOSEI株式会社制造的AC-SQ)的软磁性材料。制备压粉铁心的其余步骤与例子2中制备样品Al至A13的步骤相同。观察到绝缘涂膜在热固化后的铅笔硬度为7H。通过在以上获得的各压粉铁心上进行绕线来制备磁性能测试用样品，以使第一次缠绕的匝数为300，并且第二次缠绕的匝数为20。对每一个样品，在使用ACBH曲线示踪器于50Hz至1kHz的范围内改变频率的条件下，于10Kg(等于1特斯拉(T))的激励磁通密度下测定铁心损耗系数。随后由这一铁心损耗计算涡流损耗系数。通过最小二乘法、使用以下三个算式拟合铁心损耗的频率曲线，从而算得涡流损耗系数，并且由涡流损耗系数算得涡流损耗We1()/lk:(铁心损耗"(磁滞损耗系数)x(频率)+(涡流损耗系数)x(频率)2(磁滞损耗)K磁滞损耗系数)x(频率)(涡流损耗)=(涡流损耗系数)x(频率)2另外，将各压粉铁心样品Al至A13、Bl至B13、CI至C13和Dl至D13都进行三点弯曲强度试验。该强度试验在室温且跨距为40mm的条件下进行。将各压粉铁心样品Al至A13、Bl至B13、CI至C13和Dl至D13的涡流损耗Weionk和所观察到的三点弯曲强度C73b示于表II至表V以及图13和图14中。[表II]<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>[表III]<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>[表IV]<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>[表v]<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>参见表II至V以及图13和14，将样品Al至A13的三点弯曲强度a3b与样品Bl至B13的三点弯曲强度ci3b进行对比(在由相同的金属磁性颗粒构成的样品之间进行对比)。对样品Cl至C13的三点弯曲强度与样品Dl至D13的三点弯曲强度进行同样的比较。样品Cl至C13的三点弯曲强度(T3b和样品Dl至D13的三点弯曲强度CT3b得到显著提高。具体而言，当将热固化后铅笔硬度为4H的样品Bl至B13的三点弯曲强度ci3b与热固化后铅笔硬度为5H的样品Cl至C13的三点弯曲强度CJ3b进行对比(在相同的金属磁性颗粒之间进行对比)时，样品Cl至C13的三点弯曲强度a3b为Bl至B13的三点弯曲强度的约1.5倍。这些结果表明，通过形成在热固化后铅笔硬度为5H或更高的绝缘涂层，可提高压粉铁心的强度。在比较样品Cl至C13之间的三点弯曲强度CT3b时，最大直径与等效圆直径之比RnA为1.15或更大的样品Cl至Cll的三点弯曲强度031)得到显著提高。相似的，在样品Dl至D13中，最大直径与等效圆直径之比Rm/c为1.15或更大的样品D7至Dll的三点弯曲强度ci3b得到显著提高。这些结果表明，通过将最大直径与等效圆直径之比Rm/c设为1.15或更大，可提高压粉铁心的强度。然后比较样品Cl至Cll的涡流损耗We1()/lk。最大直径与等效圆直径之比RJc为1.35或更小的样品C7至Cll所表现出的涡流损耗Weu)nk得到极大地减小。类似的，在样品D1至D13中，最大直径与等效圆直径之比Rm/e为1.35或更小的样品D7至Dll所表现出的涡流损耗We1()/lk得到极大地减小。这些结果表明，通过将最大直径与等效圆直径之比Rm/e设为1.35或更小，可减小涡流损耗We1Q/lk。基于上述结果，可以理解到通过将复合磁性颗粒的最大直径与等效圆直径之比Rm/e设为大于1.15但不超过1.35，并将绝缘涂膜热固化后的铅笔硬度调节至5H或更高，可获得具有较小涡流损耗的高强度压粉体。在图13中，线Ll表示符合We10/lk=0.02X(dAVE)2/p(W/kg)的直线。本发明实施例中的样品C7至Cll以及D7至Dll的涡流损耗We^nk不超过线Ll所示出的We1Q/lk。此外，在图14中，线L2表示符合cr3b=800X(Rm/c)Q75/(dAVEf5(MPa)的直线。本发明实施例中的样品C7至C11以及D7至D11的三点弯曲强度cj3b都不小于线L2所示出的b。(例子3)在本例中，首先制备由不同材料构成、且平均粒径与例子1和例子2的情况不同的金属磁性颗粒样品P14至P17。样品P14:制备平均粒径(UvE为50pm且纯度为99.8%或更高的水雾化纯铁粉作为金属磁性颗粒。其电阻率p为llpQcm。随后进行例子1中所述的球磨加工，以使得最大直径/等效圆直径R:n/e为约1.20。样品P15:制备平均粒径(UvE为160pm且纯度为99.8%或更高的水雾化纯铁粉作为金属磁性颗粒。其电阻率p为11iiQcm。随后进行例子1中所述的球磨加工，以使得最大直径/等效圆直径RJe为约1.20。样品P16:制备平均粒径(UvE为90|am且由Fe-0.5%Si构成的水雾化纯铁粉作为金属磁性颗粒。其电阻率p为17pQcm。随后进行例子1中所述的球磨加工，以使得最大直径/等效圆直径RnA为约1.20。样品P17:制备平均粒径dAVE为90]um且由Fe-1.0%Si构成的水雾化纯铁粉作为金属磁性颗粒。其电阻率p为25)LiQcm。随后进行例子1中所述的球磨加工，以使得最大直径/等效圆直径Rm/e为约1.20。通过使用按照上述方法获得的金属磁性颗粒，在其上形成热固化后具有不同铅笔硬度的若干种绝缘涂膜，从而制备压粉铁心。