專利名稱：壓粉鐵心及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種壓粉鐵心及其制造方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于電機(jī)鐵心、電源回路的扼流圈等類似制品中的壓粉鐵心及其制造方法。
背景技術(shù)：
近些年，人們強(qiáng)烈要求使裝有電磁閥、電機(jī)或電源回路的電氣設(shè)備設(shè)計(jì)小型化、高效率化和高輸出化。對(duì)于這些電氣設(shè)備，使用高頻率作為工作頻率范圍是有效的。因此，越來(lái)越多地使用較高頻率，例如，對(duì)于電磁閥、電機(jī)等類似制品，使用從幾百Hz到幾kHz的頻率；對(duì)于電源回路，使用從幾十kHz到幾百kHz的頻率。
諸如電磁閥和電機(jī)之類的電氣設(shè)備主要在不超過(guò)幾百Hz的頻率下工作，并且使用所謂的電磁鋼板作為用于鐵心的材料，因?yàn)檫@種材料的鐵耗低。鐵心材料的鐵耗一般可分為磁滯損耗和渦流損耗。將矯頑力較低的鐵-硅合金薄板的表面進(jìn)行絕緣化處理，并且將這些板堆疊以形成上述電磁鋼板。這種結(jié)構(gòu)具有低的磁滯損耗是公知的。渦流損耗與工作頻率的平方成比例，而磁滯損耗與工作頻率的關(guān)系是線性的。因此，如果工作頻率不超過(guò)幾百Hz，則磁滯損耗是主要的。這樣，在該頻率范圍內(nèi)，使用磁滯損耗低的電磁鋼板特別有效。
但是，由于當(dāng)工作頻率超過(guò)1kHz時(shí)，渦流損耗變成是主要的，因此必須用電磁鋼板以外的材料制成鐵心。在這些情況下，使用具有較低渦流損耗特性的壓粉鐵心和軟磁鐵氧體磁心是有效的。壓粉鐵心是使用粉末形式的軟磁性材料(例如鐵、鐵-硅合金、硅鋁鐵粉合金、坡莫合金或鐵系非晶合金)制成的。更具體地說(shuō)，將具有優(yōu)異絕緣性的粘結(jié)劑成分與所述的軟磁性材料混合，或者將粉末表面進(jìn)行絕緣化處理，再將所得到的粉末壓制成壓粉鐵心。
由于軟磁鐵氧體磁心材料本身具有高電阻，因此作為低渦流損耗材料特別有效，這是公知的。但是，使用軟磁鐵氧體導(dǎo)致飽和磁通密度低，從而難以獲得高輸出。在這方面，壓粉鐵心是有效的，因?yàn)槠渲饕煞质蔷哂懈唢柡痛磐芏鹊能洿判圆牧稀?br> 此外，壓粉鐵心的制造工藝包括壓制過(guò)程，這導(dǎo)致由于變形而使粉末產(chǎn)生形變。這將增大矯頑力并造成壓粉鐵心具有高磁滯損耗。因此，當(dāng)使用壓粉鐵心作為鐵心材料時(shí)，在成形體被壓制之后必須進(jìn)行消除形變的操作。
一種消除形變的有效方式是對(duì)成形體進(jìn)行熱退火處理。通過(guò)采用較高的熱處理溫度，可以更加有效地消除形變并減小磁滯損耗。但是，如果熱處理溫度被設(shè)定得太高，則軟磁性材料的絕緣粘結(jié)劑成分或絕緣涂層將會(huì)分解或退化，從而使渦流損耗增大。因此，只能在不產(chǎn)生此問(wèn)題的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理。結(jié)果，提高軟磁性材料的絕緣粘結(jié)劑成分或絕緣涂層的耐熱性是減小壓粉鐵心鐵耗的重要因素。
在傳統(tǒng)壓粉鐵心的代表例中，在形成有作為絕緣涂層的磷酸鹽涂層的純鐵粉中加入約0.05質(zhì)量％到0.5質(zhì)量％的樹(shù)脂成分。然后加熱成形，并進(jìn)行熱退火處理以消除形變。在這種情況下，熱處理溫度大約為200℃到500℃，這是絕緣涂層的熱分解溫度。但是，由于熱處理溫度低，所以不能達(dá)到充分消除形變的效果。
