專利名稱：具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的電機(jī)槽楔用導(dǎo)磁材料及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軟磁材料領(lǐng)域，特別涉及一種電機(jī)槽楔用具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)磁材料。
背景技術(shù)：
電機(jī)節(jié)能一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)，在當(dāng)今能源緊張的社會更顯其重要性。用磁性槽楔取代電機(jī)定子中的絕緣槽楔，利用磁性槽楔的導(dǎo)磁作用來減小電機(jī)運(yùn)行時定轉(zhuǎn)子齒表面的磁通密度的脈振幅度，使磁通密度分布趨于均勻，進(jìn)而減少電機(jī)的附加損耗，提高電機(jī)的效率。
磁性槽楔是用導(dǎo)磁材料制備。目前應(yīng)用比較廣泛的導(dǎo)磁材料是磁性槽泥、鐵粉模壓導(dǎo)磁材料和鐵粉層壓導(dǎo)磁材料。磁性槽泥和模壓導(dǎo)磁材料的相對磁導(dǎo)率較高，但是彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度較低，導(dǎo)磁材料加工時廢品率較高，用其制備的磁性槽楔應(yīng)用于電機(jī)后常出現(xiàn)脫落和開裂現(xiàn)象。層壓導(dǎo)磁材料的相對磁導(dǎo)率不低，完全能滿足提高電機(jī)效率的要求，并且其中含有一定量的增強(qiáng)玻璃布，力學(xué)性能較高，因而逐漸受到人們的重視。但是，目前層壓導(dǎo)磁材料中的鐵粉分散主要依靠人工撒播或者機(jī)器撒播。人工撒播時磁粉分布的均勻性取決于人為因素；機(jī)器撒播時撒粉口的局部堵塞或者粉末的不均勻團(tuán)聚等現(xiàn)象都會直接導(dǎo)致磁粉在預(yù)浸了樹脂的玻璃布上分布不均勻，因而熱壓后導(dǎo)磁材料中局部地方磁粉堆積，而局部地方?jīng)]有磁粉，如圖1所示。這會造成材料中出現(xiàn)很多空隙，惡化材料的磁性能和力學(xué)性能；局部地方樹脂富集，該區(qū)域物性與其它區(qū)域相比有較大差異，冷卻過程中收縮不一致，材料容易出現(xiàn)翹曲；局部地方磁粉富集，熱壓時熔融樹脂不易浸透，引起預(yù)壓料厚度公差的變化，如圖2所示，層層積累導(dǎo)致熱壓后導(dǎo)磁材料出現(xiàn)較大的厚度公差。上述因素導(dǎo)致層壓導(dǎo)磁材料性能較低，彎曲強(qiáng)度在200MPa左右，最大相對磁導(dǎo)率在8左右。并且，材料的厚度公差在1mm左右，由此制得的磁性槽楔厚薄不均，廢品率較高。因此，必須考慮其它的磁粉分散方法，從而獲得磁粉分布均勻的層壓導(dǎo)磁材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且磁粉分布比較均勻的層壓導(dǎo)磁材料的制作方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過燒結(jié)溶解法制備多孔泡沫磁體，利用熱壓時熔融樹脂的流動在材料內(nèi)形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明的技術(shù)方案涉及泡沫磁體的制備以及互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，具體措施如下1、多孔泡沫磁體的制備利用燒結(jié)溶解法制備多孔泡沫磁體。首先將一定比例的造孔劑粉末和磁粉用丙酮進(jìn)行濕潤，然后將其混合均勻，低溫烘干得到磁粉/造孔劑復(fù)合粉末。將復(fù)合粉末模壓成型得到一定密度的復(fù)合坯體。將復(fù)合坯體進(jìn)行燒結(jié)，控制燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間，得到具有一定強(qiáng)度的燒結(jié)體。將燒結(jié)體進(jìn)行水解，脫除燒結(jié)體中的造孔劑。如果磁粉是軟磁鐵氧體粉末，水解后直接將坯體烘干就得到泡沫磁體。如果磁粉是金屬鐵粉，水解過程中金屬鐵肯定要發(fā)生氧化，因而水解后的坯體還需要在氫氣氣氛下還原，去除坯體中的氧化物。還原后的多孔Fe形貌如圖3所示。在制備泡沫磁體的過程中應(yīng)當(dāng)注意，泡沫磁體的孔隙率不能太低，否則燒結(jié)體的強(qiáng)度太高，熱壓時成型壓力不能將泡沫磁體壓致密，熔融樹脂也不能將泡沫磁體滲透；泡沫磁體的孔隙率不能太高，否則燒結(jié)體的強(qiáng)度太低，水解過程中泡沫磁體會散開或者水解后泡沫磁體過于疏松，很容易被破壞。所以，在制備泡沫磁體的過程中，必須適當(dāng)控制造孔劑的含量、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間。