其具体细节如下。样品A14至A17:在金属磁性颗粒样品P14至P17中的每一个上形成由有机硅树脂(由GEToshibaSilicones株式会社制造的XC96-B0446,铅笔硬度2H)构成的绝缘涂膜。制备压粉铁心的其余步骤与例子2中制备样品Al至A13的那些步骤相同。样品B14至B17:在金属磁性颗粒样品P14至P17中的每一个上形成由硅倍半氧烷(由TOAGOSEI株式会社制造的OX-SQ/20SI，铅笔硬度4H)构成的绝缘涂膜。制备压粉铁心的其余步骤与例子2中制备样品Al至A13的那些步骤相同。样品C14至C17:在金属磁性颗粒样品P14至P17中的每一个上形成由硅倍半氧烷(由TOAGOSEI株式会社制造的OX-SQ,铅笔硬度5H)构成的绝缘涂膜。制备压粉铁心的其余步骤与例子2中制备样品Al至A13的那些步骤相同。样品D14至D17:在金属磁性颗粒样品P14至P17中的每一个上形成由硅倍半氧垸(由TOAGOSEI株式会社制造的AC-SQ，铅笔硬度7H)构成的绝缘涂膜。制备压粉铁心的其余步骤与例子2中制备样品Al至A13的那些步骤相同。对于以上获得的各压粉铁心，按照例子2中的方法计算涡流损耗We1()/1K，并进行三点弯曲强度试验。将A14至A17、B14至B17、C14至C17和D14至D17中的各压粉铁心样品的涡流损耗Wki/,k以及三点弯曲强度CT3b示于表VI中。在表VI中，也包含了例子1和2中的样品A9、B9、C9禾卩D9的结果。<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>参见表VI，样品C14至C17以及D14至D17的涡流损耗We1()/1K减小，并且三点弯曲强度提高，其中在这些样品中，热固化后所形成的绝缘涂膜的铅笔硬度为5H或更高。这些结果表明，无论金属磁性颗粒的材料或平均粒径怎样，当最大直径/等效圆直径之比RJe大于1.15，但不大于1.35，并且热固化后的绝缘涂膜的铅笔硬度为5H或更高时，涡流损耗都可减小，并且可获得具有高强度的压粉体。图15为示出涡流损耗We,。nk和0.02X(dAVE力p的值之间的关系的图。图16为示出三点弯曲强度ci3b和800X(Rm/c)°75/(dAVE)。5的值之间的关系的图。在图15中，线L3表示符合We1()/lk=0.02X(dAVE)Vp(W/kg)的直线，并且本发明实施例中的样品C14至C17以及D14至D17的涡流损耗We^/,k不超过线L3所示出的We1()/lk。此外，在图16中，线L4表示符合G3b二800X(R油f75/(dAVE)"(MPa)的直线，并且本发明例子中的样品C14至C17以及D14至D17的三点弯曲强度CJ3b都不小于线L4所示出的(73b。应当理解，本文中公开的实施方案和实施例仅是例子，而不应被理解为限制本发明的范围。本发明的范围不是由上面的说明书限定，而是由所附的权利要求书限定，本发明的范围涵盖在本发明权利要求范围内的所有修改和变化以及等同形式。工业实用性本发明被用于(例如)电机磁芯、电磁阀、反应器和常规电磁部件。权利要求1.一种软磁性材料，其包含多个复合磁性颗粒(30)，所述多个复合磁性颗粒(30)中的每一个都具有金属磁性颗粒(10)以及包围该金属磁性颗粒的绝缘涂膜(20)，其中，所述多个复合磁性颗粒中的每一个的最大直径与等效圆直径之比Rm/c大于1.15，但不大于1.35，并且所述绝缘涂膜由热固性有机材料构成，且所述绝缘涂膜在热固化后具有5H或更高的铅笔硬度。2.根据权利要求1所述的软磁性材料，其中处于未固化状态的所述绝缘涂膜(20)的平均厚度为等于或大于10nm，并且小于或等于500nm。3.根据权利要求1所述的软磁性材料，其中所述多个复合磁性颗粒(30)中各颗粒的平均粒径cUvE为等于或大于10pm，并且小于或等于500iam。4.根据权利要求1所述的软磁性材料，其中所述多个复合磁性颗粒(30)中的每一个还具有位于所述金属磁性颗粒(10)与所述绝缘涂膜(20)之间的偶联涂膜(21)。5.—种由权利要求1所述的软磁性材料制造的压粉铁心。6.根据权利要求5所述的压粉铁心，其中当所述多个复合磁性颗粒(30)中各颗粒的平均粒径由(Uve表示、单位为pm，且所述金属磁性颗粒(10)的电阻率由p表示、单位为(iQcm时，所述压粉铁心在激励磁通密度为1T且激励磁通频率为1kHz的条件下的涡流损耗We,(va为0.02X(dAVE)Vp或更低，单位为W/kg;并且在室温下的三点弯曲强度C73b为800x(R献f"/(dAVE)"或更高，单位为MPa。全文摘要本发明涉及一种软磁性材料，该软磁性材料包含多个复合磁性颗粒(30)，所述多个复合磁性颗粒(30)中的每一个均具有金属磁性颗粒(10)和包围该金属磁性颗粒(10)的绝缘涂膜(20)。所述多个复合磁性颗粒中的每一个的最大直径与等效圆直径之比R<sub>m/c</sub>大于1.15，但不大于1.35。所述绝缘涂膜(20)由热固性有机材料构成，并且其热固化后具有5H或更高的铅笔硬度。使用这种软磁性材料，可减小涡流损耗，并且可形成具有高强度的压粉体。文档编号H01F1/20GK101300646SQ20068004064公开日2008年11月5日申请日期2006年9月8日优先权日2005年11月2日发明者前田彻,西冈隆夫,饼田恭志申请人:住友电气工业株式会社