專利名稱：軟磁材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軟磁材料及其制造方法，更具體而言，本發(fā)明涉及一種包含具有金屬磁性粒子和絕緣涂膜的復(fù)合磁性粒子的軟磁材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
電學(xué)/電子元件最近已經(jīng)被致密化和小型化，在涉及電機(jī)磁芯和變壓器鐵芯時(shí)要求在節(jié)省功率的情況下進(jìn)行更加精確控制的能力。因此，一種用于這些電學(xué)/電子元件的軟磁材料正在開(kāi)發(fā)中，所述軟磁材料在中高頻率區(qū)域具有優(yōu)異的磁性。為了在中高頻率區(qū)域表現(xiàn)出優(yōu)異的磁性，軟磁材料必須具有高的飽和磁通密度、高磁導(dǎo)率和高電阻率。
例如，日本專利公開(kāi)6-267723(專利文獻(xiàn)1)公開(kāi)了這樣一種軟磁材料。
專利文獻(xiàn)1日本專利公開(kāi)6-267723。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題然而，在上述文獻(xiàn)公開(kāi)的軟磁材料中，存在這樣的問(wèn)題，電阻率過(guò)高并且磁通密度小。
因此，本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而提出的，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有最佳電阻率的軟磁材料及其制造方法。
解決問(wèn)題的手段根據(jù)本發(fā)明的軟磁材料包含多個(gè)復(fù)合磁性粒子。所述多個(gè)復(fù)合磁性粒子的每一個(gè)都具有金屬磁性粒子和圍繞所述金屬磁性粒子表面的絕緣涂膜，所述絕緣涂膜含有由氧化鋁、氧化鋯和氧化硅而成的組中選擇的至少一種物質(zhì)。該軟磁材料的電阻率ρ為至少3000μΩcm且不大于50000μΩcm。
更優(yōu)選軟磁材料的磁導(dǎo)率μ為至少2000并且不大于4000。根據(jù)本發(fā)明制造軟磁材料的方法是一種制造上述軟磁材料的方法，并且包括通過(guò)將具有金屬磁性粒子和圍繞所述金屬磁性粒子表面的絕緣涂膜的多個(gè)復(fù)合磁性粒子壓制而制備壓坯的步驟，所述絕緣涂膜含有由氧化鋁、氧化鋯和氧化硅而成的組中選擇的至少一種物質(zhì)；和在至少400℃且不大于900℃的溫度對(duì)所述的壓坯進(jìn)行第一次熱處理的步驟。
優(yōu)選制造軟磁材料的方法還包括在進(jìn)行所述的第一次熱處理之后壓制所述的壓坯，其后在至少400℃且不大于900℃的溫度、大氣壓對(duì)所述的壓坯進(jìn)行第二次熱處理的步驟。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有所需磁性的軟磁材料和制造這種軟磁材料方法。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的軟磁材料的剖面的典型圖。
附圖標(biāo)記描述10金屬磁性粒子，20絕緣涂膜，30復(fù)合磁性粒子實(shí)施本發(fā)明的最佳方式根據(jù)本發(fā)明的軟磁材料包含多個(gè)復(fù)合磁性粒子，每個(gè)復(fù)合磁性粒子都具有金屬磁性粒子和圍繞所述金屬磁性粒子表面的絕緣涂膜。
金屬磁性粒子通常由鐵(Fe)制成。但是，金屬磁性粒子不限于鐵，而是可以備選地由其它磁性粒子形成。例如，金屬磁性粒子可以由以下合金制成鐵(Fe)-硅(Si)合金，鐵(Fe)-氮(N)合金，鐵(Fe)-鎳(Ni)合金，鐵(Fe)-碳(C)合金，鐵(Fe)-硼(B)合金，鐵(Fe)-鈷(Co)合金，鐵(Fe)-磷(P)合金，鐵(Fe)-鎳(Ni)-鈷(Co)合金或鐵(Fe)-鋁(Al)-硅(Si)合金。金屬磁性粒子可以是金屬單質(zhì)或合金。
金屬磁性粒子的平均粒徑優(yōu)選至少5μm并且不大于200μm。如果金屬磁性粒子的平均粒徑小于5μm，則金屬太容易氧化而可能降低軟磁材料的磁性。如果金屬磁性粒子的平均粒徑超過(guò)200μm，則在隨后的加壓成型步驟中混合粉末的壓縮性下降。因此，通過(guò)加壓成型步驟獲得的壓坯的密度可能被降低，以致于難以處理壓坯。
