專利名稱：磁性粉末材料、低損耗復(fù)合磁性材料和磁性元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性粉末材料、包含所述磁性粉末材料的低損耗復(fù)合磁性材料和使用所述低損耗復(fù)合磁性材料的磁性元件。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，對(duì)在大電流下可用的功率電感器的需求與低電壓電源的開發(fā)一起日益增力口。特別地，將高頻電源用于筆記本電腦、PDA和其它電子器件。代替迄今使用的金屬磁性材料粉末，鐵素體由于其成本上大優(yōu)勢(shì)目前常用于生產(chǎn)多種扼流線圈和噪聲濾波器等。另一方面，鐵素體不適于生產(chǎn)尺寸小型化和在大電流下可用的磁性元件，這是因?yàn)殍F素體的飽和磁通密度過(guò)低。因此，存在再次使用金屬磁性材料粉末以生產(chǎn)磁性元件的芯的傾向；這是因?yàn)榻饘俅判圆牧系娘柡痛磐芏茸銐蚋摺Ｗ鳛橛糜诖判载＜慕饘俅判圆牧戏勰?，例如為Fe粉末和主要組分為Fe的合金粉末，如Fe-Si合金粉末和Fe-Si-Al合金粉末。通常，由于使用該金屬磁性粉末的磁性兀件具有大的芯損，提出通過(guò)將非晶質(zhì)和結(jié)晶的合金粉末混合而降低芯損的技術(shù)(參見專利文獻(xiàn)I (其稱為“現(xiàn)有技術(shù)I”))。此外，還提出通過(guò)添加結(jié)晶的合金粉末至非晶質(zhì)的合金粉末以增加這些金屬粉末在模具中的填充比，從而改進(jìn)所生產(chǎn)磁性元件的磁導(dǎo)率和強(qiáng)度的其它技術(shù)(參見專利文獻(xiàn)
2(其稱為“現(xiàn)有技術(shù)2”))。[專利文獻(xiàn)I] JP 2OO7-IIM38IA[專利文獻(xiàn)2] JP 2010-118486A

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)I中公開的技術(shù)具有通過(guò)使用具有不同結(jié)晶性質(zhì)的兩種合金粉末和絕緣粘合劑而降低芯損的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)提出鐵芯(dust core)的生產(chǎn)作為例子時(shí)，由鐵芯的原料產(chǎn)生的芯損基本上80-90%由滯后損耗引起。此類滯后損耗可通過(guò)使用具有小矯頑力的非晶質(zhì)粉末而改進(jìn)。通常，通過(guò)在常溫下混合金屬粉末與粘合劑以進(jìn)行加壓成型而生產(chǎn)由合金粉末制成的磁性元件。然而，當(dāng)非晶質(zhì)粉末用作合金粉末時(shí)，需要高成型壓力以獲得預(yù)定密度的成型體，這是因?yàn)榉蔷з|(zhì)合金粉末過(guò)硬以致不能進(jìn)行塑性變形。另外，存在當(dāng)進(jìn)行成型時(shí)非晶質(zhì)粉末用高成型壓力可能引起大的芯損的問(wèn)題。因此，存在對(duì)能利用非晶質(zhì)粉末的低矯頑力特性，同時(shí)進(jìn)行低壓力成型的低損耗磁性材料的社會(huì)需求。鑒于上述說(shuō)明情況進(jìn)行本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于提供磁性粉末材料、包含所述磁性粉末材料的低損耗復(fù)合磁性材料和使用所述低損耗復(fù)合磁性材料的磁性元件，所述磁性粉末材料具有良好的電性質(zhì)并能夠改進(jìn)磁性元件的生產(chǎn)率。即，本發(fā)明的第一方面提供磁性粉末材料，其包含相對(duì)于磁性粉末材料的重量為45-80wt%的非晶質(zhì)粉末和55-20wt%的結(jié)晶粉末。優(yōu)選磁性粉末材料應(yīng)當(dāng)包含相對(duì)于磁性粉末材料的重量為45-55wt%的非晶質(zhì)粉末和55-45wt%的結(jié)晶粉末。本發(fā)明的磁性粉末材料包含相對(duì) 于磁性粉末材料的質(zhì)量為4. 605-6. 60質(zhì)量％的 Si ；2. 64-3. 80 質(zhì)量 ％ 的 Cr ；0. 225-0. 806 質(zhì)量 ％ 的 C ；0. 018-0. 432 質(zhì)量 ％ 的 Mn ；0. 99-2. 24質(zhì)量％的B ;等于或小于0. 0248質(zhì)量％的P ;等于或小于0. 0165質(zhì)量％的S ;等于或小于0. 0165質(zhì)量％的Co ；以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的磁性粉末材料，非晶質(zhì)粉末包含相對(duì)于磁性粉末材料的質(zhì)量為不小于6. 2質(zhì)量％但不大于7. 2質(zhì)量％的Si ;不小于2. 3質(zhì)量％但不大于2. 7質(zhì)量％的Cr ；不小于0. 5質(zhì)量％但不大于I. 0質(zhì)量％的C ;不小于0. 