專利名稱：：軟磁性材料和壓粉鐵心的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及軟磁性材料和壓粉鐵心，具體而言，本發(fā)明涉及包含多個(gè)復(fù)合磁性顆粒的軟磁性材料和包含該軟磁性材料的壓粉鐵心，其中，所述多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)都由金屬磁性顆粒和包圍該金屬磁性顆粒的絕緣涂層構(gòu)成。
背景技術(shù)：
：在包括電磁閥、電機(jī)、電源電路等在內(nèi)的電器中，會(huì)使用通過對(duì)軟磁性材料進(jìn)行壓制成型而制得的壓粉鐵心。軟磁性材料由多個(gè)復(fù)合磁性顆粒構(gòu)成，并且每個(gè)復(fù)合磁性顆粒都包含金屬磁性顆粒和包圍該金屬磁性顆粒表面的玻璃態(tài)絕緣涂層。關(guān)于軟磁性材料的磁性能，所需的是，使用低磁場可以提供高磁通密度，并且軟磁性材料可以從外部靈敏地對(duì)來自外部的磁場變化作出反應(yīng)。當(dāng)在AC磁場中使用軟磁性材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生被稱為"鐵心損耗"的能量損耗。鐵心損耗以磁滯損耗和渦流損耗之和來表示。術(shù)語"磁滯損耗"是指由改變軟磁性材料的磁通密度所需的能量引起的能量損耗。由于磁滯損耗與工作頻率成正比，因此磁滯損耗在低頻范圍內(nèi)占主要部分。本文中使用的術(shù)語"渦流損耗"是指主要由包含在軟磁性材料中的金屬磁性顆粒之間的渦流流動(dòng)所引起的能量損耗。由于渦流損耗與工作頻率的平方成正比，因此渦流損耗在高頻范圍內(nèi)占主要部分。近年來，人們希望電器的尺寸減小、效率增加以及輸出功率提高。為了滿足這些要求，需要在高頻范圍內(nèi)使用電器。由于這個(gè)原因，人們特別希望壓粉鐵心具有減小的渦流損耗。在軟磁性材料的鐵心損耗中，為了減小磁滯損耗，通過除去金屬磁性顆粒中的畸變和偏移而使磁疇壁可容易地移動(dòng)，可以減小軟磁性材料的矯頑磁力Hc。另一方面，在軟磁性材料的鐵心損耗中，為了減小渦流損耗，通過使用絕緣涂層確實(shí)地包圍金屬磁性顆粒，從而保證金屬磁性顆粒之間的絕緣性，可以提高軟磁性材料的電阻率P。例如，日本未審查專利申請(qǐng)公開No.2003-272911(專利文獻(xiàn)l)披露了涉及到軟磁性材料的技術(shù)。專利文獻(xiàn)1披露了這樣一種鐵基粉末(軟磁性材料)，其中在包含鐵作為主成分的粉末的表面上設(shè)置有由高耐熱性磷酸鋁制成的絕緣涂層。在專利文獻(xiàn)1中，通過以下方法制造壓粉鐵心。首先，將用于形成含有含鋁磷酸鹽和含鉀重鉻酸鹽等的絕緣涂層的水溶液噴撒到鐵粉上。隨后，將其上噴有用于形成絕緣涂層的水溶液的鐵粉在30(TC下保持30分鐘，然后在IO(TC下保持60分鐘。因此，使鐵粉上形成的絕緣涂層干燥，從而制得鐵基粉末。隨后，對(duì)該鐵基粉末進(jìn)行壓制成型，然后進(jìn)行熱處理。由此，制得壓粉鐵心。專利文獻(xiàn)1:日本未審專利申請(qǐng)公開No.2003-272911
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題如上所述，由于壓粉鐵心是通過對(duì)軟磁性材料壓制成型而制得的，因此需要軟磁性材料具有高的模塑性。然而，在對(duì)軟磁性材料進(jìn)行壓制成型的過程中所施加的壓力可以輕易破壞包含在軟磁性材料中的金屬磁性顆粒的表面上所設(shè)置的絕緣涂層。因此，包含在軟磁性材料中的鐵基粉末顆粒會(huì)容易發(fā)生電短路，從而導(dǎo)致以下問題渦流損耗本身增加，并且在模制后除去畸變的熱處理中，絕緣涂層的退化加快，從而容易增加渦流損耗。另一方面，為了避免絕緣涂層受到破壞，當(dāng)在模制過程中降低施加的壓力時(shí)，所得壓粉鐵心的密度降低，并且不能得到滿意的磁性能。由于這個(gè)原因，不能降低模制過程中施加的壓力。另一種抑制壓制成型過程中絕緣涂層受到破壞的方法是使用球形氣霧化粉末。然而，這種氣霧化粉末的不利之處在于該粉末不適于提高所得壓粉體的密度，并且壓粉體的強(qiáng)度也較低。