壓粉磁芯及其制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，其針對(duì)的申請(qǐng)的中國(guó)國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01080001075. 1、國(guó)際申 請(qǐng)?zhí)枮镻CT/JP2010/003076,申請(qǐng)日為2010年04月28日、進(jìn)入中國(guó)的日期為2010年08月 06日，發(fā)明名稱(chēng)為"壓粉磁芯及其制造方法"。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及由軟磁性粉末構(gòu)成的壓粉磁芯及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003] OA機(jī)器、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、汽車(chē)、不間斷電源等控制用電源中使用扼流圈作為電子 機(jī)器，作為其芯，使用的是鐵氧體磁芯或壓粉磁芯。這些之中，鐵氧體磁芯存在飽和磁通密 度小的缺點(diǎn)。與此相對(duì)，將金屬粉末成型制作的壓粉磁芯具有比軟磁性鐵氧體高的飽和磁 通密度，所以直流重疊特性?xún)?yōu)異。
[0004] 由于提高能量交換效率和低放熱等要求，壓粉磁芯需要具有能夠在小外加磁場(chǎng)下 得到大磁通密度的磁特性和磁通密度變化中的能量損失小的磁特性。能量損失包括將壓粉 磁芯用于交流磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的被稱(chēng)作鐵損（Pc)的能量損失。如[式1]所示，該鐵損（Pc)可 表示為磁滯損失（Ph)和渦流損失（Pe)之和。如[式2]所示，該磁滯損失與動(dòng)作頻率成比 例，并且渦流損失（Pe)與動(dòng)作頻率的平方成比例。因此，磁滯損失（Ph)在低頻率區(qū)域起主 要作用，渦流損失（Pe)在高頻率區(qū)域起主要作用。要求壓粉磁芯具有減少該鐵損（Pc)的 發(fā)生的磁特性。
[0005] [式 1] Pc = Ph+Pe... (1)
[0006] [式 2] Ph = KhXf Pe = Ke Xf2…（2)
[0007] Kh :磁滯損失系數(shù)Ke =禍流損失系數(shù)f =頻率
[0008] 為了減少壓粉磁芯的磁滯損失（Ph)，使磁壁的移動(dòng)變得容易即可，為此，可以通過(guò) 降低軟磁性粉末顆粒的矯頑力來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，通過(guò)降低該矯頑力，能夠?qū)崿F(xiàn)初磁導(dǎo)率的提高 和磁滯損失的減少。如[式3]所示，渦流損失與芯的比電阻成反比例。
[0009] [式 3] Ke = klBm2t2/ P …（3)
[0010] kl :系數(shù)、Bm :磁通密度、t :粒徑（板材的情況下為厚度）、P :比電阻 [0011]因此，以往廣泛使用矯頑力小的純鐵作為軟磁性粉末顆粒。例如已知有下述的方 法：使用純鐵作為軟磁性粉末，將雜質(zhì)相對(duì)于軟磁性粉末的質(zhì)量比例控制在120ppm以下， 由此減少磁滯損失的方法（例如參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1);使用純鐵作為軟磁性粉末，將軟磁性粉 末所含有的錳的量控制在〇. 〇13wt %以下，由此減少磁滯損失的方法（例如參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn) 2)。此外，還已知對(duì)形成絕緣覆膜前的軟磁性粉末進(jìn)行加熱處理的方法。
[0012] 另外，還已知通過(guò)對(duì)形成絕緣覆膜前的軟磁性粉末進(jìn)行加熱處理來(lái)減少磁滯損失 的方法。通過(guò)該方法，除去了軟磁性顆粒中存在的變形、除去了晶粒界面等缺陷、軟磁性粉 末顆粒中的晶粒成長(zhǎng)（增大），由此使得磁壁移動(dòng)變得容易，能夠降低矯頑力。例如已知 下述方法：通過(guò)在惰性氣氛中對(duì)以鐵為主成分含有2~5wt%的Si且平均顆粒徑為30~ 70 μ m、平均長(zhǎng)徑比為1~3的軟磁性粉末進(jìn)行800°C以上的加熱處理，由此增大粉末顆粒 中的晶粒，減小矯頑力，并減少磁滯損失（例如參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)3);將金屬顆粒和間隙顆?；?合，使金屬顆粒彼此相互分離，由此防止金屬顆粒發(fā)生燒結(jié)凝固（例如參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)4)。