日本公開(kāi)專利公報(bào)No.2003-303711披露了一種包含耐熱絕緣涂層的鐵基粉末和使用這種粉末的壓粉鐵心，其中在進(jìn)行退火處理以減小磁滯損耗時(shí)，不破壞絕緣(參見(jiàn)專利文獻(xiàn)1)。關(guān)于專利文獻(xiàn)1所披露的鐵基粉末，以鐵作為主要成分的粉末的表面被含有硅樹(shù)脂和顏料的涂層所覆蓋。優(yōu)選的是，將含有諸如硅化合物之類的材料的涂層用作上述含有硅樹(shù)脂和顏料的涂層的下層。關(guān)于顏料，D50級(jí)別的、平均粒徑為40微米的粉末是優(yōu)選的。
日本公開(kāi)專利公報(bào)No.2003-303711發(fā)明內(nèi)容如上所述，通過(guò)對(duì)粉末形式的軟磁性材料進(jìn)行壓制，而制成壓粉鐵心。但是，當(dāng)對(duì)專利文獻(xiàn)1所述的鐵基粉末進(jìn)行壓制時(shí)，處于粉末表面的涂層之間存在很強(qiáng)的摩擦，形成涂層受損的壓粉鐵心。這在鐵基顆粒之間產(chǎn)生渦流，從而由于渦流損耗而導(dǎo)致壓粉鐵心的鐵耗增大。此外，當(dāng)對(duì)鐵基粉末進(jìn)行壓制時(shí)，施加力量而使處于粉末表面上的涂層受到壓縮，形成在某些區(qū)域涂層較薄的壓粉鐵心。這樣就會(huì)阻礙涂層在這些薄區(qū)域處充分發(fā)揮絕緣涂層的作用，從而同樣由于渦流損耗而導(dǎo)致壓粉鐵心的鐵耗增大。
本發(fā)明的目的是克服上述這些問(wèn)題，并提供帶有耐熱性優(yōu)異的絕緣涂層的壓粉鐵心及其制造方法，所述涂層可以充分限制顆粒之間的渦流流動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的壓粉鐵心具有彼此粘接而成的多個(gè)復(fù)合磁性顆粒。所述的多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)均包括金屬磁性顆粒10；包圍金屬磁性顆粒10的表面10a的下層涂層20；包圍下層涂層20的表面20a的、并含有硅的上層涂層30；以及含有金屬氧化物并處于下層涂層20和/或上層涂層30中的分散顆粒50。分散顆粒的平均粒徑R滿足條件10nm＜R≤2T，其中T是由下層涂層和上層涂層結(jié)合而成的涂層的平均厚度。
在此壓粉鐵心中，設(shè)置含有硅(Si)的上層涂層，以覆蓋絕緣性下層涂層的表面。含有硅的上層涂層在約200℃到300℃的溫度下被熱分解，但是熱分解通常使其轉(zhuǎn)變成耐熱性達(dá)到約600℃的Si-O基化合物。而且，含有金屬氧化物的分散顆粒具有1000℃或高于1000℃的高溫耐熱性。因此，在上層涂層中存在著含有金屬氧化物的分散顆粒的情況下，由熱分解而轉(zhuǎn)變成的Si-O基化合物的耐熱性可以進(jìn)一步得到提高。結(jié)果，當(dāng)對(duì)壓粉鐵心進(jìn)行熱處理以消除形變時(shí)，可以抑制上層涂層的退化。而且，抑制上層涂層的退化還可以保護(hù)其下面的下層涂層。這樣，通過(guò)高溫?zé)崽幚砜梢詼p小磁滯損耗，從而通過(guò)上層涂層和下層涂層可以減小壓粉鐵心的渦流損耗。
處于下層涂層和/或上層涂層上的分散顆粒起到間隔物的作用，在進(jìn)行壓制以制成壓粉鐵心時(shí)，用于把相鄰的金屬磁性顆粒分隔開(kāi)。由于分散顆粒的平均粒徑R超過(guò)10nm，所以分散顆粒不是太小。因此，絕緣顆?？梢栽诮饘俅判灶w粒之間充分起到間隔物的作用，從而更加可靠地減小壓粉鐵心的渦流損耗。