因此，本發(fā)明的目的是提供這樣一種軟磁性材料，其中，渦流損耗可被減小，并且該軟磁性材料適合用于制造高強(qiáng)度壓粉鐵心，并且本發(fā)明的目的還在于提供同時(shí)具有低渦流損耗和高強(qiáng)度的壓粉鐵心。解決上述問題的手段本發(fā)明的軟磁性材料包含多個(gè)復(fù)合磁性顆粒，每個(gè)復(fù)合磁性顆粒都具有金屬磁性顆粒和包圍該金屬磁性顆粒的絕緣涂層，其中所述多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)的最大直徑與等效圓直徑之比大于i.o，并且不大于1.3，并且其比表面積為0.10mVg或更大。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，絕緣涂層在軟磁性材料的壓制成型過程中破壞的原因在于金屬磁性顆粒的突起部分(各自具有較小曲率半徑的部分)。更具體地說，在壓制成型過程中，應(yīng)力特別集中于金屬磁性顆粒的突起部分上，并且突起部分會(huì)明顯變形。在這種情況下，絕緣涂層不能與金屬磁性顆粒一起明顯地變形，因而受到破壞?；蛘呤牵^緣涂層由于突起部分的端部的推壓而受到破壞。因此，為了避免絕緣涂層在壓制成型過程中破壞，減少金屬磁性顆粒的突起部分是有效的。金屬磁性顆粒分為通過水霧化法制造的原料粉末(下文稱為"水霧化粉末")和通過氣霧化法制造的原料粉末(下文稱為"氣霧化粉末")。由于水霧化粉末的顆粒具有大量的突起部分，因此，絕緣涂層容易在壓制成型過程中受到破壞。相反，通過氣霧化法制造的原料粉末(下文稱為"氣霧化粉末")基本上為球形，并且具有較少的突起部分。因此，據(jù)信，通過不使用水霧化粉末而是使用氣霧化粉末作為金屬磁性顆?？杀苊饨^緣涂層在壓制成型過程中受到破壞。然而，金屬磁性顆粒由于其表面上存在的凹凸部分的嚙合而聚集。因此，基本上為球形的氣霧化粉末的金屬磁性顆粒不容易聚集，由此，顯著降低了所得壓粉體的強(qiáng)度。結(jié)果，用氣霧化粉末的金屬磁性顆粒制造的壓粉鐵心在實(shí)際中不能使用。換言之，使用已知的水霧化粉末或己知的氣霧化粉末不能在提高壓粉體的強(qiáng)度的同時(shí)，又減小渦流損耗。因此，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用本發(fā)明的軟磁性材料，可提高壓粉體的強(qiáng)度，同時(shí)又減小渦流損耗，其中，本發(fā)明的軟磁性材料包含多個(gè)復(fù)合磁性顆粒，每個(gè)復(fù)合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比大于l.O，并且不大于1.3，并且其比表面積為0.10mVg或更大。包含在本發(fā)明的軟磁性材料中的復(fù)合磁性顆粒具有這樣的形狀，其中，形成了尺寸為粒徑的約1/100級(jí)別的細(xì)微凹凸部分。這些復(fù)合磁性顆粒的突起部分少于已知的水霧化粉末的顆粒的突起部分。因此，應(yīng)力不容易集中在突起部分上，并且絕緣涂層不容易受到破壞。結(jié)果，可減小渦流損耗。此外，與已知的氣霧化粉末相比，包含在本發(fā)明的軟磁性材料中的各復(fù)合磁性顆粒都具有許多凹凸部分。因此，復(fù)合磁性顆粒通過這些凹凸部分聚集，從而提高了復(fù)合磁性顆粒之間的摩擦力。結(jié)果，可改善所得壓粉體的強(qiáng)度。在本發(fā)明的軟磁性材料中，所述多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)的平均粒徑優(yōu)選為10pm到500|im。當(dāng)多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)的平均粒徑為5|im或更大時(shí)，金屬不易被氧化，由此可抑制軟磁性材料的磁性能的降低。當(dāng)多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)的平均粒徑為300pm或更小時(shí)，可在壓制成型過程中抑制混合粉末的可壓縮性變差。結(jié)果，不會(huì)降低通過壓制成型制造的壓粉體的密度，由此避免了難以進(jìn)行處理的情況的發(fā)生。另夕卜，從磁性能的角度來說，平均粒徑為5pm或更大的優(yōu)點(diǎn)在于可抑.制由于間隙的退磁磁場效應(yīng)而導(dǎo)致的磁滯損耗的增加。