[发明专利]一种高直流偏置高频率稳定性铁硅铝粉芯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及软磁材料制备技术领域，具体为一种高直流偏置高频率稳定性铁硅铝粉芯的制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着半导体功率器件的发展，电力电子设备呈现出高功率密度和高频化的发展趋势，这要求配套软磁粉芯材料的磁导率在大磁场和高频下的跌落较小，即同时具有高直流偏置和高频率稳定性。

在金属软磁粉芯材料体系中，常见的有纯铁、铁镍（坡莫）合金、铁镍钼合金、铁硅合金、以及铁硅铝合金等。其中，由于铁硅铝合金具有较低的磁芯损耗水平和低廉的价格，在中小功率器件中获得了广泛应用。目前，常规的铁硅铝软磁粉芯制备工艺主要是采用磷酸钝化工艺在铁硅铝原粉颗粒表面生成磷酸盐绝缘层，从而实现磁粉颗粒间的绝缘，降低磁粉芯的铁损。但由于磷酸盐材料本身的电阻率、高频稳定性以及热稳定性的局限，导致磷酸钝化工艺制备的常规铁硅铝软磁粉芯具有直流偏置能力差（有效磁导率60μ的产品100 Oe下的有效磁导率百分比不高于50%）、高频稳定性较差（有效磁导率60μ的产品2000 kHz的有效磁导率百分比不高于97%）以及耐温性能差的问题。

为了解决这些问题，研究人员尝试通过使用氧化物无机粘结剂或硅基树脂有机粘结剂等方式引入SiO₂等高电阻率高热稳定性绝缘材料，或者改变单一铁硅铝粉末配方转而采用复合粉芯的方法。例如，（1）一种金属软磁粉芯用无机绝缘粘结剂及其制备方法，采用由SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、云母粉及水混合而成的无机绝缘粘结剂。但该工艺在使用无机粘结剂之前，仍然先将金属磁粉加入到重铬酸盐或重铬酸盐与磷酸盐的混合液中进行表面钝化处理，因此，该方法的基础绝缘材料仍是无机酸盐，所制备的铁硅铝粉芯的高频稳定性很差（2000 kHz的有效磁导率百分比仅高于24%），显然无法有效解决上述问题。（2）一种有效磁导率为60的铁硅铝软磁粉芯的制备方法，采用中强酸将粒度为-100目~300目的破碎铁硅铝粉在30 ℃~100 ℃进行钝化处理，随后继续升温至200 ℃~350 ℃，加入硅脂和绝缘剂继续保温搅拌，最后压制、热处理获得磁导率为60的铁硅铝软磁粉芯。该工艺需要对使用的强酸进行稀释处理，稀释至20倍~30倍；在粉末绝缘处理中使用的高价格硅脂和绝缘剂需要通过酒精进行稀释处理，然后通过超声粉碎30分钟~60分钟后才能够使用；在反应温度上需要在两个升温以后的温度区间对粉末进行钝化处理，并且对使用的试剂需要进行前期的预处理。显然，该工艺方法也是使用酸钝化先进行基础绝缘，无法解决无机酸盐绝缘材料的缺陷，而且过程复杂，不易操作，且成本较高。（3）一种高直流偏置特性铁硅铝磁粉芯的制备方法对粉芯粉末配方做了改进，将低硬度塑性粉末加入到铁硅铝金属粉末中，使金属粉末均匀分布在铁硅铝粉末中，然后采用磷酸钝化工艺，对粉末进行绝缘钝化处理，最后通过压制成型以及热处理制备出高直流偏置性能的铁硅铝软磁粉芯。该方法还是使用磷酸钝化进行绝缘，也无法解决磷酸钝化粉芯的缺陷，而且该方法制得的有效磁导率为60的铁硅铝软磁粉芯并没有获得高直流偏置性能，100 Oe的有效磁导率百分比仅约50%。

鉴于以上情况，提供一种绝缘工艺不依赖于无机酸钝化、不使用高成本硅基树脂、操作简便的基于氧化物包覆工艺的铁硅铝制备方法，并获得高直流偏置性能和高频率稳定性，是铁硅铝粉芯领域亟待解决的问题。

实施新型内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高直流偏置高频率稳定性铁硅铝粉芯的制备方法，不使用高成本硅基树脂、操作简便的基于氧化物包覆工艺的铁硅铝制备方法，并获得高直流偏置性能和高频率稳定性，是铁硅铝粉芯领域亟待解决的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高直流偏置高频率稳定性铁硅铝粉芯的制备方法，包括以下步骤:

S1、选用破碎铁硅铝原粉，原粉粒度分布为-100目~+325目；

S2、以破碎铁硅铝原粉质量作为比例基准，加入质量比为0.3%~1.5%的环氧树脂、0.2%~0.5%的SiO₂粉末、1.0%的丙酮以及9.0%的水；在常温下搅拌20分钟后，形成均匀的混合浆料；随后，加热至100℃~150℃，并继续保温搅拌10分钟~30分钟；保温结束后，将干燥的绝缘包覆粉末用100目的筛网进行过筛；

S3、向过筛后的绝缘包覆粉末中加入占粉末质量0.3%的粘结剂、0.4%的脱模剂，混合均匀后，得到待成型的磁粉；