[发明专利]一种铁基软磁复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种铁基软磁复合材料，由绝缘剂和铁基磁性粉末组成，所述绝缘剂由无机氮化物粉末组成，无机氮化物粉末包括氮化铝粉末和氮化硼粉末，所述铁基磁性粉末选自还原铁粉、雾化铁粉、羟基铁粉、铁硅合金粉末、铁硅铝合金粉末和铁硅镍合金粉末中的一种或两种以上的组合物，颗粒分布为80‑400目。绝缘包覆层与粉末基体之间以核壳结构的形式结合，有效的提高包覆的均匀性和完整性，所采用的绝缘包覆介质（纳米AlN+BN粉末）具有良好的导热和绝缘性能，在提高软磁复合材料电阻率的同时还可以达到导通磁性粉末颗粒间热量传导通道的效果。

技术领域

本发明属于磁性功能材料领域，具体涉及一种铁基软磁复合材料及其制备方法。

背景技术

软磁复合材料（又称磁粉芯，Soft Magnetic Composites，SMCs）是一种以磁性颗粒为原料，在颗粒表面包覆绝缘介质层后，采用粉末冶金工艺将粉体压制成所需形状并通过热处理而得到的软磁材料。软磁复合材料具有三维（3D）各向同性、低的涡流损耗、良好的频率特性及易于机械加工等优点，将其用于kHz-MHz范围的高频交流器件、宽带射频变压器以及动力驱动系统中的电磁部件等场合，具有其它材料难以比拟的优势。早期软磁复合材料主要应用于低频，对其研究主要着眼于如何提高磁导率而对损耗要求不高，近年来随着器件微型化和高频化的发展，材料的使用频率越来越高，降低高频损耗发热就成了亟待解决的问题。

近几年，国内外关于绝缘包覆层的选择进行了诸多的研究。目前铁基软磁复合材料的制备方法一般是将铁基磁性粉末和有机树脂类绝缘剂混合后，经模压成型和热处理后获得。由于这些有机物的耐热温度一般较低，不能进行有效的热处理来消除压制应力对磁性的影响，为了提高SMC材料的热处理温度来消除压制时产生的应力，无机包覆逐步成为人们研究的热点。无机包覆的种类可以分为：无机磷酸盐包覆（锌磷酸，铁磷酸盐和锰磷酸）、金属氧化物包覆（SiO₂，MgO）及铁氧体包覆物等。

钟小溪等（XiaoxiZhong, et al. Journal of Magnetism and MagneticMaterials, 2012, 324: 2631-2636）将FeSiAl粉末置于H₂-N₂气氛中，通过表面选择性氮化氧化技术在FeSiAl粉末表面生成AlN-Al₂O₃的混合绝缘层，混合绝缘层是粉末基体表面发生的原位化学反应的产物，所以与基体能够保持很好的结合强度。郭峰（中国发明专利，CN103545074A）公开了一种用于制备金属粉芯的具有复合结构的磁性金属粉末，该种金属粉末具有三层结构，从内到外依次为磁性金属粉末、硬度较软的金属层和具有绝缘特性的离子型化合物。采用此粉末制备的金属粉芯的残余应力小、粉芯密度高和较好的直流偏置特性。江西磁姆新材料科技有限公司的钟远东等人公开了一种高性能软磁复合材料的制备方法（中国发明专利 CN 104157389A），采用纳米氮化硅和氮化铝介电材料包覆铁粉，可以有效地防止铁粉氧化，利于减少涡流损耗。

上述的绝缘包覆材料，无论是有机树脂、使用化学法在粉末表面生成无机磷酸盐、金属氧化物或是软磁铁氧体粉末，作为包覆剂都有一个共同的缺点，就是包覆材料本身的导热性能较差，将它们包覆在磁性颗粒表面时，虽可以利用其高电阻率的特性在一定程度上降低软磁复合材料铁磁颗粒间的涡流损耗，但不能从根本上解决高频下软磁复合材料内部损耗发热的问题。以往的研究主要致力于如何降低软磁复合材料内部产生的涡流损耗，而对于高频损耗产生的热量散失问题缺乏有效的研究。氮化铝（AlN）和氮化硼（BN）都是很有潜力的导热填料，热导率分别约为170-220W/mK和71-121W/mK，热膨胀系数很小，绝缘性能优异，介电常数较高。基于AlN和BN优异的绝缘性能和导热特性，利用其作为绝缘包覆材料，可以在提高软磁复合材料电阻率的同时还可以达到导通基体粉末颗粒间热量传导通道的效果，对于降低软磁复合材料内部的高频损耗热有非常重要的作用。