專利名稱：軟磁性材料、壓粉磁芯、變壓器磁芯、電機磁芯和制備壓粉磁芯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及軟磁性材料、壓粉磁芯、變壓器磁芯、電機磁芯和制備壓粉磁芯的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有復(fù)合磁性顆粒的軟磁性材料，所述復(fù)合磁性顆粒由金屬磁性顆粒和包覆金屬磁性顆粒的絕緣膜制成，本發(fā)明還涉及壓粉磁芯、變壓器磁芯、電機磁芯和制備壓粉磁芯的方法。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)嘗試提供具有較高密度和較小尺寸的電氣電子元件，例如電機磁芯和變壓器磁芯，以滿足對低電能的更精密控制的需求。這導(dǎo)致開發(fā)用來制備電氣和電子元件的軟磁性材料，特別是在中頻率至高頻率范圍中具有優(yōu)異磁性性能的那些。
關(guān)于這樣的軟磁性材料，例如日本專利公開第2002-246219號公報公開了一種壓粉磁芯及其制備方法，甚至當(dāng)在高溫環(huán)境下使用時它也能維持磁性性能(專利文獻1)。根據(jù)專利文獻1公開的制備壓粉磁芯的方法，用磷酸鹽膜包覆的粉化的鐵粉首先與預(yù)定量的聚苯硫醚(PPS樹脂)混合，然后進行壓縮模塑。在預(yù)定的溫度下加熱得到的模制品，然后冷卻制備壓粉磁芯。
專利文獻1日本特開第2002-246219號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題由上述制備方法制備的壓粉磁芯的有效磁導(dǎo)率在50Hz的頻率處基本上隨PPS樹脂含量的增加而線性地降低。另外，在5,000Hz的頻率處，當(dāng)壓粉磁芯沒有PPS樹脂時，壓粉磁芯的有效磁導(dǎo)率低，當(dāng)PPS樹脂約為0.3質(zhì)量％時，有效磁導(dǎo)率達到其最大值。如果壓粉磁芯含有大于該量的PPS樹脂，有效的磁導(dǎo)率降低，和在50Hz的頻率的情況一樣。
因此，當(dāng)PPS樹脂的含量增加時，鐵基與總量的比值降低，使壓粉磁芯的有效磁導(dǎo)率降低。另外，如果PPS樹脂的含量太低，當(dāng)施加高頻率時，用磷酸鹽膜包覆的粉化的鐵粉中的顆粒間渦流損失增加，使壓粉磁芯的有效磁導(dǎo)率降低。為了解決這個問題，需要使包覆粉化鐵粉的磷酸鹽膜充分地充當(dāng)絕緣層，不管PPS樹脂含量多少，都可靠地抑制顆粒間渦流發(fā)生。
因此，本發(fā)明的一個目的是解決上述問題和提供一種具有需要的磁性性能的軟磁性材料、壓粉磁芯、變壓器磁芯、電機磁芯和制備壓粉磁芯的方法。解決問題的方法本發(fā)明的軟磁性材料包含多個復(fù)合磁性顆粒和將多個復(fù)合磁性顆粒連接在一起的有機物質(zhì)，每個復(fù)合磁性顆粒都有金屬磁性顆粒和包圍金屬磁性顆粒表面的絕緣膜。所述有機物質(zhì)具有不大于100℃的負載翹曲溫度(在1.82MPa的負載下)。
負載翹曲溫度(熱變形溫度)是用JIS K 7207-1983中規(guī)定的測試負載翹曲溫度的方法測定的溫度。在該測試方法中，測試片兩端支撐在加熱浴槽中，在中心處用加載桿將預(yù)定彎曲力施加給測試片的同時，以2℃/分鐘的速率升高傳遞介質(zhì)的溫度。當(dāng)測試片的彎曲達到預(yù)定值時的傳遞介質(zhì)的溫度確定為形成測試片的材料的負載翹曲溫度。
用這種方式形成的軟磁性材料，當(dāng)多個復(fù)合磁性顆粒和有機物質(zhì)的混合物進行壓縮模塑時，壓縮產(chǎn)生的熱將混合物的溫度升高至接近100℃的溫度。在這種情況中，由于有機物質(zhì)具有不大于100℃的負載翹曲溫度(在1.82MPa的負載下)，所以有機物質(zhì)充當(dāng)多種復(fù)合磁性材料之間的襯墊材料。在壓縮模塑時，有機物質(zhì)的這種功能可以防止復(fù)合磁性顆粒相互摩擦，將局部力施加給包圍金屬磁性顆粒表面的絕緣膜。因此，甚至在壓縮模塑之后，也可以利用絕緣膜維持金屬磁性顆粒之間的絕緣，抑制顆粒間發(fā)生渦流。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)一種軟磁性材料，甚至當(dāng)施加高頻交變磁場時，也可以抑制磁導(dǎo)率降低。