2、互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成玻璃布由玻璃纖維編織起來，自身帶有一定的空隙。將一定量的熱固性樹脂溶解后通過立式上膠機(jī)形成對玻璃布的預(yù)浸，在樹脂/纖維之間形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為了保證磁粉/樹脂之間的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成，熱壓前先將泡沫磁體與一定量的樹脂溶液混合，使一定量的樹脂先滲入到泡沫磁體中。熱壓前，將預(yù)浸泡沫鐵磁體和預(yù)浸玻璃布進(jìn)行疊層，使預(yù)浸泡沫磁體被預(yù)浸玻璃布彼此分隔。熱壓時，先控制一定的成型壓力，既讓泡沫磁體保持一定的孔隙率，也讓泡沫磁體和玻璃布上的預(yù)浸樹脂能充分熔融。壓力作用使熔融樹脂發(fā)生流動，玻璃布上的熔融樹脂充分滲入到泡沫磁體中，與泡沫磁體中預(yù)先滲入的樹脂熔為一體，形成磁粉/樹脂之間的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這樣，形成貫穿于整個材料的磁粉/樹脂/纖維之間的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)熔融的熱固性樹脂滲入到泡沫磁體中并開始進(jìn)入凝膠態(tài)后，加大成型壓力，使泡沫磁體致密化，進(jìn)一步減少材料中的空隙。
本發(fā)明的有益效果是通過模壓燒結(jié)溶解法，制備出的泡沫磁體尺寸幾乎相同。將預(yù)浸泡沫磁體與浸漬玻璃布熱壓，得到的導(dǎo)磁材料中磁粉層分布均勻，空隙較少，厚度公差也較小，而且還形成磁粉/樹脂/纖維之間的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，材料具有較高的性能。


圖1是導(dǎo)磁材料中磁粉的不均勻分布；圖2是預(yù)壓料厚度不均導(dǎo)致導(dǎo)磁材料出現(xiàn)較大的厚度公差；圖3是水解還原后的多孔Fe的形貌；圖4是泡沫鐵制備的導(dǎo)磁材料的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)施例制作泡沫羰基鐵導(dǎo)磁材料，工藝步驟如下(1)配料玻璃布20％，羰基鐵粉30％，熱固性樹脂50％，以上百分?jǐn)?shù)為體積百分比。
(2)復(fù)合粉末將羰基Fe粉與一定量的Na2CO3粉混合均勻，得到羰基Fe/Na2CO3復(fù)合粉末。復(fù)合粉末中，羰基鐵粉與Na2CO3的體積百分比為3∶7。
(3)成型將混合均勻的復(fù)合粉末按設(shè)計的玻璃布的層數(shù)均分成數(shù)份，放入模具中進(jìn)行冷壓，成型壓力為60MPa，得到的復(fù)合坯體密度為2.44g/cm3，為其理論密度的52.8％。
(4)燒結(jié)將復(fù)合坯體在真空氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為800℃，燒結(jié)時間為60Min。
(5)水解將燒結(jié)體放入純水中以去除燒結(jié)體中的造孔劑Na2CO3。不斷更換純水，直至水溶液中的PH值達(dá)到7，取出坯體烘干。
(6)還原將烘干的坯體在氫氣中進(jìn)行還原，還原后的泡沫羰基鐵坯體質(zhì)量和復(fù)合粉末中的羰基鐵粉質(zhì)量幾乎相同。
(7)預(yù)浸將10％的熱固性樹脂溶解成溶液后，將泡沫羰基鐵放入其中進(jìn)行預(yù)浸，剩余40％的樹脂通過立式上膠機(jī)預(yù)浸在玻璃布上。
(8)疊層將預(yù)浸的泡沫羰基鐵按設(shè)計的玻璃布層數(shù)與預(yù)浸玻璃布進(jìn)行疊層，放入熱壓模具中。泡沫羰基鐵被玻璃布彼此分隔。
(9)預(yù)壓預(yù)壓溫度低于樹脂固化溫度20℃，預(yù)壓壓力為4MPa，預(yù)壓持續(xù)時間等于熱固性環(huán)氧樹脂的膠化時間，讓泡沫羰基鐵和玻璃布上的預(yù)浸樹脂充分熔融，使熔融樹脂充分滲入到泡沫羰基鐵中，形成樹脂/羰基鐵粉/纖維之間的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
(10)熱壓預(yù)壓時間超過膠化時間后，熔融樹脂開始凝膠，增加成型壓力到10MPa，使泡沫羰基鐵致密化。升高溫度到樹脂固化溫度，使樹脂開始固化。熱壓一定時間后，樹脂固化完全，保壓冷卻得到導(dǎo)磁材料。