而且，分散顆粒的平均粒徑R不超過(guò)涂層厚度T的兩倍。因此，分散顆粒的平均粒徑相對(duì)于涂層厚度而言不是太大，使得分散顆粒在涂層中可以受到穩(wěn)定的支承。由此可以防止分散顆粒從涂層上脫落，從而可以可靠地獲得上述的分散顆粒的有益效果。而且，當(dāng)進(jìn)行壓制以制成壓粉鐵心時(shí)，分散顆粒不會(huì)妨礙金屬磁性顆粒的塑性變形，使得可以增大在壓制后所得到的成形體的密度。此外，在壓制過(guò)程中，分散顆粒還防止上層涂層和下層涂層受到損壞，并抑制相鄰金屬磁性顆粒之間形成間隙。由此可以保持金屬磁性顆粒之間的絕緣性，并且可以防止在顆粒之間形成退磁磁場(chǎng)。此外，通過(guò)使涂層具有兩層結(jié)構(gòu)，使得在壓制過(guò)程中，上層涂層和下層涂層可以彼此相對(duì)滑動(dòng)和移動(dòng)。這樣在金屬磁性顆粒變形過(guò)程中，可以防止上層涂層被撕破，從而提供均勻的、作為保護(hù)涂層的上層涂層。
優(yōu)選的是，下層涂層包含選自以下化合物中的至少一種化合物磷化合物、硅化合物、鋯化合物和鋁化合物。對(duì)于這種壓粉鐵心而言，上述這些材料的優(yōu)異絕緣性可以有效地抑制金屬磁性顆粒之間的渦流流動(dòng)。
優(yōu)選的是，分散顆粒包含選自以下氧化物中的至少一種氧化物氧化硅、氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦。對(duì)于這種壓粉鐵心而言，上述這些材料可以提供適當(dāng)高的耐熱性。因此，如果分散顆粒存在于上層涂層中，則可以有效地改善上層涂層的耐熱性。
還優(yōu)選的是，下層涂層的平均厚度至少為10nm并且不超過(guò)1微米。對(duì)于這種壓粉鐵心而言，將下層涂層的平均厚度設(shè)定為至少10nm，可以抑制流過(guò)涂層的隧道電流，并防止由這些隧道電流造成的渦流損耗增大。而且，由于下層涂層的平均厚度不超過(guò)1微米，所以可以防止金屬磁性顆粒之間的距離變得太大而產(chǎn)生退磁磁場(chǎng)(由于在金屬磁性顆粒中產(chǎn)生磁極而損失能量)。這樣可以抑制由退磁磁場(chǎng)而造成的磁滯損耗增大。而且，可以防止由于下層涂層在壓粉鐵心體積中的比例太低而造成的飽和磁通密度減小。
優(yōu)選的是，上層涂層的平均厚度至少為10nm并且不超過(guò)1微米。對(duì)于這種壓粉鐵心而言，上層涂層具有一定程度的厚度，因?yàn)槠淦骄穸戎辽贋?0nm。這使得上層涂層可以在壓粉鐵心的熱處理過(guò)程中發(fā)揮保護(hù)膜的功能。而且，由于上層涂層的平均厚度不超過(guò)1微米，所以可以防止由于金屬磁性顆粒之間的距離變得太大而產(chǎn)生退磁磁場(chǎng)。這樣可以抑制由退磁磁場(chǎng)而造成的磁滯損耗增大。
根據(jù)本發(fā)明用于制造壓粉鐵心的方法，是用于制造任何上述壓粉鐵心的方法。制造壓粉鐵心的方法包括使多個(gè)金屬磁性顆粒成形以形成成形體的步驟；以及在至少500℃并且低于800℃的溫度下對(duì)成形體進(jìn)行熱處理的步驟。根據(jù)這種制造鐵心的方法，使用至少500℃的高溫對(duì)成形體進(jìn)行熱處理，可以充分減小成形體中存在的形變。這樣可以得到磁滯損耗低的壓粉鐵心。而且，由于熱處理溫度低于800℃，所以可以避免由于高溫而造成的上層涂層和下層涂層的退化。