優(yōu)選地，有機物質(zhì)相對于軟磁性材料的比例大于0質(zhì)量％和不大于1.0質(zhì)量％。對于這種方式形成的軟磁性材料，有機物質(zhì)充當(dāng)襯墊材料，同時，金屬磁性顆粒相對于軟磁性材料的比例不可能變得太低。這可以抑制顆粒間發(fā)生渦流和得到不低于預(yù)定值的磁通密度。
更優(yōu)選地，有機物質(zhì)相對于軟磁性材料的比例大于0質(zhì)量％和不大于0.5質(zhì)量％。進一步優(yōu)選地，有機物質(zhì)相對于軟磁性材料的比例大于0質(zhì)量％和不大于0.3質(zhì)量％。用以這種方式形成的軟磁性材料，通過增加金屬磁性顆粒在軟磁性材料中的比例，可以得到具有更高值的磁通密度。
本發(fā)明的壓粉磁芯是使用上述軟磁性材料的壓粉磁芯。優(yōu)選地，在使用含有大于0質(zhì)量％和不大于1.0質(zhì)量％的有機物質(zhì)的軟磁性材料的壓粉磁芯中，當(dāng)施加100奧斯特的磁場時，磁通密度不低于1.3特斯拉(T)。優(yōu)選地，在使用含有大于0質(zhì)量％和不大于0.5質(zhì)量％的有機物質(zhì)的軟磁性材料的壓粉磁芯中，當(dāng)施加100奧斯特的磁場時，磁通密度不低于1.4特斯拉(T)。
本發(fā)明的變壓器磁芯使用所述壓粉磁芯，當(dāng)施加100奧斯特的磁場時，所述壓粉磁芯具有不低于1.4特斯拉(T)的磁通密度。有機物質(zhì)相對于軟磁性材料的比例不低于0.3質(zhì)量％和不大于0.5質(zhì)量％。
本發(fā)明的壓粉磁芯優(yōu)選使用含有不低于0.3質(zhì)量％和不大于0.5質(zhì)量％的有機物質(zhì)的軟磁性材料。該壓粉磁芯形成為具有高度H和壁厚T的空心圓筒。高度H不低于25mm，高度H與壁厚T的比H/T不低于3。
用以這種方式形成的壓粉磁芯，使有機物質(zhì)的比例不低于0.3質(zhì)量％和不大于0.5質(zhì)量％，可以進一步抑制顆粒間發(fā)生渦流，進一步改進磁通密度。同時，使有機物質(zhì)的比例不低于0.3質(zhì)量％，在軟磁性材料的壓縮模塑時，有機物質(zhì)充分地充當(dāng)潤滑劑。因此，甚至當(dāng)壓粉磁芯具有大高度和小壁厚的空心圓筒形狀，即，壓粉磁芯具有壓縮模塑時可能發(fā)生卡住或剝落的形狀時，不向模具涂布潤滑劑，也可以得到良好狀態(tài)的壓粉磁芯。
空心圓筒具有不低于30mm的外徑D。用以這種方式制成的壓粉磁芯，由于其具有大外徑，在壓縮模塑時難以將潤滑劑均勻地涂布到模具的大范圍內(nèi)壁上。但是，在以預(yù)定比例加到軟磁性材料中的有機物質(zhì)的輔助下，當(dāng)外徑不低于30mm時，不向模具涂布潤滑劑，也可以得到不剝落或卡住的良好狀態(tài)的壓粉磁芯。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面的電機磁芯使用上述壓粉磁芯。用以這種方式制成的電機磁芯，可以得到需要的磁性能和良好的外觀。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面的制備壓粉磁芯的方法是制備上述壓粉磁芯的方法。制備壓粉磁芯的方法包括如下步驟制備具有內(nèi)壁的模具，在內(nèi)壁包圍的位置限定出壓縮空間，不向內(nèi)壁涂布潤滑劑，將軟磁性材料放到壓縮空間中，將軟磁性材料壓縮模塑。使用以這種方式安排的制備壓粉磁芯的方法，以預(yù)定比例加到軟磁性材料中的有機物質(zhì)在壓縮模塑時充當(dāng)潤滑劑。因此，甚至不向模具的內(nèi)壁涂布潤滑劑時，也可以進行壓縮模塑，不產(chǎn)生剝落或卡住。