平均粒徑為300(im或更小的優(yōu)點(diǎn)也在于可抑制由于顆粒中產(chǎn)生的渦流損耗而導(dǎo)致的渦流損耗的增加。本發(fā)明的壓粉鐵心是通過使用上述的軟磁性材料制造的。因此，可提高壓粉體的強(qiáng)度，同時(shí)又減小其渦流損耗。本發(fā)明的有利效果根據(jù)本發(fā)明的軟磁性材料和壓粉鐵心，可減小渦流損耗。附圖簡要說明圖1是示出通過使用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的軟磁性材料制造的壓粉鐵心的放大示意圖。圖2是示出包含在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的軟磁性材料中的單一一個(gè)復(fù)合磁性顆粒的示意圖。圖3是示出球形復(fù)合磁性顆粒的投影圖。圖4是示出畸形復(fù)合磁性顆粒的投影圖。圖5是圖2中部分III的放大視圖。圖6是依次示出制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的壓粉鐵心的方法中的步驟的流程圖。圖7是示出由水霧化粉末構(gòu)成的復(fù)合磁性顆粒的聚集狀態(tài)的示意圖。圖8是示出由氣霧化粉末構(gòu)成的復(fù)合磁性顆粒的聚集狀態(tài)的示意圖。圖9是示出本發(fā)明的復(fù)合磁性顆粒的聚集狀態(tài)的示意圖。附圖參考標(biāo)號(hào)IO金屬磁性顆粒20絕緣涂層30、130a和130b復(fù)合磁性顆粒31凹凸部分40有機(jī)物質(zhì)131突起部分本發(fā)明的最佳實(shí)施方式現(xiàn)在將參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方案。(第一實(shí)施方案)圖1為示出通過使用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的軟磁性材料制造的壓粉鐵心的放大示意圖。如圖1所示，通過使用本實(shí)施方案的軟磁性材料制造的壓粉鐵心包含多個(gè)復(fù)合磁性顆粒30，每個(gè)復(fù)合磁性顆粒30都由金屬磁性顆粒IO和包圍金屬磁性顆粒IO表面的絕緣涂層20構(gòu)成。多個(gè)復(fù)合磁性顆粒30(例如)通過設(shè)置在金屬磁性顆粒IO之間的有機(jī)物質(zhì)40或通過復(fù)合磁性顆粒30上存在的凹凸部分的嚙合而聚集。多個(gè)復(fù)合磁性顆粒30中的每一個(gè)還可具有包圍絕緣涂層20的保護(hù)涂層(圖中沒有示出)。有機(jī)物質(zhì)40并不是必需的。圖2為示意性地示出包含在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的軟磁性材料中的單一一個(gè)復(fù)合磁性顆粒的平面圖。參照?qǐng)D2，本發(fā)明的軟磁性材料的復(fù)合磁性顆粒30的最大直徑與等效圓直徑之比大于1.0，并且不大于1.3，并且其比表面積為0.10m"g或更大。復(fù)合磁性顆粒30的最大直徑、等效圓直徑和比表面積以下面的方法定義。關(guān)于復(fù)合磁性顆粒30的最大直徑，復(fù)合磁性顆粒30的形狀由光學(xué)法(例如，使用光學(xué)顯微鏡觀察)確定，并且最大直徑被定義為構(gòu)成最大直徑的部分的長度。關(guān)于復(fù)合磁性顆粒30的等效圓直徑，復(fù)合磁性顆粒30的形狀通過光學(xué)法(例如，使用光學(xué)顯微鏡觀察)確定，當(dāng)進(jìn)行平面觀察時(shí)，測(cè)定復(fù)合磁性顆粒30的表面積S，并且使用等式(1)計(jì)算等效圓直徑等效圓直徑二2x(表面積S/tt}1/2……(1)艮P，如圖3所示，當(dāng)復(fù)合磁性顆粒為球形時(shí)，最大直徑與等效圓直徑之比為1。如圖4所示，當(dāng)復(fù)合磁性顆粒具有較大的突起部分時(shí)，上述比值變大。復(fù)合磁性顆粒30的比表面積由BET法測(cè)定。更具體地說，將吸附占有面積已知的惰性氣體在液氮溫度下吸附到復(fù)合磁性顆粒的表面上。由吸附量確定復(fù)合磁性顆粒的比表面積。圖5是圖2中部分III的放大視圖。