04質(zhì)量％但不大于0. 49質(zhì)量％的Mn ;不小于2. 2質(zhì)量％但不大于2. 8質(zhì)量％的8 ;以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)；結(jié)晶粉末包含相對(duì)于磁性粉末材料的質(zhì)量為不小于3. 3質(zhì)量％但不大于4. 2質(zhì)量％的Si ;不小于4. 0質(zhì)量％但不大于4. 7質(zhì)量％的Cr ;等于或小于0. 03質(zhì)量％的C ;等于或小于0. 20質(zhì)量％的Mn ;等于或小于0. 045質(zhì)量％的P ;等于或小于0. 03質(zhì)量％的S ;等于或小于0. 03質(zhì)量％的Co ;以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。非晶質(zhì)粉末的平均粒徑(D5qa)小于45 u m,結(jié)晶粉末的平均粒徑(D5cc)小于13 u m，以及比例05(14/1)5(€不小于2. 18。本發(fā)明的第二方面提供復(fù)合磁性材料，其包含粘合劑和上述說(shuō)明的加壓成型中的磁性粉末材料。這里，粘合劑可以為選自由以下組成的組中的熱固性樹脂環(huán)氧類樹脂、硅酮類樹脂和酚醛類樹脂。優(yōu)選粘合劑的含量相對(duì)于磁性粉末材料的重量為2. 0-4. 0wt%。當(dāng)在磁通密度為50mT和有效頻率為250kHz的條件下測(cè)量時(shí)，通過(guò)壓制成型的復(fù)合磁性材料的芯的芯損不大于1400kw/m3和相對(duì)磁導(dǎo)率超過(guò)20。本發(fā)明的第三方面提供通過(guò)使用上述說(shuō)明的復(fù)合磁性材料生產(chǎn)的磁性元件。磁性元件可以為例如金屬?gòu)?fù)合電感器。根據(jù)本發(fā)明，能夠生產(chǎn)具有優(yōu)異性質(zhì)的復(fù)合磁性粉末。通過(guò)使用該復(fù)合磁性粉末，能夠獲得可在低壓下成型的具有低芯損的磁性元件。
具體實(shí)施例方式以下將更詳細(xì)解釋本發(fā)明。本發(fā)明的磁性粉末材料包含相對(duì)于磁性粉末材料的重量為45_8(^丨％的非晶質(zhì)粉末和55-20wt%的結(jié)晶粉末。優(yōu)選磁性粉末材料包括相對(duì)于磁性粉末材料的重量為45-55wt %的非晶質(zhì)粉末和55-45wt %的結(jié)晶粉末。如果合金中非晶質(zhì)粉末的量小于45wt%和結(jié)晶粉末的量超過(guò)55wt%,則芯損的改進(jìn)不充分。合金中結(jié)晶粉末的量小于2(^1:%和非晶質(zhì)粉末的量超過(guò)80wt%的情況也是如此。
優(yōu)選磁性粉末材料分別以預(yù)定的配混比包含硅(Si)、鉻(Cr)、碳(C)、錳(Mn)、硼(B)、磷(P)、硫(S)和鈷(Co)，并且還包含余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。更具體地，優(yōu)選磁性粉末材料包含相對(duì)于磁性粉末材料的質(zhì)量為4. 605-6. 60質(zhì)量％的Si，2. 64-3. 80質(zhì)量％的 Cr, 0. 225-0. 806 質(zhì)量 ％ 的 C，0. 018-0. 432 質(zhì)量 ％ 的 Mn, 0. 99-2. 24 質(zhì)量 % 的 B，不大于0. 0248質(zhì)量％的P，不大于0. 0165質(zhì)量％的S，不大于0. 0165質(zhì)量％的Co，余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。通常，C為結(jié)晶粉末中的雜質(zhì)。然而，由于其為非晶質(zhì)粉末中的必要元素，因此優(yōu)選在本發(fā)明的磁性粉末材料中C含量為0. 225-0. 806質(zhì)量％。當(dāng)在復(fù)合磁性粉末中C含量小于0. 225質(zhì)量％時(shí)，不能獲得非晶質(zhì)粉末,而當(dāng)C含量超過(guò)0. 806質(zhì)量％時(shí),復(fù)合磁性粉末具有聞矯頑力和劣化的芯損。
