一種軟磁復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種軟磁復(fù)合材料及其制備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]軟磁材料(soft magnetic material)是一種具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率的磁性材料。軟磁材料易于磁化，也易于退磁，廣泛用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中。其中，鐵系金屬單質(zhì)及其合金因具有較高的磁導(dǎo)率、較高的飽和磁化強度、較小的矯頑力等優(yōu)良軟磁性能，被廣泛應(yīng)用在傳感器、變壓器、工業(yè)功率控制等方面。但隨著高頻領(lǐng)域的快速發(fā)展，材料需要在很高的截止頻率條件下仍具有較高的磁導(dǎo)率性能。鐵系金屬單質(zhì)及其合金在高頻條件下，其電導(dǎo)率太大導(dǎo)致巨大的渦流損耗，這些渦流使鐵心發(fā)熱，消耗電能，在造成不必要的能量浪費的同時，又會引發(fā)不必要的安全事故。
[0003]目前，改進鐵系金屬單質(zhì)及其合金的方法包括在其表面包裹絕緣的高分子材料或者陶瓷氧化物，以降低其高頻渦流損耗。但是，表面包裹的高分子材料或陶瓷氧化物通常不均勻，造成包裹后的鐵系金屬單質(zhì)及其合金等軟磁復(fù)合材料性能仍然不佳;此外，在鐵系金屬單質(zhì)及其合金表面包裹陶瓷氧化物時，通常需要在較高的溫度下進行還原反應(yīng)，還原溫度較高，電能耗費太大，且包裹結(jié)構(gòu)既不均勻又不徹底。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，在于克服現(xiàn)有技術(shù)的鐵系金屬單質(zhì)及其合金表面包裹陶瓷氧化物時，還原溫度較高、電能耗費太大、且包裹結(jié)構(gòu)既不均勻又不徹底的缺陷，提供一種能夠提高軟磁材料表面包裹層的均勻性從而提高軟磁性能，且制備方法簡單、溫和，能耗較低的軟磁復(fù)合材料及其制備方法。
[0005]—方面，本發(fā)明提供了一種軟磁復(fù)合材料，包括:具有軟磁材料本體，以及包裹在軟磁材料本體外層的、由片狀硅酸鹽材料形成的片狀硅酸鹽材料層。所述片狀硅酸鹽材料層中的片狀硅酸鹽材料平行于所述軟磁材料本體的外表面;或者，所述片狀硅酸鹽材料層中的片狀硅酸鹽材料垂直于所述軟磁材料本體的外表面。所述軟磁材料本體為鐵系金屬單質(zhì)或鐵系金屬合金或軟磁鐵氧體。所述軟磁材料本體的粒徑在10nm?ΙΟμπι，所述片狀娃酸鹽材料層的厚度在2?lOOnm。
[0006]另一方面，本發(fā)明還提供了一種軟磁復(fù)合材料的制備方法，具有如下步驟:
[0007]權(quán)利要求1的一種軟磁復(fù)合材料的制備方法，具有如下步驟:
[0008](1)稱取氯化亞鐵、氯化鈷、氯化鎳做合成軟磁本體的原料，將它們兩兩配比再與聚乙二醇加入到蒸餾水中，磁力攪拌30min至溶液澄清;所述的氯化亞鐵與氯化鎳、聚乙二醇的摩爾濃度比為1:3:0.1;所述的氯化亞鐵與氯化鈷、聚乙二醇的摩爾濃度比為2:2:0.1 ；所述的氯化鈷與氯化鎳、聚乙二醇的摩爾濃度比為2:2:0.1;
[0009](2)另將氫氧化鈉溶于蒸餾水中，氫氧化鈉與蒸餾水的質(zhì)量比為1: 15，所述的蒸餾水與步驟(1)所使用的蒸餾水容量比為15:80，形成澄清溶液;再將此溶液加入到步驟(1)的溶液中，在三口燒瓶中快速機械攪拌，隨后此溶液按19:1的容量比滴加水合肼，在室溫條件下攪拌反應(yīng)6h;
[0010](3)將步驟(2)所得溶液用磁鐵進行磁分離，得到黑色粉體，再用去離子水與乙醇分別清洗黑色粉體至去離子水清洗后的溶液pH=7;之后將黑色粉體在6(^真空烘箱內(nèi)干燥2h，得到合成的FeNi 3、FeCo或CoNi軟磁材料本體；
[0011](4)稱取步驟(3)得到的軟磁材料本體，將每0.6g軟磁材料本體溶于50mL乙醇中，隨后按照容量比為100:1加入硅烷偶聯(lián)劑，機械攪拌lh，磁分離，得到活化的黑色粉體；
[0012](5)稱取步驟⑷得到的活化后黑色粉體，將每0.6g黑色粉體加入到80mL無水乙醇中，再加入18mL蒸餾水、lmL氨水，攪拌過程中逐滴加入容量比為99: 1的硅酸四乙酯，機械攪拌6h;用去離子水與乙醇分別清洗黑色粉體至去離子水洗后的溶液pH = 7;磁分離，之后將黑色粉體在60°C真空烘箱內(nèi)干燥2h，得到氧化硅包裹的軟磁材料本體；
[0013](6)稱取步驟(5)所得黑色粉體加入到蒸餾水中充分分散，所述黑色粉體與蒸餾水質(zhì)量比為0.04:65;