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，可以提供一種壓粉鐵心及其制造方法，該壓粉鐵心包括耐熱性優(yōu)異的絕緣涂層，并且通過(guò)有效地使用此涂層可以充分抑制顆粒之間的渦流流動(dòng)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的壓粉鐵心的表面的簡(jiǎn)圖；圖2是圖1中由虛線II包圍的部分的詳圖；圖3是圖2中所示分散顆粒排布方式的其它可供選用的例子的簡(jiǎn)圖；圖4是圖2中所示分散顆粒排布方式的另一個(gè)可供選用的例子的簡(jiǎn)圖；圖5是由基于此實(shí)施方式的各種壓粉鐵心材料所得到的最小鐵耗值的對(duì)比圖。
附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明10金屬磁性顆粒；10a、20a表面；20下層涂層；25涂層；30上層涂層40復(fù)合磁性顆粒；50分散顆粒實(shí)施本發(fā)明的最佳方式下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述。
圖1是該實(shí)施方式的壓粉鐵心的表面的簡(jiǎn)圖，圖2是圖1中由虛線II包圍的部分的簡(jiǎn)圖。
參照?qǐng)D1和圖2，壓粉鐵心包括多個(gè)復(fù)合磁性顆粒40，該復(fù)合磁性顆粒40形成自金屬磁性顆粒10；包圍金屬磁性顆粒10的表面10a的下層涂層20；以及包圍下層涂層20的表面20a的、并含有硅(Si)的上層涂層30。復(fù)合磁性顆粒40通過(guò)復(fù)合磁性顆粒40的突起和凹陷彼此粘接在一起。
壓粉鐵心還包括嵌在上層涂層30中的多個(gè)分散顆粒50。分散顆粒50含有金屬氧化物。多個(gè)分散顆粒50大致均勻地分散在上層涂層30中。金屬磁性顆粒10的涂層25(由下層涂層20和上層涂層30形成)的平均厚度為T。分散顆粒50的平均粒徑為R。分散顆粒50的平均粒徑R滿足條件10nm＜R≤2T。
本文所涉及的平均厚度T是按如下方式確定的。通過(guò)組成分析(TEM-EDX透射電子顯微鏡-能量色散型X射線光譜法)得到薄膜組成，通過(guò)電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)得到原子重量。用這些數(shù)據(jù)來(lái)確定等效厚度。此外，用TEM照片直接觀察涂層并確定所計(jì)算的等效厚度的數(shù)量級(jí)。本文所涉及的平均粒徑是指50％粒徑D，即，在激光散射衍射法測(cè)量的粒徑直方圖中，顆粒從直方圖粒徑較小端開(kāi)始的累積質(zhì)量占總質(zhì)量的50％時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。
金屬磁性顆粒10是由飽和磁通密度高且矯頑力低的材料制成的，所述材料可為例如鐵(Fe)、鐵(Fe)-硅(Si)系合金、鐵(Fe)-氮(N)系合金、鐵(Fe)-鎳(Ni)系合金、鐵(Fe)-碳(C)系合金、鐵(Fe)-硼(B)系合金、鐵(Fe)-鈷(Co)系合金、鐵(Fe)-磷(P)系合金、鐵(Fe)-鎳(Ni)-鈷(Co)系合金或鐵(Fe)-鋁(Al)-硅(Si)系合金。在這些材料中，金屬磁性顆粒10優(yōu)選由純鐵顆粒、鐵-硅(大于0并且不超過(guò)6.5質(zhì)量％)合金顆粒、鐵-鋁(大于0并且不超過(guò)5質(zhì)量％)合金顆粒、坡莫合金顆粒、電磁性不銹鋼合金顆粒、硅鋁鐵粉合金顆?；蜩F系非晶合金顆粒制成。