參照?qǐng)D5，當(dāng)復(fù)合磁性顆粒30中的每一個(gè)的最大直徑與等效圓直徑之比在上述范圍內(nèi)時(shí)，在復(fù)合磁性顆粒30的表面上形成許多為粒徑的約1/100級(jí)別的細(xì)微的凹凸部分31。復(fù)合磁性顆粒30通過這些凹凸部分31的嚙合而聚集。參照?qǐng)D1和圖2，復(fù)合磁性顆粒30的平均粒徑優(yōu)選為5到30(Vm。當(dāng)復(fù)合磁性顆粒30的平均粒徑為5pm或更大時(shí)，金屬不易被氧化，由此，可抑制軟磁性材料的磁性能的降低。當(dāng)復(fù)合磁性顆粒30的平均粒徑為300pm或更小時(shí)，可以在壓制成型過程中抑制混合粉末的可壓縮性變差。因此，由壓制成型得到的模制制品的密度未被降低，從而避免難以進(jìn)行處理的情況發(fā)生。此處提到的平均粒徑是指在采用篩分法測(cè)量的粒徑直方圖中，從具有最小粒徑的顆粒開始對(duì)顆粒的質(zhì)量進(jìn)行加合直到顆粒的累積總質(zhì)量達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，即50%累積質(zhì)量平均粒徑D。例如，金屬磁性顆粒10由(例如)Fe、Fe-Si合金、Fe-N(氮)合金、Fe-Ni(鎳)合金、Fe-C(碳)合金、Fe-B(硼)合金、Fe-Co(鈷)合金、Fe-P合金、Fe-Ni-Co合金、Fe-Cr(鉻)合金或Fe-Al-Si合金制成。金屬磁性顆粒IO可由金屬元素或合金制成，只要金屬磁性顆粒IO含有鐵作為主要成分即可。絕緣涂層20在金屬磁性顆粒10之間起到絕緣層的作用。通過用絕緣涂層20包圍金屬磁性顆粒10，就可以增大由對(duì)所得軟磁性材料壓制成型得到的壓粉鐵心的電阻率p。因此，可以抑制渦流在金屬磁性顆粒10之間的流動(dòng)，從而減小壓粉鐵心的渦流損耗。絕緣涂層20由絕緣物質(zhì)(如金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、金屬磷酸鹽化合物、金屬硼酸鹽化合物，或金屬硅酸鹽化合物)制成，每種絕緣物質(zhì)都包含F(xiàn)e、Al、Ca、Mn、Zn、Mg、V、Cr、Y、Ba、Sr或稀土元素作為金屬。絕緣涂層20的厚度優(yōu)選為0.005到20)im。當(dāng)絕緣涂層20的厚度為0.005pm或更大時(shí)，可防止隧道電流的產(chǎn)生，并且可有效抑制由于渦流電流導(dǎo)致的能量損耗。當(dāng)絕緣涂層20的厚度為20pm或更小時(shí)，絕緣涂層20與軟磁性材料之比并不過大，由此防止了通過對(duì)所得軟磁性材料壓制成型所得的壓粉鐵心的磁通密度發(fā)生顯著降低?，F(xiàn)在將說明制造圖1所示的壓粉鐵心的方法。圖6是依次示出制造根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的壓粉鐵心的方法中的步驟的流程圖。參照?qǐng)D6，首先制備由金屬磁性顆粒IO構(gòu)成的原料粉末(步驟Sl)，其中，所述金屬磁性顆粒10包含F(xiàn)e作為主要成分，并且由(例如)純度為99.8%或更高的純鐵、Fe、Fe-Si合金或Fe-Co合金制成。在該步驟中，當(dāng)金屬磁性顆粒10的平均粒徑在5到300pm時(shí)，所得軟磁性材料的復(fù)合磁性材料30的平均粒徑可為5到300)am。這是因?yàn)榕c各金屬磁性顆粒10的粒徑相比，絕緣涂層20的厚度是可以忽略不計(jì)的，各復(fù)合磁性顆粒30的粒徑和相應(yīng)的各金屬磁性顆粒10的粒徑基本上是相同的。金屬磁性顆粒IO可以是氣霧化粉末或水霧化粉末。此處，氣霧化粉末是通過使用高壓氣體使待形成金屬磁性顆粒的熔融金屬材料霧化、然后使用氣體迅速冷卻而制得的粉末。水霧化粉末是通過用高壓水流使待形成金屬磁性顆粒的熔融金屬材料向水中噴霧而制得的粉末。當(dāng)金屬磁性顆粒10由水霧化粉末構(gòu)成時(shí)，金屬磁性顆粒10的表面上存在大量的突起部分。因此，為了除去突起部分，使金屬磁性顆粒10的表面層平滑化(步驟Sla)。更具體地說，使用球磨機(jī)磨耗軟磁性材料的表面，從而除去金屬磁性顆粒IO表面上的突起部分。隨著用球磨機(jī)加工的時(shí)間增加，突起部分被除去的程度變大，并且金屬磁性顆粒10的形狀變得更接近于球形。當(dāng)使用球磨機(jī)的加工時(shí)間為(例如)30分鐘到60分鐘時(shí)，可得到最大直徑與等效圓直徑之比大于1.0、且不大于1.3的金屬磁性顆粒10。