優(yōu)選地，制備壓粉磁芯的方法還包括如下步驟在壓縮模塑步驟之后，在高于有機物質(zhì)的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和不高于有機物質(zhì)的熱分解溫度的溫度下，進行熱處理的步驟。玻璃轉(zhuǎn)變溫度是無定形高分子材料隨溫度增加從玻璃態(tài)固體轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z樣狀態(tài)的溫度。盡管一些有機物質(zhì)不具有特定的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，但是可以根據(jù)該物質(zhì)的熔點代替玻璃轉(zhuǎn)變溫度來設(shè)定該物質(zhì)的熱處理溫度。使用以這種方式安排的制備壓粉磁芯的方法，有機物質(zhì)可以確實地將復(fù)合磁性顆粒連接在一起，改進造型的強度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面的制備壓粉磁芯的方法包括如下步驟混合多個復(fù)合磁性顆粒與有機物質(zhì)，形成混合物，所述復(fù)合磁性顆粒每個都具有金屬磁性顆粒和包圍金屬磁性顆粒表面的絕緣膜，所述有機物質(zhì)具有不高于100℃的負載翹曲溫度(在1.82MPa的負載下)，將該混合物壓縮模塑，形成造型。
使用以這種方式安排的制備壓粉磁芯的方法，在制成模制品的步驟中，壓縮產(chǎn)生的熱將混合物的溫度升高至接近100℃的溫度。在這種情況中，由于有機物質(zhì)具有不大于100℃的負載翹曲溫度(在1.82MPa的負載下)，所以有機物質(zhì)充當(dāng)多種復(fù)合磁性材料之間的襯墊材料。有機物質(zhì)的這種功能可以防止復(fù)合磁性顆粒相互摩擦，將局部力施加給包圍金屬磁性顆粒表面的絕緣膜。從而，甚至在壓縮模塑之后，也可以利用絕緣膜維持金屬磁性顆粒之間的絕緣，抑制顆粒間發(fā)生渦流。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)一種壓粉磁芯，甚至當(dāng)施加高頻交變磁場時，也可以抑制磁導(dǎo)率降低。
另外，在將模制品壓縮模塑的步驟中，使用已知技術(shù)溫模具成型法(warmmold forming)預(yù)熱粉末或模具或它們兩者，可以得到良好的壓粉磁芯。
優(yōu)選地，制備壓粉磁芯的方法還包括如下步驟在高于有機物質(zhì)的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和不高于有機物質(zhì)的熱分解溫度的溫度下，對模制品進行熱處理。使用以這種方式安排的制備壓粉磁芯的方法，可以抑制有機物質(zhì)熱分解，有機物質(zhì)可以變形以適合多個復(fù)合磁性顆粒之間的空間，進入該空間。從而，有機物質(zhì)可以確實地將復(fù)合磁性顆粒連接在一起，改進模制品的強度。
使用上述制備壓粉磁芯的方法制備根據(jù)本發(fā)明另一方面的電機磁芯。本發(fā)明的效果如上述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有需要的磁性性能的軟磁性材料、壓粉磁芯、變壓器磁芯、電機磁芯和制備壓粉磁芯的方法。


圖1是表示使用本發(fā)明第一個實施方案的軟磁性材料的壓粉磁芯的放大示意圖。
圖2是表示本發(fā)明第二個方案的線性電機的橫截面圖。
圖3是表示第一個實施例中磁導(dǎo)率的降低比μA/μB與每個頻率之間的關(guān)系的圖。
圖4是表示第一個實施例的有機物質(zhì)在比磁導(dǎo)率μB低5％的磁導(dǎo)率處的頻率與負載翹曲溫度之間的關(guān)系的圖。
圖5是表示第二個實施例中制備的壓粉磁芯的透視圖。
圖6是表示用于制備圖5的壓粉磁芯的模具的橫截面圖。
參考符號的說明1內(nèi)芯，2外芯，10金屬磁性顆粒，20絕緣膜，30復(fù)合磁性顆粒，40有機物質(zhì)，60壓粉磁芯，70模具，71內(nèi)壁，72壓縮空間，74芯鐵(core bar)，75下沖桿，76上沖桿。
具體實施例方式
參照附圖描述本發(fā)明的實施方案。
第一個實施方案參照圖1，軟磁性材料包含多個復(fù)合磁性顆粒30，每個顆粒具有金屬磁性顆粒10和包圍金屬磁性顆粒10表面的絕緣膜20。
在多個復(fù)合磁性顆粒30之間布置有有機物質(zhì)40，該有機物質(zhì)40具有不大于100℃的負載翹曲溫度(在1.82MPa的負載下)。一般地，負載翹曲溫度比玻璃轉(zhuǎn)變溫度高。多個復(fù)合磁性顆粒30通過有機物質(zhì)40或復(fù)合磁性顆粒30的凹凸部分之間的嚙合連接在一起。