[0013] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2005-15914號(hào)公報(bào)
[0014] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2007-59656號(hào)公報(bào)
[0015] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2004-288983號(hào)公報(bào)
[0016] 專(zhuān)利文獻(xiàn)4 :日本特開(kāi)2005-336513號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 但是，專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2的發(fā)明中，在加壓成型后的成型體的退火中，需要在軟磁性粉 末的表面的絕緣覆膜不發(fā)生熱分解的程度的低溫下進(jìn)行熱處理，存在不能有效減少磁滯損 失的問(wèn)題。
[0018] 另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)3的發(fā)明中，軟磁性顆粒是純鐵的情況下，出現(xiàn)了燒結(jié)凝固的現(xiàn) 象，因此需要將軟磁性顆粒機(jī)械粉碎，并且此時(shí)存在在軟磁性顆粒的內(nèi)部產(chǎn)生新的變形的 問(wèn)題。專(zhuān)利文獻(xiàn)4的發(fā)明中，熱處理后需要將金屬顆粒和間隙顆粒分離，缺乏便利性。另外， 分離時(shí)使用了磁石，所以存在金屬顆粒的磁化等問(wèn)題。
[0019] 本發(fā)明是為了解決上述的課題而完成的，其目的是通過(guò)將熔點(diǎn)為1500°C以上的無(wú) 機(jī)絕緣粉末均勻分散，以便利性好的方法有效地減少磁滯損失，并且不會(huì)在軟磁性粉末的 熱處理時(shí)發(fā)生燒結(jié)凝固。另外，本發(fā)明的目的還在于提供一種壓粉磁芯及其制造方法，其 中，通過(guò)將無(wú)機(jī)絕緣粉末均勻分散，使得磁粉末間設(shè)置的間隙為分散型間隙，從而能夠改善 直流重疊特性。
[0020] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的壓粉磁芯的特征在于其是如下制成的：將軟磁性粉 末和無(wú)機(jī)絕緣粉末混合，對(duì)該混合物實(shí)施熱處理，向?qū)嵤┝藷崽幚淼能洿判苑勰┖蜔o(wú)機(jī)絕 緣粉末中添加粘結(jié)性樹(shù)脂，向該混合物中混合潤(rùn)滑性樹(shù)脂，對(duì)得到的混合物進(jìn)行加壓成型 處理，制作成型體，對(duì)該成型體進(jìn)行退火處理，其中，所述無(wú)機(jī)絕緣粉末的添加量為〇. 4w t%~I. 5wt%，在第1熱處理溫度為1000°C以上且軟磁性粉末開(kāi)始燒結(jié)的溫度以下的非氧 化性氣氛中進(jìn)行熱處理，由此制作壓粉磁芯。
[0021] 此外，使用平均粒徑為7~500nm的Al2O3 (熔點(diǎn)2046度）、MgO (熔點(diǎn)2800度）， 或使用平均粒徑為5~30 μ m且硅成分為0~6. 5 %的所述軟磁性合金粉末作為無(wú)機(jī)絕緣 粉末的壓粉磁芯及其制造方法也是本發(fā)明的一個(gè)方式。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，將熔點(diǎn)為1500°C以上的無(wú)機(jī)絕緣微粉均勻分散，則能在粉末的熱處 理時(shí)將軟磁性粉末顆粒彼此相互分離，能夠抑制軟磁性粉末顆粒發(fā)生燒結(jié)凝固。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是說(shuō)明實(shí)施例的壓粉磁芯的制造方法的流程圖。
[0024] 圖2是在第1特性比較中說(shuō)明（110)、（200)、（211)的各面的半寬度之和的圖。