當(dāng)金屬磁性顆粒10由氣霧化粉末構(gòu)成時(shí)，各金屬磁性顆粒10開始就大體上為球形，并且其最大直徑與等效圓直徑之比大于1.0，且不大于1.3。因此，該球化處理可以被省略。隨后，將金屬磁性顆粒10在大于等于400'C并且低于顆粒熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行熱處理(步驟S2)。在熱處理前，金屬磁性顆粒10內(nèi)部存在許多畸變(偏移和缺陷)。因此，通過對(duì)金屬磁性顆粒10進(jìn)行熱處理，可減少這些畸變。熱處理的溫度更優(yōu)選為等于大于700°C，并且低于90(TC。當(dāng)在該溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理時(shí)，可以得到除去畸變的滿意效果，同時(shí)可避免顆粒之間的燒結(jié)。該熱處理可以被省略。隨后，在金屬磁性顆粒10的表面上形成凹凸部分(步驟S3)。更具體地說，將金屬磁性顆粒IO浸入具有預(yù)定濃度的硫酸水溶液中。因此，金屬磁性顆粒10的表面被硫酸蝕刻，并且在金屬磁性顆粒IO的表面上形成凹凸部分。通過控制在硫酸水溶液中的浸漬時(shí)間，可控制在金屬磁性顆粒10的表面上形成的凹凸部分的量和形狀。當(dāng)在硫酸水溶液中的浸漬時(shí)間為(例如)20分鐘或更長時(shí)，金屬磁性顆粒10的比表面積變?yōu)?.10m"g或更大。隨后，通過將金屬磁性顆粒IO浸入(例如)磷酸鋁水溶液中使金屬磁性顆粒10的表面上形成絕緣涂層20(步驟S4)。隨后，形成由(例如)有機(jī)硅樹脂制成的保護(hù)涂層(步驟S5)。更具體地說，將溶解于有機(jī)溶劑中的有機(jī)硅樹脂與覆有絕緣涂層20的金屬磁性顆粒10混合或?qū)⑵鋰婌F到覆有絕緣涂層20的金屬磁性顆粒10上。然后，將金屬磁性顆粒10干燥，從而除去溶劑。該保護(hù)涂層的形成可以被省略。通過實(shí)施上述步驟，來制得本實(shí)施方案的軟磁性材料。此外，通過實(shí)施以下制造步驟，來制得本實(shí)施方案的壓粉鐵心。隨后，將所得復(fù)合金屬磁性顆粒30與用作粘結(jié)劑的有機(jī)物質(zhì)40混合(步驟S6)。對(duì)混合方法沒有特別限定。例如，可采用使用V型混合器的干式混合法或使用混合器型攪拌機(jī)的濕式混合法。因此，多個(gè)復(fù)合磁性顆粒30由于有機(jī)物質(zhì)40的存在而聚集。這種與粘結(jié)劑混合的步驟可以被省略。有機(jī)物質(zhì)40的例子包括熱塑性樹脂，如熱塑性聚酰亞胺、熱塑性聚酰胺、熱塑性聚酰胺-酰亞胺、聚苯硫醚、聚酰胺-酰亞胺、聚醚砜、聚醚酰亞胺和聚醚醚酮；非熱塑性樹脂，如高分子量聚乙烯、全芳族聚酯、全芳族聚酰亞胺；以及較高級(jí)的脂肪酸，如硬脂酸鋅、硬脂酸鋰、硬脂酸鈣、棕櫚酸鋰、棕櫚酸鈣、油酸鋰和油酸鈣?？蓪⑦@些有機(jī)物質(zhì)組合使用。隨后，將所得軟磁性材料粉末供入模具中，并且在(例如)390MPa到1,500MPa的壓力下進(jìn)行壓制成型(步驟S7)。因此，制得這樣一種壓粉體在該壓粉體的內(nèi)部，由金屬磁性顆粒IO構(gòu)成的粉末被壓縮。在壓制成型過程中的氣氛優(yōu)選為惰性氣氛或減壓氣氛。在這種情況下，可以抑制空氣中的氧氣對(duì)混合粉末的氧化。隨后，將通過壓制成型制得的壓粉體在20(TC到90(TC的溫度下進(jìn)行熱處理(步驟S8)。由于在通過壓制成型形成的壓粉體內(nèi)部產(chǎn)生許多畸變和偏移，因此，可通過熱處理除去這些畸變和偏移。通過進(jìn)行上述步驟，制得圖l所示的壓粉鐵心。根據(jù)本實(shí)施方案的軟磁性材料和壓粉鐵心，可提高壓粉體的強(qiáng)度，同時(shí)又減小其渦流損耗?，F(xiàn)在將說明其中的原因。圖7是示出由水霧化粉末構(gòu)成的復(fù)合磁性顆粒的聚集狀態(tài)的示意圖。參照?qǐng)D7，由水霧化粉末生產(chǎn)的各復(fù)合磁性顆粒130a都具有大量的突起部分131。因此，由于復(fù)合磁性顆粒130a通過突起部分互相嚙合，因此可以增強(qiáng)復(fù)合磁性顆粒130a之間的聚集作用，從而提高所得壓粉體的強(qiáng)度。