金屬磁性顆粒10可以由下列材料制成，例如鐵(Fe)、鐵(Fe)-硅(Si)類合金、鐵(Fe)-氮(N)類合金、鐵(Fe)-鎳(Ni)類合金、鐵(Fe)-碳(C)類合金、鐵(Fe)-硼(B)類合金、鐵(Fe)-鈷(Co)類合金、鐵(Fe)-磷(P)類合金、鐵(Fe)-鎳(Ni)-鈷(Co)類合金、鐵(Fe)-鋁(Al)-硅(Si)類合金。金屬磁性顆粒10可以由單種金屬或合金制成。
金屬磁性顆粒10優(yōu)選具有不低于5μm和不大于300μm的平均粒徑。當(dāng)金屬磁性顆粒10具有不低于5μm的平均粒徑時，金屬不易被氧化，這樣可以改進軟磁性材料的磁性性能。當(dāng)金屬磁性顆粒10具有不大于300μm的平均粒徑時，在后面描述的模制品步驟中，不可能減少混合粉末的壓縮性。從而，可以增加通過成型步驟得到的模制品密度。
要注意，在篩分測定的粒徑直方圖中，以粒徑的上升順序加和顆粒的質(zhì)量，得到質(zhì)量和，當(dāng)質(zhì)量和達到總質(zhì)量的50％時得到的粒徑，即50％粒徑D，這里描述的平均粒徑就是指該50％粒徑D。
用磷酸處理金屬磁性顆粒10可制成絕緣膜20。另外，絕緣膜20優(yōu)選含有氧化物。作為含有氧化物的絕緣膜20，可以使用氧化物絕緣體，例如含有磷和鐵的磷酸鐵、磷酸錳、磷酸鋅、磷酸鈣、二氧化硅、氧化鈦、氧化鋁或氧化鋯。
絕緣膜20充當(dāng)金屬磁性顆粒10之間的絕緣層。用絕緣膜20包覆金屬磁性顆粒10，可以增加壓粉磁芯的電阻率ρ。這可以抑制渦流在金屬磁性顆粒之間流動，降低壓粉磁芯因渦流的芯損失。
絕緣膜20優(yōu)選具有不低于0.005μm和不大于20μm的厚度。使絕緣膜20的厚度不低于0.005μm，可以有效地抑制因渦流的能耗。另外，使絕緣膜20的厚度不大于20μm，絕緣膜20相對于軟磁性材料的比例不可能太高?？梢苑乐箟悍鄞判镜拇磐芏蕊@著地降低。
有機物質(zhì)40例如可由下列材料制成具有50℃的負載翹曲溫度的聚四氟乙烯(Teflon)、具有60℃的負載翹曲溫度的尼龍6-12、具有65℃的負載翹曲溫度的尼龍6、具有70℃的負載翹曲溫度的尼龍6-6、具有78℃的負載翹曲溫度的聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和具有85℃的負載翹曲溫度的聚苯醚(PPE)。要注意，上述這些負載翹曲溫度是1.82MPa負荷下的代表值，可以想象因為測定誤差可以出現(xiàn)稍微的偏差。
有機物質(zhì)40相對于軟磁性材料的比例優(yōu)選大于0質(zhì)量％和不大于1.0質(zhì)量％。在這種情況中，當(dāng)施加100奧斯特的磁場時，磁通密度B100不低于1.3特斯拉。使有機物質(zhì)40的比例不大于1.0質(zhì)量％，金屬磁性顆粒10在軟磁性材料中的比例可以維持在不低于恒定的水平。從而，可以得到具有更高的磁通密度的壓粉磁芯。
更優(yōu)選地，有機物質(zhì)40相對于軟磁性材料的比例大于0質(zhì)量％和不大于0.5質(zhì)量％。在這種情況中，當(dāng)施加100奧斯特的磁場時，磁通密度B100不低于1.4特斯拉。
進一步優(yōu)選地，有機物質(zhì)40相對于軟磁性材料的比例不低于0.3質(zhì)量％和不大于0.5質(zhì)量％。在這種情況中，除了提供上述效果，在后面描述的壓縮模塑時，有機物質(zhì)40可充分地充當(dāng)潤滑劑。
下面解釋制備圖1的壓粉磁芯的方法。首先，在金屬磁性顆粒10的表面上形成絕緣膜20，制備復(fù)合磁性顆粒30。
然后，混合復(fù)合磁性顆粒30和有機物質(zhì)40得到混合粉末。對混合技術(shù)沒有特別的限定，可以使用任何混合技術(shù)，例如機械合金化、振動球磨、衛(wèi)星球磨、機械熔融、共沉淀、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、電鍍、濺射、氣相沉積或溶膠-凝膠法。
接著，將得到的混合粉末放到模具中，在700MPa和1500MPa之間的壓力下壓縮模塑。從而，壓縮混合的粉末得到模制品。
