[发明专利]一种铁基非晶磁粉芯的制备方法

说明书

本发明公开了一种铁基非晶磁粉芯的制备方法，属于软磁复合材料技术领域，包括如下步骤：S1、对水气联合雾化制备的非晶粉末筛分后利用硅烷偶联剂进行表面改性预处理；S2、通过溶胶凝胶法，采用二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸四乙脂共同水解，对非晶磁粉进行绝缘包覆处理，在磁粉表面生成均匀致密的超疏水纳米SiOsubgt;2/subgt;绝缘层。S3、上述绝缘包覆后的非晶磁粉用环氧树脂进行粘结，然后烘干、压制成型，最后进行去应力退火得到高频下低损耗的非晶磁粉芯。本发明所制备的非晶磁粉芯有效磁导率高，直流偏置性能好，且高频下损耗低，适于用作电力电子领域的扼流线圈等电感元件。

技术领域

本发明属于软磁复合材料技术领域，尤其涉及一种铁基非晶磁粉芯的制备方法。

背景技术

近年来，随着5G通讯、高频电路、大功率化和智能制造的发展，对高标准的电子器件有着更严格的要求。以功率电感器为代表的电子元器件逐渐朝着小型化、轻量化以及高功率的方向发展。与此同时，软磁材料作为电感器的磁芯材料及电子元器件的重要基石之一，也被提出了更高的性能要求。

金属磁粉芯是基于传统粉末冶金工艺发展而来的一类磁性复合材料，通过在铁磁性粒子表面封装一层薄的电绝缘表面涂层，再压制成所需要的三维形状，已经逐渐在电子、机械、新能源等各领域得到广泛的应用。

非晶磁粉芯由于不存在磁晶各向异性和晶粒边界，以及位错、堆垛、层错等缺陷，因此磁滞损耗很小且在强度、塑韧性和耐腐蚀性上有明显优势。此外，相对于晶态粉芯，非晶粉芯的原料粉末价格相对较低，其高电阻率、低矫顽力、高磁化饱和度和优异的直流偏置特性，能够满足电磁器件小型化和集成化的内在要求，适用于工业领域的投入生产与使用。

选择合适的电绝缘材料以及通过合适的方式将其均匀包覆在磁粉表面是提升粉芯高频应用的关键所在。无机/有机复合材料对于磁粉进行复合包覆，被证明能够有效降低粉芯的高频损耗，同时保证粉芯具有良好的力学/磁学综合性能。先在磁粉表面包覆一层无机物而后结合树脂对磁粉进行粘结，最后压制成粉芯是无机/有机复合包覆的一般步骤。

传统的磷酸钝化的方式通过添加钝化液直接可在磁粉表面生成一层无机钝化膜，工艺操作简单但存在环境污染的问题，且钝化膜在高频下对涡流的阻碍效果有限，因此高频下磁学性能受限。溶胶凝胶法，是一种原位生成无机氧化物纳米粒子的湿化学方法，通过合适前驱物的水解与缩合，可以在磁粉表面包覆一层高电阻率的纳米氧化物。以SiO₂为代表的高电阻率氧化物纳米粒子是对磁粉进行绝缘包覆的理想材料，利用正硅酸四乙脂作为前驱物制备无机纳米SiO₂粒子在封装、涂层等多个领域得到广泛应用。正硅酸四乙脂分子中与Si原子相连的四个乙氧基在合适的反应条件下通过水解成羟基，最终得到Si(OH)₄中间物,再通过Si(OH)₄的缩聚反应，最终在三维空间中生成高电阻率的SiO₂纳米粒子，然而溶胶凝胶体系中通过水解缩合过程所产生纳米氧化物粒子表面含有大量的羟基，具有较强的亲水性。利用溶胶凝胶法在磁粉表面原位生成的无机氧化物纳米粒子容易发生团聚，从而影响绝缘包覆的均匀性使得高频下的应用受限。传统的工业生产中，通过添加硅烷偶联剂进行表面改性处理，可以在一定程度改善纳米粒子的分散性。硅烷偶联剂作为表面处理剂，可以促进无机纳米粒子与磁粉表面的粘附，改善纳米粒子在溶液中的分散程度，在申请号为“202110764301.1”的中国发明专利中，记载了“在本技术方案中，由于高频应用条件下磁粉芯涡流损耗…可以有效的解决困扰5G通讯方面材料高频化使用的问题”，根据以上记载，硅烷偶联剂可以作为一种无机纳米粒子的表面疏水调节剂。另一方面，硅烷偶联剂中的官能团与树脂进行有效的键合，使其在三维空间中交联聚合，成为一种良好的粘结改性剂，提升粉芯的整体力学性能。