此外，優(yōu)選用于磁性粉末材料的非晶質(zhì)粉末分別以預(yù)定的配混比包含硅(Si)、鉻(Cr)、碳(C)、錳(Mn)和硼(B)，并且還包含余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。更具體地，優(yōu)選非晶質(zhì)粉末包含相對(duì)于磁性粉末材料的質(zhì)量為不小于6. 2質(zhì)量％但不大于7. 2質(zhì)量％的Si,不小于2. 3質(zhì)量％但不大于2. 7質(zhì)量％的Cr,不小于0. 5質(zhì)量％但不大于I. 0質(zhì)量％的C,不小于0. 04質(zhì)量％但不大于0. 49質(zhì)量％的Mn,不小于2. 2質(zhì)量％但不大于2. 8質(zhì)量％的B，以及作為余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選結(jié)晶粉末分別以預(yù)定的配混比包含Si、Cr、C、Mn、P、S和Co，并且還包含作為余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。更具體地，優(yōu)選結(jié)晶粉末包含相對(duì)于磁性粉末材料的質(zhì)量為不小于3. 3質(zhì)量％但不大于4. 2質(zhì)量％的Si,不小于4. 0質(zhì)量％但不大于4. 7質(zhì)量％的Cr,不大于0. 03質(zhì)量％的C,不大于0. 20質(zhì)量％的Mn,不大于0. 045質(zhì)量％的P,不大于
0.03質(zhì)量％的S，不大于0. 03質(zhì)量％的Co，以及作為余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。用于生產(chǎn)磁性粉末材料的結(jié)晶粉末可以通過(guò)如水霧化、氣體霧化和離心式霧化等的方法而生產(chǎn)。它們中，例如，水霧化為通過(guò)將高壓水噴霧至從在漏斗底部的開孔流出的熔融金屬而獲得結(jié)晶粉末的技術(shù)。此外，非晶質(zhì)粉末可以通過(guò)作為水霧化和氣體霧化的組合并具有冷卻速度為106K/s的超急冷霧化而生產(chǎn)。優(yōu)選非晶質(zhì)粉末的平均粒徑(D5cia)小于45 u m，結(jié)晶粉末的平均粒徑(D5cc)小于13 ii m，和比例D50A/D50C不小于2. 18。當(dāng)D5oa超過(guò)45 y m和D50c超過(guò)13 y m時(shí)，即使比例D5oa/D5cc不小于2. 18也不改進(jìn)芯損。此外，即使非晶質(zhì)粉末的平均粒徑(D5cia)不大于45 pm和結(jié)晶粉末的平均粒徑(D5cc)不大于13 u m，當(dāng)比例D5(ia/D5(C小于2. 18時(shí)也不改進(jìn)芯損。優(yōu)選非晶質(zhì)粉末和結(jié)晶粉末的各平均粒徑通過(guò)激光衍射-散射粒徑分布測(cè)量設(shè)備來(lái)測(cè)量。為了高精確的測(cè)量，優(yōu)選使用例如LA-920(由HORIBA，Ltd.制造)作為測(cè)量設(shè)備。優(yōu)選用于本發(fā)明復(fù)合磁性材料的粘合劑為熱固性樹脂如環(huán)氧類樹脂、硅酮類樹脂和酚醛類樹脂。它們中，優(yōu)選使用硅酮類樹脂，這是因?yàn)槠渚哂邢鄬?duì)高的耐熱溫度。優(yōu)選與復(fù)合磁性粉末混合的粘合劑的含量相對(duì)于磁性粉末材料的重量為2. 0-4. Owt%。如果含量小于2. Owt%，則成型體的強(qiáng)度不充分，而如果含量超過(guò)4. Owt%,則不能實(shí)現(xiàn)相對(duì)磁導(dǎo)率目標(biāo)。本發(fā)明的磁性元件如下生產(chǎn)。
將通過(guò)超急冷霧化制備的非晶質(zhì)粉末和通過(guò)水霧化制備的結(jié)晶粉末分別稱重并混合以使得非晶質(zhì)粉末相對(duì)于混合的磁性粉末材料的重量為4 5 -8 Owt %和結(jié)晶粉末為55-20wt%。接著，將所得粉末用熱固性樹脂噴霧，從而獲得樹脂涂覆的復(fù)合磁性粉末。將如上所述獲得的復(fù)合磁性材料進(jìn)行加壓成型，以獲得環(huán)芯。接著，將所得成型體在150-250°C溫度下加熱30分鐘至I. 5小時(shí)以固化粘合劑；從而獲得鐵芯。在磁性元件中，將線圈形銅絲成型為 復(fù)合磁性材料。實(shí)施例本發(fā)明將通過(guò)使用以下實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。(實(shí)施例1)C的含暈的研究(I)磁性粉末材料的制備用于該實(shí)施例的非晶質(zhì)粉末和結(jié)晶粉末的各成分示于下表I中。具有表I中所示的組成的非晶質(zhì)粉末通過(guò)超急冷霧化制備。表I中所示的結(jié)晶粉末通過(guò)水霧化制備。首先，將如上所述獲得的金屬粉末通過(guò)超聲波分散設(shè)備借助于使用MeOH作為分散介質(zhì)而分散。其后，這些樣品的平均粒徑通過(guò)激光衍射-散射粒徑分布測(cè)量設(shè)備LA-920(H0RIBALtd.)測(cè)量以獲得平均粒徑(D5tl)。當(dāng)給定的粉末樣品不是真球形時(shí)，設(shè)定該測(cè)量設(shè)備以由樣品粉末最長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度和最短軸的長(zhǎng)度確定平均尺寸作為粒徑。表I
權(quán)利要求