在壓縮模制品時，混合粉末的溫度升高到約100℃。另一方面，在該溫度條件下，如果具有不大于100℃的負載翹曲溫度(在1.82MPa的負載下)的有機物質(zhì)40接受到應(yīng)力，它容易一定程度地變形。因此，有機物質(zhì)40充當(dāng)復(fù)合磁性材料30之間的襯墊材料，防止絕緣膜20被復(fù)合磁性顆粒30之間的接觸破壞。
另外，當(dāng)使有機物質(zhì)40相對于軟磁性材料的比例不低于0.3質(zhì)量％時，不使用模具潤滑劑，可以制備不產(chǎn)生剝落和不卡住模具的模制品。使有機物質(zhì)40相對于軟磁性材料的比例優(yōu)選地不低于0.3質(zhì)量％和不大于0.5質(zhì)量％時，不使用模具潤滑劑，可以得到具有磁性性能的壓粉磁芯，當(dāng)施加100奧斯特磁場時，該壓粉磁芯的磁通密度B100為不低于1.4特斯拉。
接著，將壓縮模塑得到的模制品在高于有機物質(zhì)40的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和不高于有機物質(zhì)40的熱分解溫度的溫度下進行熱處理。這允許有機物質(zhì)40進入復(fù)合磁性顆粒30之間，同時抑制有機物質(zhì)40進行熱分解。另外，可以除去壓縮模塑時在模制品內(nèi)產(chǎn)生的變形和錯位。通過上述步驟，完成圖1的壓粉磁芯。
用該軟磁性材料、壓粉磁芯和制備以這種方式形成的壓粉磁芯的方法，在具有預(yù)定的負載翹曲溫度的有機物質(zhì)40的幫助下，可以不損壞絕緣膜20地進行壓縮模塑，因此絕緣膜20能充分地充當(dāng)金屬磁性顆粒10之間的絕緣層。甚至當(dāng)將高頻交變磁場施加給該壓粉磁芯時，這也可以可靠地抑制顆粒間發(fā)生渦流損失，抑制磁導(dǎo)率降低。注意，具有這種性能的軟磁性材料可以用于壓粉磁芯、扼流圈、開關(guān)電源元件、磁頭、各種電機元件、汽車電磁線圈、各種磁性傳感器和電磁閥等。
第二個實施方案參考圖2，在線性電機7中，使用第一個實施方案中描述的軟磁性材料制備電機的鐵磁芯。
線性電機7包括內(nèi)芯1、外芯2、配置在外芯2內(nèi)的線圈3、和磁鐵4，外芯2配有間隙6，間隙6垂直于軸方向(箭頭9表示的方向)，間隙6形成在內(nèi)芯1和外芯2之間，磁鐵4位于間隙6內(nèi)，線性電機7具有與磁鐵4結(jié)合為一體的可移動體5，可移動體5可以在軸方向上移動?？梢苿芋w5被軸承8支撐。
內(nèi)芯1和外芯2通常用片鐵的多層體制成，用第一個方案中描述的軟磁性材料替換內(nèi)芯1和外芯2中的一個或兩個。這可以顯著地簡化線性電機7的組裝過程。
在該結(jié)構(gòu)中，在線性電機7運轉(zhuǎn)時，磁通量通過內(nèi)芯1和外芯2的內(nèi)部，這時，圍繞磁力線產(chǎn)生渦流。當(dāng)該磁芯在磁力線通過的方向上具有低的電阻時，渦流增加，增加量作為電機輸入中的無效能量被消耗掉。這導(dǎo)致電機效率降低。因此，需要內(nèi)芯1和外芯2容易使磁通量通過，具有高的電阻。用本發(fā)明的軟磁性材料制成的內(nèi)芯1和外芯2可以滿足這些需要的性能，實現(xiàn)高效率和容易組裝的線性電機7。
要注意，盡管對線性電機進行了解釋，但是本發(fā)明的軟磁性材料也可以應(yīng)用于典型的旋轉(zhuǎn)電機的磁芯。并且在這種情況中，能夠?qū)崿F(xiàn)僅具有小的渦流造成的能耗和容易制備的磁芯。
實施例在下面描述的實施例中評價本發(fā)明的軟磁性材料。
第一個實施例根據(jù)第一個方案中描述的制備方法制備圖1的壓粉磁芯。這時，使用Hoeganaes Corporation生產(chǎn)的“Somaloy 500”作復(fù)合磁性顆粒30。在該顆粒中，在作為金屬磁性顆粒的鐵顆粒的表面上形成磷酸鹽化合物膜作為絕緣膜。鐵顆粒的平均粒徑不大于150μm，磷酸鹽化合物膜的平均厚度是20nm。
用作有機物質(zhì)40的材料包括由Daikin Industries，Ltd.生產(chǎn)的“Lubron L5”作Teflon、由DuPont生產(chǎn)的“Zytel 151L”作尼龍6-12、由Unitika Ltd.生產(chǎn)的“A1030BRL”作尼龍6、由Asahi Kasei Corporation生產(chǎn)的“1300S”作尼龍6-6、由Polyplastics Co.，Ltd.生產(chǎn)的“Duranex 2002”作PBT和由Asahi KaseiCorporation生產(chǎn)的“Xylon 100V”作PPE。