[0025] 圖3是在第2特性比較中說(shuō)明直流重疊特性相對(duì)于微粉的添加量的關(guān)系的圖。
[0026] 圖4是在第2特性比較中說(shuō)明壓粉磁芯的直流BH特性的圖。
[0027] 圖5是在第2特性比較中由直流BH特性說(shuō)明微粉磁導(dǎo)率和磁通密度的關(guān)系的圖。
[0028] 圖6是在第3特性比較中說(shuō)明直流重疊特性相對(duì)于微粉的添加量的關(guān)系的圖。
[0029] 圖7是在第4特性比較中說(shuō)明壓粉磁芯的直流BH特性的圖。
[0030] 圖8是在第4特性比較中由直流BH特性說(shuō)明微分磁導(dǎo)率和磁通密度的關(guān)系的圖。
[0031] 圖9是在第5特性比較中說(shuō)明鐵損相對(duì)于退火溫度的關(guān)系的圖。
[0032] 圖10是在第5特性比較中說(shuō)明渦流損失相對(duì)于退火溫度的關(guān)系的圖。
[0033] 圖11是在第5特性比較中說(shuō)明磁滯損失相對(duì)于退火溫度的關(guān)系的圖。
[0034] 圖12是說(shuō)明無(wú)機(jī)絕緣微粉附著于軟磁性粉末顆粒的狀態(tài)的附圖用SEM照片。
[0035] 圖13是圖12所示的SEM照片的放大附圖用SEM照片。
[0036] 圖14是附著有無(wú)機(jī)絕緣微粉的軟磁性粉末顆粒造粒后的狀態(tài)的附圖用SEM照片。
[0037] 圖15是說(shuō)明附著有無(wú)機(jī)絕緣微粉的軟磁性粉末顆粒造粒后的狀態(tài)下各部的構(gòu)成 的附圖用SEM照片的分析結(jié)果的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] [1.制造工序]
[0039] 本發(fā)明的壓粉磁芯的制造方法具有圖1所示的下述各工序。
[0040] (1)在軟磁性粉末中混合無(wú)機(jī)絕緣粉末的第1混合工序（步驟1)。
[0041] (2)對(duì)經(jīng)第1混合工序的混合物實(shí)施熱處理的熱處理工序（步驟2)。
[0042] (3)在經(jīng)熱處理工序的軟磁性粉末和無(wú)機(jī)絕緣粉末中添加粘結(jié)性樹(shù)脂的粘合劑添 加工序（步驟3)。
[0043] (4)向添加有粘結(jié)性樹(shù)脂的軟磁性粉末中混合潤(rùn)滑性樹(shù)脂的第2混合工序（步驟 4) 〇
[0044] (5)對(duì)經(jīng)第2混合工序的混合物進(jìn)行加壓成型處理，制作成型體的成型工序（步驟 5) 〇
[0045] (6)對(duì)經(jīng)成型工序的成型體進(jìn)行退火處理的退火工序（步驟6)。
[0046] 下面對(duì)各工序進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0047] ⑴第1混合工序
[0048] 第1混合工序中，將以鐵為主的軟磁性粉末和無(wú)機(jī)絕緣粉末混合。
[0049] [關(guān)于軟磁性粉末]
[0050] 軟磁性粉末使用通過(guò)氣體霧化法、水氣霧化法和水霧化法制作的平均粒徑為5~ 30 μ m且娃成分為0. 0~6. 5wt %的軟磁性粉末。與5~30 μ m的范圍相比，平均粒徑大時(shí)， 渦流損失（Pe)增大，另一方面，與5~30 μπι的范圍相比，平均粒徑小時(shí)，密度降低引起的 磁滯損失（Ph)增加。另外，軟磁性粉末的硅成分相對(duì)于所述軟磁性粉末為6. 5wt%以下即 可，含量大于該值時(shí)，成型性差，并產(chǎn)生壓粉磁芯的密度降低、磁特性降低的問(wèn)題。
[0051] 通過(guò)水霧化法制造軟磁性合金粉末的情況下，軟磁性粉末的形狀是不定形的，粉 末的表面存在凹凸。因此，難以在軟磁性粉末的表面形成均勻的無(wú)機(jī)絕緣粉末。另外，成型 時(shí)應(yīng)力集中在粉末表面的凸出部分，容易發(fā)生絕緣破壞。因此，混合軟磁性粉末和無(wú)機(jī)絕緣 粉末時(shí)，使用對(duì)粉末有機(jī)械化學(xué)效應(yīng)的V型混合機(jī)、W型混合機(jī)、罐磨機(jī)等裝置。另外，還可 以使用對(duì)顆粒施與壓縮力、剪切力等機(jī)械能量的類(lèi)型的混合機(jī)，在混合的同時(shí)進(jìn)行表面改 性。
[0052] 另外，直流重疊特性取決于粉末的長(zhǎng)徑比，通過(guò)該處理，能將長(zhǎng)徑比控制在I. 0~ 1. 5?；谶@樣的目的，對(duì)于在軟磁性粉末中混