1.一種磁性粉末材料，其包括相對(duì)于所述磁性粉末材料的重量為45-80wt%量的非晶質(zhì)粉末和55-20Wt%量的結(jié)晶粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁性粉末材料，其中所述磁性粉末材料包括相對(duì)于所述磁性粉末材料的重量為45-55wt%的所述非晶質(zhì)粉末和55-45wt%的所述結(jié)晶粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性粉末材料，其中所述磁性粉末材料包括相對(duì)于所述磁性粉末材料的質(zhì)量為4.605-6. 60 質(zhì)量％的 Si ；2.64-3. 80 質(zhì)量 ％的 Cr ；O. 225-0. 806 質(zhì)量 ％的 C ；O. 018-0. 432 質(zhì)量 ％的 Mn ；O. 99-2. 24 質(zhì)量 ％的 B ； 等于或小于O. 0248質(zhì)量％的P ； 等于或小于O. 0165質(zhì)量％的S ； 等于或小于O. 0165質(zhì)量％的Co ;和 余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的磁性粉末材料，其中 所述非晶質(zhì)粉末包括相對(duì)于所述磁性粉末材料的質(zhì)量為 不小于6. 2質(zhì)量％但不大于7. 2質(zhì)量％的Si ； 不小于2. 3質(zhì)量％但不大于2. 7質(zhì)量％的Cr ； 不小于O. 5質(zhì)量％但不大于I. O質(zhì)量％的C ； 不小于O. 04質(zhì)量％但不大于O. 49質(zhì)量％的Mn ； 不小于2. 2質(zhì)量％但不大于2. 8質(zhì)量％的B ;和 余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)，和 所述結(jié)晶粉末包括相對(duì)于所述磁性粉末材料的質(zhì)量為 不小于3. 3質(zhì)量％但不大于4. 2質(zhì)量％的Si ； 不小于4. O質(zhì)量％但不大于4. 7質(zhì)量％的Cr ； 等于或小于O. 03質(zhì)量％的C ; 等于或小于O. 20質(zhì)量％的Mn ； 等于或小于O. 045質(zhì)量％的P ； 等于或小于O. 03質(zhì)量％的S ； 等于或小于O. 03質(zhì)量％的Co ;和 余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的磁性粉末材料，其中所述非晶質(zhì)粉末的平均粒徑(D5oa)等于或小于45 μ m，所述結(jié)晶粉末的平均粒徑(D5cc)等于或小于13 μ m，以及比例D5cia/D50C等于或大于2. 18。
6.一種復(fù)合磁性材料，其包括粘合劑和根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的磁性粉末材料，所述粘合劑為選自以下組的樹脂硅酮類樹脂；和酚醛類樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合磁性材料，其中，當(dāng)壓制和成型所述復(fù)合磁性材料時(shí)，當(dāng)在磁通密度為50mT和有效頻率為250kHz的條件下測(cè)量時(shí)芯損等于或小于1400kw/m3和相對(duì)磁導(dǎo)率超過(guò)20。
8.—種磁性元件,其使用根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合磁性材料而生產(chǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁性元件，其中所述磁性元件是金屬?gòu)?fù)合電感器。
全文摘要
本發(fā)明提供了磁性粉末材料、低損耗復(fù)合磁性材料和磁性元件。本發(fā)明的目的在于提供一種磁性粉末材料，其能夠用于低壓成型，并且其具有低芯損同時(shí)維持非晶質(zhì)粉末高矯頑力的特性。提供包含相對(duì)于其重量為45-80wt％的非晶質(zhì)粉末、55-20wt％的結(jié)晶粉末和粘合劑的磁性粉末材料。磁性粉末材料包含相對(duì)于其質(zhì)量為4.605-6.60質(zhì)量％的Si，2.64-3.80質(zhì)量％的Cr，0.225-0.806質(zhì)量％的C，0.018-0.432質(zhì)量％的Mn，0.99-2.24質(zhì)量％的B，等于或小于0.0248質(zhì)量％的P，等于或小于0.0165質(zhì)量％的S，等于或小于0.0165質(zhì)量％的Co，以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)H01F1/047GK102623120SQ20121001639
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者中村昭彥 申請(qǐng)人:勝美達(dá)集團(tuán)株式會(huì)社