另外，為了證實本發(fā)明的效果，使用具有高于100℃的負載翹曲溫度(在1.82MPa的負載下)的有機物質(zhì)40制備壓粉磁芯。這時，用作有機物質(zhì)40的材料包括由Polyplastics Co.，Ltd.生產(chǎn)的“Duracon M90S”作POM(聚乙醛樹脂)、由Nippon Polypenco Ltd.生產(chǎn)的“Techtron PPS”作PPS(聚苯硫醚)、由General Electric Company生產(chǎn)的“Ultem”和由Ube Industries，Ltd.生產(chǎn)的“UIP-R”?；瘜W(xué)地，“UIP-R”是使用聯(lián)苯四羧酸二酸酐的全芳香聚酰亞胺。
有機物質(zhì)40的比例從0.01質(zhì)量％改為1質(zhì)量％。壓縮模塑時的壓力設(shè)定為900MPa，在250℃至300℃的溫度下進行熱處理1小時。
接著，在室溫下將交變磁場施加給得到的模制品的壓粉磁芯，頻率在50～100,000Hz的范圍內(nèi)變化，測定每個頻率的磁導(dǎo)率μA。然后，當(dāng)施加50Hz的交變磁場時得到的磁導(dǎo)率為μB，測定μA/μB，檢驗磁導(dǎo)率隨頻率增加降低多少。圖3是表示第一個實施例中的磁導(dǎo)率的降低比μA/μB與每個頻率之間的關(guān)系。圖3表示當(dāng)有機物質(zhì)40的比例為0.1質(zhì)量％時得到的結(jié)果。
另外，當(dāng)測定得到的磁導(dǎo)率μA比施加50Hz的交變磁場時得到的磁導(dǎo)率μB低5％時，確定出該頻率，并對于每種有機物質(zhì)40及其比例表示在表1和圖4中。在表1表示的結(jié)果中，圖4特別地表示當(dāng)有機物質(zhì)40的比例為0.1質(zhì)量％時得到的結(jié)果。
表1

參考圖3，在本發(fā)明的實施例產(chǎn)品中，發(fā)現(xiàn)在頻率超過約10000Hz之前，磁導(dǎo)率μA幾乎不降低。參照表1和圖4，發(fā)現(xiàn)，負載翹曲溫度越低，磁導(dǎo)率μA比磁導(dǎo)率μB低5％的頻率越大，特別是當(dāng)在使用尼龍6-12作有機物質(zhì)40的實施例產(chǎn)品中，頻率超過10,000Hz和在使用Teflon作有機物質(zhì)40的實施例產(chǎn)品中，頻率超過15000Hz時，基本上不存在問題。
接著，將100奧斯特的磁場施加給模制品的壓粉磁芯，測定這時的磁通密度B100。表2表示每種有機物質(zhì)40及其比例的測定結(jié)果。
表2

參照表2，證實，在本發(fā)明的實施例產(chǎn)品中，當(dāng)有機物質(zhì)40的比例不大于1質(zhì)量％時，可以得到不低于1.3特斯拉的磁通密度，當(dāng)有機物質(zhì)40的比例不大于0.5質(zhì)量％時，還可以得到不低于1.4特斯拉的磁通密度。
從上面結(jié)果證實，根據(jù)本發(fā)明，可以制備出這樣的壓粉磁芯，其中，使有機物質(zhì)40的比例最小化，可以得到高磁通密度，甚至當(dāng)有機材料40低時，在高頻率下也可以維持較高的磁導(dǎo)率。
第二個實施例參照圖5和6，在本實施例中，使用模具70，在980MPa的壓力下，將第一個實施例使用的“Somaloy 500”與每種有機物質(zhì)40的混合物壓縮模塑。模具70包括沖模73、芯鐵74和上沖桿76以及下沖桿75，沖模73具有內(nèi)壁71，在內(nèi)壁71圍繞的位置限定出壓縮空間72，芯鐵74布置在壓縮空間72中，上沖桿76和下沖桿75分別布置在壓縮空間72的上部和下部。在壓縮模塑時，不向模具70的內(nèi)壁71涂布潤滑劑。
通過壓縮模塑，如圖5所示，制備具有簡單的中空圓筒形狀的壓粉磁芯60，內(nèi)徑為50mm，外徑為60mm，壁厚T為5mm，高度H為30mm。改變加入的有機物質(zhì)40的量，觀察每個加入量得到的壓粉磁芯60的表面。表3表示對于每種有機物質(zhì)40及其比例的結(jié)果，存在剝落或因卡住模具而留下痕跡的表面表示為“×”，沒有這些外觀的表面表示為“○”。