需要注意的是，此處所述的平均粒徑是指當(dāng)通過(guò)篩分測(cè)量的粒徑直方圖中以粒徑升序加入的粒子的質(zhì)量總和達(dá)到總質(zhì)量的50％時(shí)獲得的粒徑，即50％粒徑D。
絕緣涂膜可以由含有鋁和/或鋯和/或硅的氧化物絕緣體制成。通過(guò)用絕緣涂膜覆蓋金屬磁性粒子的表面，可以增加軟磁材料的電阻率ρ。因此，通過(guò)抑制在金屬磁性粒子之間流動(dòng)的渦電流可以減少由渦電流造成的軟磁材料的鐵耗。
根據(jù)本發(fā)明，軟磁材料的電阻率ρ為至少3000μΩcm并且不大于50000μΩcm。如果電阻率ρ小于3000μΩcm，則電阻率減小，從而減小了抑制渦電流的作用。
與之相反，如果電阻率ρ超過(guò)50000μΩcm，則電阻率不適宜地過(guò)分增加。更具體而言，電阻率ρ的增加意味著絕緣涂膜量的增加。如果絕緣涂膜量過(guò)分增加，諸如磁導(dǎo)率和磁通密度之類的磁性將變差。
為了改善上述效果，優(yōu)選軟磁材料的電阻率ρ為至少6000μΩcm并且不大于15000μΩcm，更優(yōu)選為至少8000μΩcm并且不大于10000μΩcm。
優(yōu)選絕緣涂膜的厚度為至少0.005μm并且不超過(guò)20μm。通過(guò)將絕緣涂膜的厚度設(shè)置為至少0.005μm，可以有效抑制由渦電流造成的能量損失。當(dāng)將絕緣涂膜厚度設(shè)置為不大于20μm時(shí)，絕緣涂膜所占軟磁材料的體積比率不過(guò)分增加。因此，可以形成具有規(guī)定飽和磁通密度的軟磁材料。
更優(yōu)選軟磁材料的磁導(dǎo)率μ為至少2000并且不大于4000。進(jìn)一步優(yōu)選軟磁材料的磁導(dǎo)率μ為至少2500并且不大于3500。
現(xiàn)在描述制造上述軟磁材料的方法。首先，制備多個(gè)復(fù)合磁性粒子。將這些復(fù)合磁性粒子引入粉末壓坯機(jī)中，并且在例如至少390MPa并且不大于1500MPa的壓力條件下將混合粉末加壓成型。如此，將混合粉末壓縮，從而可獲得壓坯。優(yōu)選在惰性氣體氣氛或者減壓氣氛下進(jìn)行加壓成型。在這種情況下，可以防止混合粉末被大氣中的氧所氧化。在制備壓坯的步驟中，采用熟知的溫?zé)峒訅夯蚩谀１跐?rùn)滑以使壓坯致密，提高空間因子并且改善磁性。溫?zé)峒訅褐械姆勰囟葍?yōu)選為100℃至180℃。
為了加強(qiáng)復(fù)合磁性粒子之間的粘合，有機(jī)物可以介入復(fù)合磁性粒子之間。在這種情況下，必須將復(fù)合磁性粒子與有機(jī)物預(yù)先相互混合。對(duì)混合方法沒(méi)有限制，而是可以使用以下方法中的任何一種機(jī)械合金化法，振動(dòng)球磨法，衛(wèi)星球磨法，機(jī)械融合法(mechanofusion)，共沉淀法，化學(xué)氣相沉積(CVD)，物理氣相沉積(PVD)，電鍍，濺射，氣相沉積和溶膠-凝膠法。
可以采用以下物質(zhì)作為有機(jī)物熱塑性樹(shù)脂如熱塑性聚酰亞胺、熱塑性聚酰胺、熱塑性聚酰胺酰亞胺(polyamidimide)，聚苯硫，聚酰胺酰亞胺，聚(醚砜)，聚醚酰亞胺或聚(醚醚酮)。提供這樣的有機(jī)物，使其在多個(gè)復(fù)合磁性粒子之間起到潤(rùn)滑劑作用。如此，在加壓成型步驟中可以抑制絕緣涂膜的破損。
然后，將通過(guò)加壓成型獲得的壓坯在至少400℃且不大于900℃的溫度熱處理。在通過(guò)加壓成型步驟獲得的壓坯中產(chǎn)生大量應(yīng)變和錯(cuò)位，這樣的應(yīng)變和錯(cuò)位導(dǎo)致磁導(dǎo)率的下降和矯頑力的增加。對(duì)壓坯進(jìn)行熱處理的目的是消除這些應(yīng)變和錯(cuò)位。當(dāng)有機(jī)物介入復(fù)合磁性粒子之間時(shí)也需要這樣的熱處理。
為了提高軟磁材料的密度和從軟磁材料中消除錯(cuò)位和應(yīng)變，將軟磁材料再次壓縮以提高密度，此后在400℃且不大于900℃的溫度、大氣壓的條件下進(jìn)行熱處理。