然而，在復(fù)合磁性顆粒130a中，在壓制成型過程中應(yīng)力集中在突起部分上，從而使絕緣涂層破壞。結(jié)果，增加了渦流損耗。圖8是示出由氣霧化粉末構(gòu)成的復(fù)合磁性顆粒的聚集狀態(tài)的示意圖。參照?qǐng)D8，由氣體霧化粉末制得的復(fù)合磁性顆粒130b幾乎沒有突起部分。因此，在復(fù)合磁性顆粒130b中，在壓制成型過程中可防止絕緣涂層的破壞，由此可以減小渦流損耗。然而，由于復(fù)合磁性顆粒130a不具有突起部分，因此，會(huì)減弱復(fù)合磁性顆粒130b之間的聚集作用，從而導(dǎo)致所得壓粉體的強(qiáng)度的降低。如圖7和8所示，在由己知的水霧化粉末或氣霧化粉末獲得的復(fù)合磁性顆粒中，不能在提高壓粉體的強(qiáng)度的同時(shí)，又減小渦流損耗。與此形成對(duì)比的是，如圖9所示，包含在本發(fā)明的軟磁性材料中的復(fù)合磁性顆粒30具有這樣一種形狀其中，形成許多為粒徑的約1/100級(jí)別的細(xì)微的凹凸部分31。因此，通過大量的凹凸部分31可增強(qiáng)復(fù)合磁性顆粒30之間的聚集作用，從而提高所得壓粉體的強(qiáng)度。復(fù)合磁性顆粒30的凹凸部分31的突起部分較由水霧化粉末構(gòu)成的復(fù)合磁性顆粒130a的突起部分131要小。因此，在壓制成型過程中可抑制絕緣涂層的破壞，因此可減小渦流損耗。此外，由于與由已知的水霧化粉末或氣霧化粉末所得的復(fù)合磁性顆粒的絕緣涂層相比，包含在本發(fā)明的軟磁性材料中的復(fù)合磁性顆粒30的絕緣涂層在壓制成型過程中不容易受到破壞，因此，不容易發(fā)生由于熱量導(dǎo)致的絕緣涂層的破壞，即使壓制成型后在高溫下(例如在高于500。C的溫度下)進(jìn)行熱處理時(shí)也會(huì)如此。因此，可有效地除去金屬磁性顆粒中的畸變，同時(shí)又抑制渦流損耗的增加。由此，可以同時(shí)減小軟磁性材料的磁滯損耗和渦流損耗。例1'在本例子中，使用與第一實(shí)施方案中所述基本上相同的制造方法制備樣品Al到A13和樣品Bl到B13的軟磁性材料。測(cè)量軟磁性材料的復(fù)合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比(最大直徑/等效圓直徑)和比表面積(m2/g)。首先，制備粒徑為50到150pm、純度為99.8%或更高的水霧化粉末(樣品Al到A12和樣品Bl到B12)和氣霧化粉末(樣品A13和樣品B13)作為金屬磁性顆粒。然后使用球磨機(jī)使由水霧化粉末構(gòu)成的金屬磁性顆粒球形化。使用由福里茨公司(7y、乂千二社)制造的行星式球磨機(jī)P-5進(jìn)行球磨加工。通過在1到60分鐘內(nèi)改變球磨機(jī)的加工時(shí)間制備多種金屬磁性顆粒，其中，球磨機(jī)加工條件各不相同。為了比較，還制得沒有進(jìn)行球磨加工的金屬磁性顆粒。由氣霧化粉末構(gòu)成的金屬磁性顆粒沒有進(jìn)行球形化。然后將用于各樣品的金屬磁性顆粒在氫氣氣流中、60(TC下進(jìn)行熱處理。隨后，將待形成樣品Bl到B13的金屬磁性顆粒IO浸入硫酸水溶液中達(dá)20分鐘，從而在金屬磁性顆粒表面上形成凹凸部分。所用硫酸水溶液通過下述方法制備相對(duì)于lkg金屬磁性顆粒，將0.75g硫酸溶解于1L水中，并且將水溶液的pH調(diào)節(jié)至約2.0。相反，在樣品Al到A13中不實(shí)施使用硫酸水溶液進(jìn)行的上述處理。隨后，將用于各樣品的金屬磁性顆粒浸入磷酸鹽水溶液中，從而形成絕緣涂層。然后將覆有絕緣涂層的金屬磁性顆粒與有機(jī)硅樹脂(商品名"TSR116"，由GE東芝有機(jī)硅公司(東芝^!J〕一y社)制造)混合。然后通過將混合物在空氣中于15(TC下加熱1小時(shí)使有機(jī)硅樹脂熱固化，從而形成保護(hù)涂層。由此，制得軟磁性材料。使用這樣制備的軟磁性材料測(cè)定軟磁性材料的復(fù)合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比(最大直徑/等效圓直徑)和比表面積(m2/g)。將結(jié)果示于表I中。