[发明专利]一种颗粒间绝缘的高硅钢铁芯及其制备方法

说明书

本发明公开了一种颗粒间绝缘的高硅钢铁芯及其制备方法，属于高硅钢铁芯技术领域。本发明将高硅铁硅合金粉末和硅粉混合均匀，在惰性气体保护下于500～1000℃热处理0.5～5h；热处理后的复合粉末在氧化气氛下于300～600℃氧化处理1～5h，再加入无机氧化物粉末，在惰性气体保护下，于750～1050℃条件下保温0.5～4h；将表面绝缘包覆后的高硅铁硅合金复合粉末置于放电等离子烧结炉中，以20～150℃/min的升温速率从室温升至900～1300℃，保温5～20min，随炉冷却，出炉，脱模，即得颗粒间绝缘的高硅钢铁芯。本发明制备方法的工艺简单，周期短，材料利用率高，成本低，且制备所得高硅钢铁芯的铁损更低，机械强度更好、热稳定性更高、使用寿命更长。

技术领域

本发明属于高硅钢铁芯技术领域，更具体地说，涉及一种颗粒间绝缘的高硅钢铁芯及其制备方法。

背景技术

硅钢是一类重要的软磁材料，电力和电子工业在制造电机、变压器、互感器、电抗器及其它电器仪表时都离不开它。研究表明，随着硅钢中硅含量的增加，其电阻率提高、涡流损耗降低，相对磁导率和磁感应强度提高，表现出优异的软磁特性，从而可以满足电磁转换装备高频化的应用需求。

通常，硅钢铁芯的涡流损耗与硅钢薄板厚度的平方成正比，所以要尽量减少硅钢薄板的厚度，现有技术中通常是通过轧制的方法将硅钢薄板的厚度控制在1mm以下，以达到降低涡流损耗的目的。但是，当硅钢中硅含量超过4.5wt％时，易引起B2和DO₃等有序相的出现，致使其塑韧性急剧下降，延伸率近乎为零，这就导致其轧制、冲裁和成型异常困难，难以通过常规轧制方法将硅钢薄板厚度控制在1mm以内，从而导致其涡流损耗较大，进而给高硅钢产品的开发和大批量生产带来了诸多困难，极大地限制了高硅钢在工业上的规模化推广应用。

因此，研究开发出既可以避开其脆性，又能满足低损耗应用需求的高硅钢非常必要，这也是当前高硅钢研究的热点与难点。目前，在世界范围内只有日本JFE公司采用化学气相沉积－扩散退火技术实现了高硅电工钢薄板的规模化生产，但采用该方法生产高硅钢薄板的成本相对较高，且污染性较大，从而影响其正常推广应用。而高硅钢薄板生产的其他技术，如以轧制技术为代表的热轧－温轧－冷轧工艺、以单辊甩带和双辊铸轧为代表的近终成形技术、以粉末冶金为基础的喷射成形－轧制方法以及粉末轧制技术等也或因成本较高、或因受环境制约、或因工艺成熟度不够、或因材料利用率较低等问题而制约了其进一步应用。

如，中国专利申请号为201010297551.0的申请案公开了一种高硅钢薄带及其制备方法，该申请案通过真空冶炼降低高硅钢中的夹杂物及有害气体含量，保证钢液的纯净度，然后对其进行铸轧，浇铸温度1470℃～1510℃，铸带厚度1.5～2.0mm，出铸辊后对铸带进行喷水冷却，保温，温轧，最后经过再结晶退火获得产品。该申请案是采用传统轧制技术来制备高硅钢薄带的，在一定程度上可以获得性能相对优异的高硅钢产品，但采用该方法难以将高硅钢产品的厚度控制在1mm以内，从而导致其涡流损耗仍较大，无法很好地满足现有电磁转换装备高频化的应用需求。

又如，申请号为201410354648.9的专利公开了一种晶间绝缘的高硅电工钢铁芯及其制备方法，该申请案操作如下：将铁硅合金粉末、无水乙醇、硅烷偶联剂和蒸馏水按质量比为1︰(6～10)︰(0.04～0.1)︰(0.2～0.5)依次加入反应容器内，搅拌；再向其中加入正硅酸乙酯或正硅酸甲酯，再加入氨水，继续搅拌；洗涤，过滤，干燥；然后在600～800℃条件下保温1～3h，随炉冷却，压制成型；最后置入烧结炉内，在950～1350℃条件下烧结1～10h，随炉冷却，即得晶间绝缘的高硅电工钢铁芯。采用该申请案的方法在一定程度上能够降低高硅电工钢铁芯的铁损，且其工艺操作简单、成本低。但通过该工艺引入的非磁性的SiO₂绝缘层的量较多，会降低饱和磁感应强度和磁导率等；另外包覆的绝缘层致密性难以调控，影响降低高硅钢铁芯的涡流损耗的效果。

综上所述，在完善现有工艺技术的同时，开发新的高硅钢的制备工艺对于高硅钢的应用非常必要。

发明内容