金屬磁性顆粒10的平均粒徑優(yōu)選為至少5微米并且不超過(guò)300微米。對(duì)于平均粒徑至少為5微米的金屬磁性顆粒10而言，金屬磁性顆粒10變得更難以氧化，從而改善軟磁性材料的磁性。對(duì)于平均粒徑不超過(guò)300微米的金屬磁性顆粒10而言，混合粉末的可壓縮性在壓制操作過(guò)程中不下降。這使得由壓制操作得到的成形體具有高密度。
下層涂層20是由具有至少電絕緣性能的材料制成的，所述材料可為例如磷化合物、硅化合物、鋯化合物或鋁化合物。這種材料的例子包括磷酸鐵(含有磷和鐵)、磷酸錳、磷酸鋅、磷酸鈣、氧化硅、氧化鈦、氧化鋁和氧化鋯。
下層涂層20用作金屬磁性顆粒10之間的絕緣層。通過(guò)用下層涂層20覆蓋金屬磁性顆粒10，可以增大壓粉鐵心的電阻率ρ。結(jié)果，可以阻止金屬磁性顆粒10之間的渦流流動(dòng)，并且可以減小由渦流導(dǎo)致的壓粉鐵心的鐵耗。
用磷化合物在金屬磁性顆粒10上形成下層涂層20的方法的一個(gè)例子是使用溶液進(jìn)行濕式涂敷，該溶液是將磷酸金屬鹽和磷酸酯溶解在水中或有機(jī)溶劑中而形成的。用硅化合物在金屬磁性顆粒10上形成下層涂層20的方法的例子包括濕式涂敷硅化合物，如硅烷偶聯(lián)劑、硅樹(shù)脂或硅氮烷；以及使用溶膠-凝膠法涂敷石英玻璃和氧化硅。
用鋯化合物在金屬磁性顆粒10上形成下層涂層20的方法的例子包括濕式涂敷鋯偶聯(lián)劑；以及使用溶膠-凝膠法涂敷氧化鋯。用鋁化合物在金屬磁性顆粒10上形成下層涂層20的方法的例子包括使用溶膠-凝膠法涂敷氧化鋁。形成下層涂層20的方法并不限于上述的那些，并且可以采用適合于形成下層涂層20的各種方法。
下層涂層20的平均厚度優(yōu)選為至少是10nm并且不超過(guò)1微米。這樣可以防止由隧道電流導(dǎo)致的渦流損耗增大，并且防止由金屬磁性顆粒10之間產(chǎn)生的退磁磁場(chǎng)而導(dǎo)致的磁滯損耗增大。更優(yōu)選的是，下層涂層20的平均厚度不超過(guò)500nm；更優(yōu)選的是，其平均厚度不超過(guò)200nm。
上層涂層30是由含硅的硅化合物形成的。對(duì)該硅化合物沒(méi)有特別限定，但其例子包括氧化硅、石英玻璃和硅樹(shù)脂。
形成上層涂層30的方法的例子包括通過(guò)使用溶膠-凝膠法、濕式涂敷、氣相沉積或類似的方法，在形成有下層涂層20的金屬磁性顆粒10上形成上層涂層30；以及通過(guò)將形成有下層涂層20的金屬磁性顆粒10的壓塊置于含硅氣體中并進(jìn)行熱處理，來(lái)形成上層涂層30。形成上層涂層30的方法并不限于上述那些，并且可以使用適合于形成上層涂層30的各種方法。
圖3和圖4是圖2所示分散顆粒的排布方式的其它可供選用的例子的簡(jiǎn)圖。參照?qǐng)D3，分散顆粒50可以嵌在下層涂層20內(nèi)。參照?qǐng)D4，分散顆粒50可以既嵌在下層涂層20中，又嵌在上層涂層30中。分散顆粒50嵌在下層涂層20和/或上層涂層30中，即，嵌在涂層25中的某處。
參照?qǐng)D2到圖4，分散顆粒50是由金屬氧化物(例如氧化硅、氧化鋁、氧化鋯或氧化鈦)形成的。將分散顆粒50分散在涂層25中的方法包括在形成下層涂層20或上層涂層30的過(guò)程中，混入粉末狀態(tài)的分散顆粒50；以及將分散顆粒50沉積在涂層上。但是，可以使用的方法并不限于這些方法。
本發(fā)明這種實(shí)施方式的壓粉鐵心具有彼此粘接而成的多個(gè)復(fù)合磁性顆粒40。所述的多個(gè)復(fù)合磁性顆粒40的每一個(gè)均包括金屬磁性顆粒10；包圍金屬磁性顆粒10的表面10a的下層涂層20；包圍下層涂層20的表面20a的、并含有硅的上層涂層30；以及處于下層涂層20和/或上層涂層30中并含有金屬氧化物的分散顆粒50。分散顆粒50的平均粒徑R滿足條件10nm＜R≤2T，其中T是由下層涂層20和上層涂層30結(jié)合而成的涂層25的平均厚度。