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>參照表I，當(dāng)比較樣品Bl到B13時(shí)，隨著用球磨機(jī)加工的時(shí)間增加，復(fù)合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比接近1。樣品Al到A13也是這樣。特別是，在樣品A9到A13和樣品B9到B13中，復(fù)合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比大于1.0，且不大于1.3。這些結(jié)果表明，隨著用球磨機(jī)加工的時(shí)間增加，突起部分被除去的程度變大，并且金屬磁性顆粒的形狀變得更接近球形。當(dāng)使用氣體霧化粉末時(shí)，復(fù)合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比為1.08，表明復(fù)合磁性顆粒的形狀最接近于球形。在用球磨機(jī)加工的時(shí)間相同的情況下，將樣品Al到A13分別與樣品B1到B13比較表明，復(fù)合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比沒有差別。這些結(jié)果表明用硫酸水溶液進(jìn)行的處理并沒有影響復(fù)合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比。在用球磨機(jī)加工的時(shí)間相同的情況下，將樣品Al到A13分別與樣品Bl到B13比較表明，樣品Bl到B13的比表面積分別比樣品Al到A13的比表面積大。特別是，在樣品B1到B13中，復(fù)合磁性顆粒的比表面積為0.10m2/g或更大。這些結(jié)果表明通過用硫酸水溶液進(jìn)行處理在復(fù)合磁性顆粒的表面上形成了凹凸部分，并且提高了復(fù)合磁性顆粒的比表面積。在樣品Al到A13和樣品Bl到B13中，僅僅樣品B9到B13符合最大直徑與等效圓直徑之比大于1.0且不大于1.3、比表面積為0.10m2/g或更大的條件。因此，樣品B9到B13相當(dāng)于本發(fā)明的樣品。例2在本例子中，使用例1中制備的樣品Al到A13和樣品Bl到B13制備壓粉鐵心，并評(píng)價(jià)壓粉鐵心的磁性能。將例1中制備的各軟磁性材料在10到13噸/cri^的表面壓力下進(jìn)行模制，從而制得密度為7.60g/cr^的環(huán)狀壓粉體(外徑34mm，內(nèi)徑20mm，厚度5mm)。然后將壓粉體在氮?dú)饬鳉夥障隆?00'C下熱處理1小時(shí)。關(guān)于樣品A6到A13和樣品B8到B13，即使當(dāng)壓粉體在高于50(TC的溫度下進(jìn)行熱處理時(shí)，絕緣涂層也沒有受到破壞。因此，也在高于50(TC的最佳溫度下進(jìn)行熱處理。由此，制得壓粉鐵心。使用BH曲線示蹤器測(cè)量以上制備的壓粉鐵心的磁滯損耗、渦流損耗和鐵心損耗。在測(cè)量中，激勵(lì)磁通密度為10kG(=1丁(特斯拉))，測(cè)量頻率為50Hz到lkHz。磁滯損耗和渦流損耗被如下分離。通過最小二乘法、使用以下三個(gè)算式擬合鐵心損耗的頻率曲線，從而算得磁滯損耗系數(shù)和渦流損耗系數(shù)。將結(jié)果示于表n中。(鐵心損耗一(磁滯損耗系數(shù))x(頻率)+(渦流損耗系數(shù))x(頻率)2(磁滯損耗)-(磁滯損耗系數(shù))x(頻率)(渦流損耗)=(渦流損耗系數(shù))x(頻率)2[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>參照表II，當(dāng)比較樣品Bl到B13時(shí)，隨著復(fù)合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比接近1,磁滯損耗、渦流損耗和鐵心損耗基本上都減小。樣品Al到A13也是這樣。特別是，在樣品B9到B12中，渦流損耗很低，其值為ll或更小。這些結(jié)果表明，根據(jù)本發(fā)明的軟磁性材料，在壓制成型過程中可抑制絕緣涂層的破壞，并且可以增強(qiáng)諸如渦流損耗等磁性能。在樣品A6到A13和樣品B8到B13中，可在高于50(TC的溫度下對(duì)壓粉體迸行熱處理。結(jié)果，磁滯損耗顯著減小。例如，在樣品B10中，當(dāng)在50(TC下進(jìn)行熱處理時(shí)，磁滯損耗為98W/kg。