表3

從表3看到，使有機物質(zhì)的比例不低于0.3質(zhì)量％，能夠制備出表面上沒有剝落或卡住痕跡的壓粉磁芯60。
由于手工將潤滑劑涂布到模具上存在生產(chǎn)率的問題，所以一般利用機械方法，例如噴灑，將潤滑劑涂布到模具的內(nèi)壁上。為了有效地潤滑模具，需要通過就一次地噴射潤滑劑將潤滑劑均勻地涂布到模具的全部內(nèi)壁上。但是，對于具有一些形狀的模具，芯鐵(芯)位于模具內(nèi)，在噴射潤滑劑時，一些部分隱藏在芯鐵后面，因此不能涂布上潤滑劑。另外，當(dāng)模制品具有帶薄壁的長體時，潤滑劑難以深入到狹窄的空間中，難以將潤滑劑均勻地涂布在全部內(nèi)壁上。另外，因模制品的圓筒形狀，存在不能均勻地涂布潤滑劑的問題，當(dāng)模制品具有大的外徑時，從噴射嘴到模具內(nèi)壁的距離太長而不能使?jié)櫥瑒┩坎嫉侥＞叩膬?nèi)壁上。
因此，使有機物質(zhì)相對于軟磁性材料的比例不低于0.3質(zhì)量％，可以不使用模具潤滑劑地制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模制品。使有機物質(zhì)相對于軟磁性材料的比例優(yōu)選不低于0.3質(zhì)量％和不大于0.5質(zhì)量％，不使用模具潤滑劑，也可以得到具有磁性性能的壓粉磁芯，當(dāng)施加100奧斯特磁場時，該壓粉磁芯的磁通密度B100不低于1.4特斯拉。
應(yīng)該理解，這里公開的方案和實施例從各個方面來看都僅僅是解釋說明，決不是限定。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定，而不是上述說明書，將把所有的修改都包括在相當(dāng)于權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明主要用于軟磁性材料的粉末壓縮模塑制成的電氣和電子元件，例如電機磁芯、變壓器磁芯等。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.(修改)一種軟磁性材料，所述軟磁性材料包含多個復(fù)合磁性顆粒(30)，每個復(fù)合磁性顆粒(30)都有金屬磁性顆粒(10)和包圍所述金屬磁性顆粒(10)表面的絕緣膜(20)，和將所述多個復(fù)合磁性顆粒(30)連接在一起的有機物質(zhì)(40)，其中，所述有機物質(zhì)(40)具有不大于70℃的負載翹曲溫度，并且，當(dāng)給使用所述軟磁性材料制備的壓粉磁芯施加100奧斯特磁場時，磁通密度不低于1.4特斯拉。
2.(修改)如權(quán)利要求1所述的軟磁性材料，其中，所述有機物質(zhì)(40)相對于軟磁性材料的比例不低于0.3質(zhì)量％并且不大于0.5質(zhì)量％。
3.(修改)一種使用權(quán)利要求2所述軟磁性材料的壓粉磁芯，其中，壓粉磁芯形成為具有高度H和壁厚T的中空圓筒，所述高度H不低于25mm，并且所述高度H與所述壁厚T的比例H/T不低于3。
4.(修改)如權(quán)利要求3所述的壓粉磁芯，其中，所述中空圓筒具有不低于30mm的外徑。
5.(修改)一種使用權(quán)利要求3所述壓粉磁芯的線性電機磁芯。
6.(修改)一種使用權(quán)利要求3所述壓粉磁芯的變壓器磁芯。
7.(修改)一種制備權(quán)利要求3所述的壓粉磁芯的方法，所述方法包括如下步驟制備具有內(nèi)壁(71)的模具(70)，并在被所述內(nèi)壁(71)包圍的位置限定出壓縮空間(72)，和將所述軟磁性材料放到所述壓縮空間(72)中，但不向所述內(nèi)壁(71)施用潤滑劑，并且將軟磁性材料壓縮模塑。
8.(修改)一種制備權(quán)利要求7所述的壓粉磁芯的方法，所述方法還包括如下步驟在所述壓縮模塑步驟之后，在高于所述有機物質(zhì)(40)的玻璃轉(zhuǎn)變溫度但不高于所述有機物質(zhì)(40)的熱分解溫度的溫度下，進行熱處理。
9.(刪除)10.(刪除)
11.(刪除)12.(刪除)13.(刪除)14.(刪除)15.(刪除)