下面將描述制造圖1所示壓粉鐵心的方法。首先，使用上述預(yù)定的方法，在金屬磁性顆粒10的表面10a上形成下層涂層20，并在下層涂層20的表面20a上形成上層涂層30。而且，在形成這些涂層的同時(shí)，將分散顆粒50設(shè)置在涂層25中的某處。由于分散顆粒50的平均粒徑R不超過(guò)涂層25的平均厚度T的兩倍，因此可以以可靠支承狀態(tài)將分散顆粒50設(shè)置在涂層25中。利用上述步驟得到復(fù)合磁性顆粒40。
接著，將復(fù)合磁性顆粒40置于模具中，并在壓力(例如700MPa至1500MPa)下進(jìn)行壓制。這樣壓制復(fù)合磁性顆粒40并且得到成形體。雖然可以使用開(kāi)放的空氣氣氛，但優(yōu)選的是，在惰性氣體氣氛或減壓氣氛下進(jìn)行壓制。這樣可以限制由開(kāi)放空氣中的氧氣造成的復(fù)合磁性顆粒40的氧化。
在壓制時(shí)，嵌在涂層25中的分散顆粒50存在于相鄰的金屬磁性顆粒10之間。分散顆粒50用作限制金屬磁性顆粒10之間產(chǎn)生物理接觸的間隔物，并防止成形體由相鄰的金屬磁性顆粒10彼此接觸而形成。由于分散顆粒50的平均粒徑R大于10nm，因此由于分散顆粒50太小而不能起到間隔物的作用是不可能的。這樣，厚度大于10nm的涂層25可以可靠地介于相鄰的金屬磁性顆粒10之間，從而使相鄰的金屬磁性顆粒10之間保持絕緣。
而且，由于分散顆粒50的平均粒徑R不超過(guò)涂層25的平均厚度T的兩倍，因此分散顆粒50在進(jìn)行壓制時(shí)不會(huì)成為物理障礙物。這樣在壓制過(guò)程中通過(guò)分散顆粒50的流動(dòng)可以避免涂層25被破壞，并且避免由分散顆粒50對(duì)金屬磁性顆粒10的變形所造成的阻礙。
接著，將壓制得到的成形體加熱到至少500℃并低于800℃的溫度。這樣可以去除成形體中的形變和位錯(cuò)。由硅樹(shù)脂或類似物制成的、并具有耐熱性的上層涂層30，用作保護(hù)膜以防止下層涂層20受熱。因此，即使在施加至少為500℃的高溫時(shí)，下層涂層20也不退化。進(jìn)行熱處理的氣氛可以是開(kāi)放空氣，但優(yōu)選使用惰性氣體氣氛或減壓氣氛。這樣可以抑制由開(kāi)放空氣中的氧氣造成的復(fù)合磁性顆粒40的氧化。
上層涂層30的平均厚度優(yōu)選為至少10nm并且不超過(guò)1微米。這樣在熱處理操作過(guò)程中可以有效地抑制下層涂層20的退化，并且防止由金屬磁性顆粒10之間產(chǎn)生的退磁磁場(chǎng)而造成的磁滯損耗增大。更優(yōu)選的是，上層涂層30的平均厚度不超過(guò)500nm，甚至更優(yōu)選的是不超過(guò)200nm。
熱處理之后，適當(dāng)加工成形體(例如擠出或切削)以得到如圖1所示的壓粉鐵心。
對(duì)于上述壓粉鐵心和制造壓粉鐵心的方法，可以在至少500℃的高溫下加熱成形體，從而可以充分地減小壓粉鐵心的磁滯損耗。由于即使在進(jìn)行熱處理時(shí)下層涂層20和上層涂層30也不退化，因此這些涂層可以減小壓粉鐵心中的渦流損耗。這樣可以提供鐵耗充分減小的壓粉鐵心。
使用下述實(shí)施例評(píng)價(jià)本發(fā)明的壓粉鐵心。