如此，可以制造本發(fā)明的軟磁材料。
通常，如果軟磁材料的矯頑力小，則滯后損耗降低，如果滯后損耗大，矯頑力也增加，并且如果矯頑力小，磁導(dǎo)率增加。磁導(dǎo)率的改善導(dǎo)致滯后損耗的減少。根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)造所述材料，使得磁導(dǎo)率增加，從而導(dǎo)致滯后損耗的減少。
為了減少渦電流損耗，重要的是保持復(fù)合磁性粒子之間的絕緣。作為主體的軟磁材料的電阻系數(shù)的增加導(dǎo)致渦電流損耗的減少。具體而言，渦電流損耗包括各個(gè)粒子中的渦電流損耗和粒子之間產(chǎn)生的渦電流損耗。必須減小粒子之間的渦電流損耗，而根據(jù)本發(fā)明可以減小渦電流損耗，因?yàn)檐洿挪牧系碾娮柘禂?shù)在不損害磁性的范圍內(nèi)提高。
對(duì)本發(fā)明中構(gòu)成絕緣涂膜的氧化鋁、氧化鋯和氧化硅的組成沒(méi)有特別限制。更具體而言，氧化鋁的組成不限于Al2O3，并且可以適當(dāng)改變鋁和氧之間的原子比率。至于氧化鋯的組成比，同樣可以適當(dāng)改變鋯和氧之間的比率。此外，在氧化硅的組成比中還可以適當(dāng)改變硅和氧的比率。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的軟磁材料的剖面的示意圖。參考圖1，軟磁材料包含多個(gè)復(fù)合磁性粒子30。每個(gè)復(fù)合磁性粒子30都具有金屬磁性粒子10和圍繞所述金屬磁性粒子10表面的絕緣涂膜20，所述絕緣涂膜20含有由氧化鋁、氧化鋯和氧化硅而成的組中選擇的至少一種物質(zhì)。所述軟磁材料的電阻率ρ為至少3000μΩcm且不大于50000μΩcm。有機(jī)物40介入復(fù)合磁性粒子30之間。
(實(shí)施例1)根據(jù)實(shí)施例1，制造根據(jù)本發(fā)明的軟磁材料。首先，制備平均粒徑為70μm的鐵粒子作為金屬磁性粒子。用濕法將這些鐵粒子涂上充當(dāng)絕緣涂膜的Al2O3膜。此時(shí)，將絕緣涂膜的厚度設(shè)置為約100nm。通過(guò)這樣的涂層，用Al2O3膜圍繞鐵粒子表面，形成復(fù)合磁性粒子。
通過(guò)將復(fù)合磁性粒子與平均粒徑不大于100μm的聚苯硫樹(shù)脂粒子相互混合而制備混合粉末。將混合粉末引入金屬模具中并且進(jìn)行壓縮模塑。此時(shí)，在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行壓力模塑，將金屬模具設(shè)置在常溫，并且將壓力設(shè)置為882MPa。如此，獲得壓坯樣品。然后，熱處理壓坯。在氮?dú)鈿夥罩?00℃的溫度進(jìn)行熱處理3小時(shí)。然后測(cè)量的樣品的電阻率、密度和磁導(dǎo)率μ分別為5670μΩcm、7.5g/cm3和2050。
(比較例)在比較例1中，制備Somalloy 500(商品名)作為復(fù)合磁性粒子。Somalloy500是通過(guò)將磷酸酯涂膜模塑在鐵粒子表面上而制備的復(fù)合磁性粒子。將聚苯硫的粒子混合到復(fù)合磁性粒子中制備混合粉末。將混合粉末引入壓坯機(jī)中并且進(jìn)行加壓成型。此時(shí)，在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行加壓成型，將金屬模具設(shè)置在常溫，并且將壓力設(shè)置為882MPa。如此，獲得壓坯樣品。
然后，熱處理壓坯。在氮?dú)鈿夥罩?00℃的溫度進(jìn)行熱處理0.5小時(shí)。此后測(cè)量壓坯的電阻率和磁導(dǎo)率。電阻率為350μΩcm，并且磁導(dǎo)率μ為600。
從上述結(jié)果證實(shí)，本發(fā)明的軟磁材料可以滿足軟磁材料所需的磁性。
必須認(rèn)為此時(shí)公開(kāi)的實(shí)施方案和實(shí)施例是說(shuō)明性的而非限制性的。本發(fā)明的范圍不是由上述描述顯示，而是由專利的權(quán)利要求的范圍顯示的，意圖在于包括在等價(jià)于專利的權(quán)利要求范圍的含意和范圍內(nèi)的所有修改。