[0014](7)將每0.2g尿素與0.lmmol金屬鹽加入到蒸餾水中，攪拌形成澄清溶液，再將此溶液加入到步驟(6)所得溶液中，所述溶液與步驟(6)溶液容量比為1:13，倒入密閉玻璃瓶內(nèi)；在85?150°C烘箱內(nèi)保溫反應(yīng)6?20h后取出；用去離子水與乙醇分別清洗黑色粉體至去離子水洗后的溶液pH= 7;磁分離，之后將黑色粉體在60°C真空烘箱內(nèi)干燥2h，得到軟磁復(fù)合材料。
[0015]所述步驟(1)聚乙二醇的規(guī)格為PEG-4000。
[0016]所述步驟(4)的硅烷偶聯(lián)劑型號為KH550。
[0017]所述步驟(7)中金屬鹽的陰離子為N03—、S042—、C1—中的一種或多種;所述金屬鹽的陽離子為Co2+、Ni2+、Cu2+、La3+中的一種或多種，以及可以形成硅酸鹽的其他金屬陽離子。
[0018]所述步驟(7)中的金屬鹽包括:硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸銅、硝酸鑭、硫酸鎳、氯化鎳中的一種或多種。
[0019]本發(fā)明提供的軟磁復(fù)合材料，在軟磁材料本體表面均勻包裹一層由片狀硅酸鹽材料形成的片狀硅酸鹽材料層，使得原氧化硅包裹的軟磁本體復(fù)合材料的飽和磁化強度增大，矯頑力降低。因此，片層結(jié)構(gòu)的硅酸鹽材料大大改善了軟磁復(fù)合材料的軟磁性能。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實施例1步驟(3)合成的納米FeNi3原料的TEM圖像；
[0021]圖2是本發(fā)明實施例1步驟(5)所得到的起始包裹層的TEM圖像；
[0022 ]圖3是本發(fā)明實施例1所得到的改善包裹結(jié)構(gòu)的TEM圖像；
[0023 ]圖4是本發(fā)明實施例2所得到的改善包裹結(jié)構(gòu)的TEM圖像；
[0024]圖5是本發(fā)明實施例1、實施例2的制品與圖2得到原始包裹層制品的VSM磁性能圖像。
【具體實施方式】
[0025]下面，通過具體實施例對本發(fā)明的一種軟磁復(fù)合材料及其制備方法進行更加詳細地說明。
[0026]實施例1
[0027](1)稱取0.4972g氯化亞鐵與1.7821g氯化鎳以及l(fā).0g聚乙二醇PEG(平均分子量4000)加入到80mL蒸餾水中，磁力攪拌30min至溶液澄清。
[0028](2)另將1.0g氫氧化鈉溶于15mL蒸餾水中，形成澄清溶液。加入到步驟(1)的溶液中，在三口燒瓶中快速機械攪拌，隨后滴加5mL水合肼，在室溫條件下攪拌反應(yīng)6h。
[0029](3)將步驟(2)所得溶液用磁鐵進行磁分離，得到黑色粉體，再用去離子水與乙醇分別清洗黑色粉體至去離子水清洗后的溶液pH = 7，之后將黑色粉末在60°C真空烘箱內(nèi)干燥2h，得到FeNi 3的軟磁材料本體。
[0030](4)將步驟(3)得到的黑色粉體溶于50mL乙醇中，加入0.5mL硅烷偶聯(lián)劑(KH550)，機械攪拌lh，再將黑色粉體磁分離，得到活化的黑色粉體。
[0031](5)將步驟(4)得到的活化后黑色粉體加入到80mL無水乙醇中，加入15mL蒸餾水，lmL氨水，攪拌過程中逐滴加入lmL的硅酸四乙酯(TE0S)，機械攪拌6h;用去離子水與乙醇分別清洗黑色粉體至去離子水洗后的溶液pH=7，磁分離，之后將黑色粉體在60°C真空烘箱內(nèi)干燥2h，得到氧化硅包裹的軟磁材料本體。
[0032](6)稱取0.04g步驟(5)所得產(chǎn)物，加入到65mL蒸餾水中，超聲分散30min。
[0033](7)將0.2g尿素與0.lmmol硝酸鎳配成5mL的澄清溶液加入到步驟(6)的溶液中，再倒入密閉玻璃瓶內(nèi)，在105°C烘箱內(nèi)保溫反應(yīng)8h后取出。用去離子水與乙醇分別清洗黑色粉體至去離子水洗后的溶液pH = 7，磁分離，之后將黑色粉體在60°C真空烘箱內(nèi)干燥2h，得到軟磁復(fù)合材料。
[0034]本發(fā)明制備的納米軟磁合金本體(步驟(1)?步驟(3))，通過控制合成條件或者購買粉體原料，使得軟磁材料本體的尺寸可以是微米級，也可以是納米級，其粒徑可以小于等于ΙΟμπι，優(yōu)選小于等于lOOnm，進一步優(yōu)選小于等于20nm。在KH550的作用下，能夠?qū)洿挪牧媳倔w的表面進行活化(步驟(4))，從而在TE0S水解縮聚作用下在軟磁本體表面包裹一層均勻的氧化硅層(步驟(5))。在步驟(7)中，在預(yù)定溫度下尤其在105 1的溫和水溶液中，由尿素慢慢釋放NH3，這樣，混合溶液的pH逐漸提高，從而對原來的氧化硅包裹層進行結(jié)構(gòu)調(diào)整，在金屬鹽溶液作用下將無定形的Si02生成具有片層結(jié)構(gòu)的硅酸鹽材料，從而形成硅酸鹽材料層。片狀娃酸鹽材料層的厚度可以小于等于50nm，優(yōu)