一种低磁芯损耗的Fe-Si磁粉芯及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种低磁芯损耗的Fe-Si磁粉芯及其制备方法。该方法利用纳米SiO2成功包覆Fe-Si粉芯，其磁芯损耗最低可以控制在614mW/cm3左右，并且该磁粉芯具有良好的直流偏置特性和良好的热稳定性。本发明Fe-6.5Si低损耗磁粉芯可以应用在大负载电感的设计和应用中，例如使用新能源(太阳能、风能等)的变频器、功率因数校正器和UPS不间断电源。
【专利说明】一种低磁芯损耗的Fe-Si磁粉芯及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低损耗特性的磁粉芯及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 磁粉芯是将铁磁性粉末与绝缘介质混合压制而成的一种复合软磁材料。与金属软 磁相比，具有低涡流损耗的特点；与软磁铁氧体相比，又具有更高的饱和磁感应强度。因此， 磁粉芯是目前具有良好综合性能的一种新型软磁材料。
[0003]Fe-Si磁粉芯的主要特点是饱和磁感应强度高、磁芯损耗比铁粉芯更低、具有优异 的直流偏置性能。另外，Fe-Si粉芯还拥有良好的温度稳定性和高能量贮存能力。
[0004] 发明CN102314986A和CN103824670A中Fe-Si磁粉芯采用的包覆剂为酚醛树 月旨。由于有机包覆剂的熔点低，采用这种包覆剂的磁粉芯不能进行高温热处理来消除内应 力。发明CN103700460A中无机包覆制备的Fe-Si磁芯损耗仍然较高，为2000mW/cm3左 右(测试条件100kHz, 100mT)。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是使用纳米无机绝缘包覆剂对Fe-Si磁粉进行绝缘处理，提供了一 种制备低损耗、高稳定性的Fe-Si磁粉芯的方法。
[0006] 本发明低磁芯损耗Fe-Si磁粉芯中Si的含量为6. 5Wt. %，其余为Fe元素含量。 本发明采用的技术方案如下。
[0007] 1)粉体预处理：将粉体原料先在氢气中进行高温退火预处理，退火温度为800 °C，保温2小时，然后缓慢冷却至室温。
[0008] 2)磷化液的配制：称取一定量的磷酸或者磷酸二氢铝溶于乙醇后配成磷酸的乙 醇溶液。
[0009] 3)粘合剂的配制：采用纳米二氧化硅、云母粉、高岭土等分散于乙醇中，形成一定 浓度的胶体溶液或者悬浊液。
[0010] 4)磷化处理：称取一定量的磷化液，加入粉体后均匀搅拌至溶剂基本挥发尽，然后 在80 °C烘干。磷化液的加入量一般以磷酸计在粉体质量的0.1 %。
[0011] 5)绝缘粘合剂的包覆：称取一定量的粘合剂分散液，加入粉体后均匀搅拌至溶剂 基本挥发尽，然后在80°C烘干。粘合剂的加入量在粉体质量的1%左右。
[0012] 6)压制成型：采用液压机在磨具中一次压制成型，压制吨位为20T/cm2,压制前加 入0.15 %硬脂酸锌作脱模润滑剂。压制样品为环形，外径14mm，内径8mm，质量控制在 4. 6g左右。
[0013]7)退火烧结：将样品置于管式炉中，于氢气气氛下烧结，烧结温度在600-800°C， 保温时间1-2小时。
[0014] 本发明采用纳米SiO2作为表面绝缘包覆材料，经过调控粘合剂的加入量、去应力 退火条件等参数条件，获得了低磁芯损耗（614mW/cm3，测试条件为50kHz，100mT)的 Fe-6. 5Si磁粉芯。该粉芯具有比铁粉芯更低的损耗、高的性价比和良好的直流偏置特性。
[0015] 本发明Fe-6. 5Si低损耗磁粉芯可以用来替代成本较高的高磁通材料。由于高饱 和度的优势，还可以应用在大负载电感的设计和应用中，例如使用新能源（太阳能、风能和 混合动力）的变频器、功率因数校正器和UPS不间断电源。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为不同频率条件下磁芯损耗随磁场的变化（0. 3%纳米Si02)。