權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)1、一種軟磁材料，其包含多個(gè)復(fù)合磁性粒子(30)，其中所述多個(gè)復(fù)合磁性粒子(30)的每一個(gè)都具有金屬磁性粒子(10)和圍繞所述金屬磁性粒子(10)表面的絕緣涂膜(20)，所述絕緣涂膜(20)含有由氧化鋁、氧化鋯和氧化硅而成的組中選擇的至少一種物質(zhì)，并且電阻率ρ為至少3000μΩcm且不大于50000μΩcm，并且磁導(dǎo)率μ為至少2000并且不大于4000。
2、一種制造根據(jù)權(quán)利要求1的軟磁材料的方法，該方法包括以下步驟通過(guò)將具有金屬磁性粒子(10)和圍繞所述金屬磁性粒子(10)表面的絕緣涂膜(20)的多個(gè)復(fù)合磁性粒子(30)壓制而制備壓坯，所述絕緣涂膜(20)含有由氧化鋁、氧化鋯和氧化硅而成的組中選擇的至少一種物質(zhì)；和在至少400℃且不大于900℃的溫度、大氣壓對(duì)所述的壓坯進(jìn)行第一次熱處理。
3、根據(jù)權(quán)利要求2的制造軟磁材料的方法，該方法還包括在進(jìn)行所述的第一次熱處理之后壓制所述的壓坯，并且其后在至少400℃且不大于900℃的溫度、大氣壓進(jìn)行第二次熱處理的步驟。
權(quán)利要求
1.一種軟磁材料，其包含多個(gè)復(fù)合磁性粒子(30)，其中所述多個(gè)復(fù)合磁性粒子(30)的每一個(gè)都具有金屬磁性粒子(10)和圍繞所述金屬磁性粒子(10)表面的絕緣涂膜(20)，所述絕緣涂膜(20)含有由氧化鋁、氧化鋯和氧化硅而成的組中選擇的至少一種物質(zhì)，并且電阻率ρ為至少3000μΩcm且不大于50000μΩcm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的軟磁材料，其中磁導(dǎo)率μ為至少2000并且不大于4000。
3.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1或2的軟磁材料的方法，該方法包括以下步驟通過(guò)將具有金屬磁性粒子(10)和圍繞所述金屬磁性粒子(10)表面的絕緣涂膜(20)的多個(gè)復(fù)合磁性粒子(30)壓制而制備壓坯，所述絕緣涂膜(20)含有由氧化鋁、氧化鋯和氧化硅而成的組中選擇的至少一種物質(zhì)；和在至少400℃且不大于900℃的溫度、大氣壓對(duì)所述的壓坯進(jìn)行第一次熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的制造軟磁材料的方法，該方法還包括在進(jìn)行所述的第一次熱處理之后壓制所述的壓坯，并且其后在至少400℃且不大于900℃的溫度、大氣壓進(jìn)行第二次熱處理的步驟。
全文摘要
公開(kāi)的是一種具有最佳電阻率的軟磁材料和用于制造這樣的軟磁材料的方法。所述軟磁材料包含多個(gè)復(fù)合磁性粒子(30)。每個(gè)復(fù)合磁性粒子(30)包含金屬磁性粒子(10)和絕緣涂膜(20)，所述絕緣涂膜(20)覆蓋所述金屬磁性粒子(10)表面，并且含有由氧化鋁、氧化鋯和氧化硅而成的組中選擇的至少一種物質(zhì)。所述軟磁材料的電阻率不小于3,000μΩcm且不大于50,000μΩcm，并且磁導(dǎo)率μ不小于2,000且不大于4,000。制造這樣的軟磁材料的方法包括通過(guò)將多個(gè)復(fù)合磁性粒子(30)壓縮而壓制壓坯的步驟，以及在不低于400℃且不高于900℃的溫度對(duì)所述的壓坯進(jìn)行第一次熱處理的步驟。
文檔編號(hào)H01F1/24GK1846282SQ20048002535
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月3日
發(fā)明者豐田晴久, 水谷良治 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社, 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社