與此形成對(duì)比的是，當(dāng)在56(TC下進(jìn)行熱處理時(shí)，磁滯損耗顯著下降到64W/kg。據(jù)信原因如下。在樣品A6到A13和樣品B8到B13中，由于金屬磁性顆粒的形狀更接近球形，因此，即使是在超過500'C的溫度下進(jìn)行熱處理時(shí)，絕緣涂層也不受破壞。因此，即使是在壓制成型后在高溫下進(jìn)行熱處理時(shí)，絕緣涂層也不受破壞。由此，可有效除去金屬磁性顆粒中的畸變，同時(shí)抑制渦流損耗的增加。結(jié)果，可顯著減小軟磁性材料的磁滯損耗。在樣品A9到A13和樣品B9到B13中，當(dāng)對(duì)復(fù)合磁性顆粒的最大直徑與等效圓直徑之比相同的樣品(具有相同參考標(biāo)號(hào)的樣品)的壓粉體的強(qiáng)度進(jìn)行比較時(shí)，例如，樣品A9的壓粉體的強(qiáng)度為53MPa，而樣品B9的壓粉體的強(qiáng)度為96MPa。類似地，樣品A10的壓粉體的強(qiáng)度為43MPa，而樣品B10的壓粉體的強(qiáng)度為92MPa。樣品A11的壓粉體的強(qiáng)度為44MPa，而樣品Bll的壓粉體的強(qiáng)度為93MPa。樣品A12的壓粉體的強(qiáng)度為38MPa，而樣品B12的壓粉體的強(qiáng)度為89MPa。此外，樣品A13的壓粉體的強(qiáng)度為26MPa，而樣品B13的壓粉體的強(qiáng)度為72MPa。這些結(jié)果表明，本發(fā)明的軟磁性材料可以提高所得壓粉體的強(qiáng)度。應(yīng)當(dāng)理解，本文中公開的實(shí)施方案和例子在所有方面都是解釋性的，而不是限制性的。本發(fā)明的范圍不是由上面的說明書部分限定，而是由權(quán)利要求書限定；本發(fā)明的范圍旨在包括與本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍等同的含義和范圍內(nèi)的所有變化。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的軟磁性材料和壓粉鐵心一般用于(例如)電機(jī)磁芯、電磁閥、反應(yīng)器和電磁部件。權(quán)利要求1.一種軟磁性材料，其包含多個(gè)復(fù)合磁性顆粒，所述多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)都具有金屬磁性顆粒以及包圍該金屬磁性顆粒的絕緣涂層，其中，所述多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)的最大直徑與等效圓直徑之比大于1.0，且不大于1.3，并且所述多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)的比表面積為0.10m2/g或更大。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟磁性材料，其中，所述多個(gè)復(fù)合磁性顆粒中的每一個(gè)的平均粒徑為10pm到500|Lun。3.—種壓粉鐵心，該壓粉鐵心是使用根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軟磁性材料制造的。全文摘要本發(fā)明提供一種軟磁性材料和壓粉鐵心，其中渦流損耗可以被減小。軟磁性材料包含多個(gè)復(fù)合磁性顆粒30，每個(gè)所述復(fù)合磁性顆粒30都具有金屬磁性顆粒10和包圍該金屬磁性顆粒10的絕緣涂層20，其中所述多個(gè)復(fù)合磁性顆粒30中的每一個(gè)的最大直徑與等效圓直徑之比大于1.0，且不大于1.3，并且其比表面積為0.10m²/g或更大。所述多個(gè)復(fù)合磁性顆粒30中的每一個(gè)的平均粒徑優(yōu)選為10μm到500μm。文檔編號(hào)H01F1/24GK101160633SQ200680012018公開日2008年4月9日申請(qǐng)日期2006年3月9日優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日發(fā)明者豐田晴久,五十嵐直人,前田徹申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社