[0017] 图2为直流叠加特性（0· 3%纳米SiO2)。
[0018] 图3为磁粉芯损耗与使用温度的关系（0. 3%纳米Si02)。
【具体实施方式】
[0019] 本发明Fe-Si磁粉芯的磁芯损耗为614mW/cm3 (50kHz, 100mT)之间，具体实 施方式如下。
[0020] 实施方式一。
[0021] 1)本发明低损耗Fe-Si磁粉芯由Fe、Si两种元素组成，其中Si元素原子比为6. 5 wt%，其余为Fe元素。粉体颗粒大小选择200目。
[0022] 2)先将粉体原料在氢气中进行高温退火预处理，退火温度为800 °C，保温2小时， 然后缓慢冷却至室温。
[0023] 3)称取粉体质量的0. 1 % (以磷酸计）的磷化液，加入粉体后均匀搅拌至溶剂基本 挥发尽，然后在80 °C烘干。
[0024] 4)称取粉体质量1 %的粘合剂分散液和0. 15 %的SiO2，加入粉体后均匀搅拌至 溶剂基本挥发尽，然后在80°C烘干。
[0025] 5)加入0. 15 %硬脂酸锌作脱模润滑剂，然后采用液压机在模具中一次压制成型， 压制吨位为20T/cm2。
[0026]6)将样品置于管式炉中，于氢气气氛下烧结，烧结温度在650°C，保温时间1-2小 时。
[0027]实施方式二。
[0028] 此实施方式中，SiO2的加入量为0. 2 %，其余条件与实施方式一相同。
[0029] 实施方式三。
[0030] 此实施方式中，SiO2的加入量为0. 3 %，其余条件与实施方式一相同。
[0031] 实施方式四。
[0032] 此实施方式中，SiO2的加入量为0. 3 %，烧结温度为800 °C，其余条件与实施方式 一相同。
[0033] 实施方式五。
[0034] 此实施方式中，SiO2的加入量为0.3 %，烧结温度为1000 °C，其余条件与实施方式 一相同。
[0035] 从表1中可以看出，与其它绝缘包覆材料相比，纳米SiO2包覆的磁粉芯具有最低 的磁芯损耗。对于有机物粘合剂虽然能获得较高的初始磁导率，但从应用角度来看，有机物 易老化，并且使用温度范围小。由图1可以看出，在测试条件100kHz, 100mT下，Fe-6. 5Si 的磁芯损耗为1300mW/cm3左右，低于发明CN103700460A中2000mW/cm3。说明纳米SiO2 包覆层相比其它包覆剂可以明显降低磁芯损耗。
【权利要求】
1. 一种低磁芯损耗的Fe-Si磁粉芯及其制备方法，具体为：先将粉体原料在氢气中进 行高温退火预处理，退火温度为800 °C，保温2小时，然后缓慢冷却至室温；称取粉体质量 的0. 1 %的磷化液，加入粉体后均匀搅拌至溶剂基本挥发尽，然后在80 °C烘干；再称取粉 体质量1 %的粘合剂分散液和0.15 ~3 %的Si02，加入粉体后均匀搅拌至溶剂基本挥发尽， 然后在80°C烘干；加入0.15 %硬脂酸锌作脱模润滑剂，然后在压制吨位为20 T/cm2下压制 成型；最后将样品置于管式炉中，于氢气气氛下烧结，烧结温度在650~1000 °C，保温时间 为1-2小时。
2. 根据权利要求1)所述方法制备的Fe-Si磁粉芯，其磁芯损耗最低为614 mW/cm3。
3. 根据权利要求1)所述方法制备的Fe-Si磁粉芯，具有良好的直流偏置特性。
4. 根据权利要求1)所述方法制备的Fe-Si磁粉芯，具有良好的热稳定性。
【文档编号】H01F1/08GK104392817SQ201410744002
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】潘冠军, 都有为, 唐少龙, 朱帅宇, 孟祥康 申请人:海安南京大学高新技术研究院