對(duì)于金屬磁性顆粒10，可以使用購(gòu)自Hoganas公司的霧化純鐵粉(商品名為“ABC100.30”)。將這種霧化純鐵粉浸在磷酸鐵水溶液中并攪拌，以在霧化純鐵粉表面形成磷酸鐵化合物涂層，從而用作下層涂層20。由此制成平均厚度為50nm到100nm的磷酸化合物涂層。
接著，將得自GE東芝有機(jī)硅(GE Toshiba Silicone)株式會(huì)社的硅樹(shù)脂(商品名為“XC96-BO446”)和二氧化硅粉末溶解并分散在乙醇中，將上述帶有涂層的霧化純鐵粉投入溶液中。使硅樹(shù)脂的溶解量占霧化純鐵粉的0.25質(zhì)量％，使二氧化硅粉末的溶解量占霧化純鐵粉的0.02質(zhì)量％。使用了三種平均粒徑的二氧化硅粉末10nm、30nm和50nm。接著，在攪拌和干燥之后，形成平均厚度為100nm的硅樹(shù)脂層作為上層涂層30，從而得到復(fù)合磁性顆粒40，其中分散在硅樹(shù)脂中的二氧化硅粉末作為分散顆粒50。
接著，用1275MPa(＝13噸/cm2)的表面壓力對(duì)該粉末進(jìn)行壓制以形成環(huán)狀成形體(外徑35mm，內(nèi)徑20mm，厚5mm)。然后，在400℃到1000℃的不同溫度條件下、在氮?dú)鈿夥罩屑訜岢尚误w?；谝陨喜襟E，制備在下層涂層厚度、分散顆粒粒徑和熱處理溫度條件方面不同的多種壓粉鐵心材料。
作為對(duì)比例，使用上述方法制備如下的壓粉鐵心材料僅有磷酸鐵化合物涂層的霧化純鐵粉(以占霧化純鐵粉0.05質(zhì)量％的比例加入樹(shù)脂作為粘結(jié)劑)；沒(méi)有二氧化硅粉末并且僅有磷酸鐵化合物涂層和硅樹(shù)脂涂層的霧化純鐵粉。
接著，將線圈(在一次側(cè)上繞300圈，在二次側(cè)上繞20圈)均勻地纏繞在壓粉鐵心材料上，并評(píng)價(jià)壓粉鐵心材料的鐵耗特性。為了進(jìn)行評(píng)價(jià)，使用理研電子(RikenDenshi)株式會(huì)社的BH示蹤器(ACBH-100K型)，在1T(T特斯拉)的勵(lì)磁通量密度、1000Hz的測(cè)量頻率下進(jìn)行測(cè)量。表1示出了對(duì)不同壓粉鐵心材料進(jìn)行測(cè)量所得到的鐵耗值。


參照表1，對(duì)于僅有磷酸鐵化合物涂層的對(duì)比例以及僅有磷酸鐵化合物涂層和硅樹(shù)脂涂層的對(duì)比例，在熱處理溫度為400℃時(shí)鐵耗值最低，在較高熱處理溫度下鐵耗值增大。由此確定，在對(duì)比例中作為下層涂層20的磷酸鐵化合物涂層在熱處理過(guò)程中沒(méi)有效地發(fā)揮作用。
相比之下，對(duì)于所含二氧化硅顆粒的平均粒徑為30nm和50nm的壓粉鐵心材料，鐵耗值則隨著熱處理溫度升高而減小，在熱處理溫度為800℃時(shí)鐵耗值增大。由此可以確認(rèn)，至少在高達(dá)700℃的熱處理溫度范圍內(nèi)下層涂層20沒(méi)有退化，并且有效地抑制了霧化純鐵粉顆粒之間所產(chǎn)生的渦流。另一方面，所含二氧化硅顆粒的平均粒徑為10nm的壓粉鐵心材料則不能得到這些結(jié)果。
圖5是本例中的壓粉鐵心材料所得到的最小鐵耗值的對(duì)比圖。參照?qǐng)D5，對(duì)于其中二氧化硅顆粒平均粒徑為30nm和50nm的的壓粉鐵心材料，得到約為100W/kg的鐵耗值。該鐵耗值不超過(guò)由對(duì)比例的壓粉鐵心材料以及所含二氧化硅顆粒平均粒徑為10nm的實(shí)施例的壓粉鐵心材料所得到的約為220W/kg的鐵耗值的一半。由上述結(jié)果可以確認(rèn)，根據(jù)本發(fā)明制備的壓粉鐵心材料是優(yōu)異的低鐵耗材料。