權(quán)利要求
1.一種軟磁性材料，所述軟磁性材料包含多個復(fù)合磁性顆粒(30)，每個復(fù)合磁性顆粒都有金屬磁性顆粒(10)和包圍所述金屬磁性顆粒(10)表面的絕緣膜(20)，和將所述多個復(fù)合磁性顆粒(30)連接在一起的有機物質(zhì)(40)，其中，所述有機物質(zhì)(40)具有不大于100℃的負載翹曲溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的軟磁性材料，其中，所述有機物質(zhì)(40)相對于軟磁性材料的比例大于0質(zhì)量％并且不大于1.0質(zhì)量％。
3.一種使用如權(quán)利要求2所述的軟磁性材料的壓粉磁芯，其中，當(dāng)施加100奧斯特的磁場時，磁通密度不低于1.3特斯拉。
4.如權(quán)利要求1所述的軟磁性材料，其中，所述有機物質(zhì)(40)相對于軟磁性材料的比例大于0質(zhì)量％并且不大于0.5質(zhì)量％。
5.一種使用權(quán)利要求4所述的軟磁性材料的壓粉磁芯，其中，當(dāng)施加100奧斯特的磁場時，磁通密度不低于1.4特斯拉。
6.一種使用權(quán)利要求5所述的壓粉磁芯的變壓器磁芯，其中，所述有機物質(zhì)(40)相對于軟磁性材料的比例不小于0.3質(zhì)量％并且不大于0.5質(zhì)量％。
7.如權(quán)利要求5所述的壓粉磁芯，其中，所述壓粉磁芯使用含有不低于0.3質(zhì)量％并且不大于0.5質(zhì)量％的所述有機物質(zhì)(40)的軟磁性材料，并且壓粉磁芯形成為具有高度H和壁厚T的中空圓筒，所述高度H不低于25mm，所述高度H與所述壁厚T的比例H/T不低于3。
8.一種使用權(quán)利要求7所述的壓粉磁芯的電機磁芯。
9.如權(quán)利要求7所述的壓粉磁芯，其中所述中空圓筒具有不低于30mm的外徑。
10.一種使用權(quán)利要求9所述的壓粉磁芯的電機磁芯。
11.一種制備權(quán)利要求7所述的壓粉磁芯的方法，所述方法包括如下步驟制備具有內(nèi)壁(71)的模具(70)，并在被所述內(nèi)壁(71)包圍的位置限定出壓縮空間(72)，和將軟磁性材料放到所述壓縮空間(72)中，但不向所述內(nèi)壁(71)施用潤滑劑，并且將軟磁性材料壓縮模塑。
12.如權(quán)利要求11所述的制備壓粉磁芯的方法，所述方法還包括如下步驟在壓縮模塑步驟之后，在高于所述有機物質(zhì)(40)的玻璃轉(zhuǎn)變溫度但不高于有機物質(zhì)(40)的熱分解溫度的溫度下，進行熱處理。
13.一種制備壓粉磁芯的方法，所述方法包括如下步驟混合多個復(fù)合磁性顆粒(30)與有機物質(zhì)(40)以形成混合物，所述復(fù)合磁性顆粒(30)每個都具有金屬磁性顆粒(10)和包圍所述金屬磁性顆粒(10)表面的絕緣膜(20)，所述有機物質(zhì)具有不高于100℃的負載翹曲溫度，以及將該混合物壓縮模塑，形成模制品。
14.如權(quán)利要求13所述的制備壓粉磁芯的方法，所述方法還包括如下步驟在高于所述有機物質(zhì)(40)的玻璃轉(zhuǎn)變溫度但不高于所述有機物質(zhì)(40)的熱分解溫度的溫度下，對所述模制品進行熱處理。
15.一種使用權(quán)利要求13所述的制備壓粉磁芯的方法制備的電機磁芯。
全文摘要
一種軟磁性材料，其包含多個復(fù)合磁性顆粒(30)和將所述多個復(fù)合磁性顆粒(30)連接在一起的有機物質(zhì)(40)，每個復(fù)合磁性顆粒(30)都有金屬磁性顆粒(10)和包圍所述金屬磁性顆粒(10)表面的絕緣膜(20)。有機物質(zhì)(40)具有不大于100℃的負載翹曲溫度。具有這種結(jié)構(gòu)的軟磁性材料可以得到需要的磁性性能。
文檔編號H01F1/33GK1826669SQ20048002111
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者豐田晴久, 志賀龍治, 久貝裕一, 島田良幸, 田中章三, 上田和彥 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社, 夏普株式會社