本文所述的實(shí)施方案和實(shí)施例都是示例性的，不應(yīng)理解為是限制性的。本發(fā)明的范圍由本發(fā)明的權(quán)利要求指出，而不是由以上說(shuō)明指出，并且本發(fā)明的范圍包括權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有等價(jià)物和變化。
權(quán)利要求
1.一種壓粉鐵心，該壓粉鐵心包括彼此粘接而成的多個(gè)復(fù)合磁性顆粒；其中所述的多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)均包括金屬磁性顆粒；絕緣性下層涂層，該絕緣性下層涂層包圍所述金屬磁性顆粒的表面；上層涂層，該上層涂層包圍所述下層涂層并含有硅；以及分散顆粒，該分散顆粒含有金屬氧化物化合物并且該分散顆粒分散在所述上層涂層和/或所述下層涂層中；并且所述分散顆粒的平均粒徑R滿足條件10nm＜R≤2T，其中T是由所述下層涂層和所述上層涂層構(gòu)成的涂層的平均厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓粉鐵心，其中所述的下層涂層包含選自以下化合物中的至少一種化合物磷化合物、硅化合物、鋯化合物和鋁化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的壓粉鐵心，其中所述的分散顆粒包含選自以下氧化物中的至少一種氧化物氧化硅、氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的壓粉鐵心，其中所述下層涂層的平均厚度為至少10nm并且不超過(guò)1微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的壓粉鐵心，其中所述上層涂層的平均厚度為至少10nm并且不超過(guò)1微米。
6.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任一項(xiàng)所述的壓粉鐵心的方法，該方法包括通過(guò)使所述的多個(gè)金屬磁性顆粒成形以制成成形體的步驟；以及在至少為500℃并且低于800℃的溫度下對(duì)所述成形體進(jìn)行熱處理的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種壓粉鐵心及其制造方法，所述壓粉鐵心具有耐熱性優(yōu)異的絕緣涂層，所述涂層可以充分抑制顆粒間的渦流流動(dòng)。所述的壓粉鐵心具有彼此粘接而成的多個(gè)復(fù)合磁性顆粒。所述的多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)均包括金屬磁性顆粒10；包圍所述金屬磁性顆粒10的表面10a的絕緣性下層涂層20；包圍所述下層涂層20并含有硅的上層涂層30；以及含有金屬氧化物化合物并處于所述下層涂層20和/或所述上層涂層30中的分散顆粒50。該分散顆粒50的平均粒徑R滿足條件10nm＜R≤2T，其中T是由下層涂層20和上層涂層30結(jié)合而成的涂層的平均厚度。
文檔編號(hào)H01F41/02GK1914697SQ20058000353
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者久貝裕一, 五十嵐直人, 前田徹, 廣瀨和弘, 豐田晴久, 三村浩二, 西岡隆夫 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社