導(dǎo)磁材料的結(jié)構(gòu)如圖4所示，由此可知，用泡沫羰基鐵制備的導(dǎo)磁材料磁粉分布要比撒粉工藝均勻的多。將導(dǎo)磁材料按GB/T3657-1983測試相對導(dǎo)磁率，按GB/T5130-1985測試厚度公差和彎曲強(qiáng)度，測試的性能為材料的最大相對磁導(dǎo)率為9.2，彎曲強(qiáng)度達(dá)到323MPa，厚度公差在0.2mm左右。
實(shí)施例2本實(shí)施例制作泡沫MnZn鐵氧體導(dǎo)磁材料，工藝步驟如下(1)配料玻璃纖維25％，MnZn鐵氧體粉末20％，環(huán)氧樹脂55％，以上百分?jǐn)?shù)為體積百分比。
(2)復(fù)合粉末將MnZn鐵氧體粉末與一定量的K3PO4粉末混合均勻，得到MnZn鐵氧體/K3PO4復(fù)合粉末。復(fù)合粉末中，MnZn鐵氧體與K3PO4的體積百分比為1∶1。
(3)成型將混合均勻的復(fù)合粉末按設(shè)計的玻璃布的層數(shù)均分成數(shù)份，放入模具中進(jìn)行冷壓，成型壓力為50MPa，得到的復(fù)合坯體密度為2.19g/cm3，為其理論密度的60％。
(4)燒結(jié)將復(fù)合坯體在空氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為820℃，燒結(jié)時間為90Min。
(5)水解將燒結(jié)體放入純水中去除燒結(jié)體中的造孔劑K3PO4。不斷更換純水，直至水溶液中的PH值達(dá)到7，烘干得到泡沫MnZn鐵氧體。
(6)預(yù)浸將5％的樹脂溶解成溶液后，將泡沫鐵氧體放入其中進(jìn)行預(yù)浸，剩余50％的樹脂通過立式上膠機(jī)形成對玻璃布的預(yù)浸。
(7)疊層將預(yù)浸的泡沫鐵氧體按設(shè)計的玻璃布層數(shù)與預(yù)浸玻璃布進(jìn)行疊層，放入熱壓模具中。泡沫鐵氧體被玻璃布彼此分隔。
(8)預(yù)壓熱壓溫度低于樹脂固化溫度30℃左右，預(yù)壓壓力為設(shè)定壓力的5MPs，讓泡沫鐵氧體中和玻璃布上的預(yù)浸樹脂充分熔融。預(yù)壓持續(xù)時間為樹脂膠化時間，讓熔融樹脂能充分滲入到泡沫鐵氧體中去，形成樹脂/鐵氧體/纖維之間互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
(9)熱壓熔融樹脂開始凝膠后，增加成型壓力到15MPa，使泡沫鐵氧體致密化。升高溫度到樹脂固化溫度，使樹脂完全固化。熱壓一定時間后，保壓冷卻得到導(dǎo)磁材料。
將導(dǎo)磁材料按GB/T3657-1983測試相對導(dǎo)磁率，按GB/T5130-1985測試厚度公差和彎曲強(qiáng)度，測試的性能為最大相對導(dǎo)磁率為4.5，彎曲強(qiáng)度為277MPa，導(dǎo)磁材料的厚度公差在.0.2mm左右。雖然材料磁導(dǎo)率較低，但制備鐵氧體泡沫體時不需要還原工序，水解烘干后可直接使用，導(dǎo)磁材料的制備工藝簡化，成本有所降低。
實(shí)施例3本實(shí)施例制作泡沫鐵導(dǎo)磁材料，工藝步驟如下(1)配料玻璃纖維20％，還原鐵粉35％，環(huán)氧樹脂45％，以上百分?jǐn)?shù)為體積百分比。
(2)復(fù)合粉末將Fe粉與一定量的CaCl2粉末用酒精混合均勻，得到Fe/CaCl2復(fù)合粉末。復(fù)合粉末中，鐵粉與CaCl2的體積百分比為2∶3。
(3)成型將混合均勻的復(fù)合粉末按設(shè)計的玻璃布的層數(shù)進(jìn)行均分，放入模具中進(jìn)行冷壓，成型壓力為40MPa，得到的復(fù)合坯體密度為2.24g/cm3，為其理論密度的50％。
(4)燒結(jié)將復(fù)合坯體在真空氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為780℃，燒結(jié)時間為120Min。
(5)水解將燒結(jié)體放入純水中以去除燒結(jié)體中的造孔劑CaCl2。不斷更換純水，直至水溶液中的PH值達(dá)到7，取出坯體進(jìn)行烘干。
(6)還原烘干坯體在氫氣中進(jìn)行還原，還原后的泡沫鐵質(zhì)量和復(fù)合粉末中加入的鐵粉質(zhì)量幾乎相同。
(7)預(yù)浸將2％的樹脂溶解成溶液后，將泡沫鐵放入其中進(jìn)行預(yù)浸，剩余43％的樹脂通過立式上膠機(jī)形成對玻璃布的預(yù)浸。
(8)疊層將預(yù)浸的泡沫鐵按設(shè)計的玻璃布層數(shù)與預(yù)浸玻璃布進(jìn)行疊層，放入熱壓模具中。泡沫鐵被玻璃布彼此分隔。
(9)預(yù)壓熱壓溫度設(shè)定在低于樹脂固化溫度20℃左右，預(yù)壓壓力為6MPs，，讓泡沫鐵和玻璃布上的預(yù)浸樹脂充分熔融。持續(xù)時間等于樹脂的膠化時間，讓熔融樹脂充分滲入到泡沫鐵中去。形成樹脂/鐵粉/纖維之間互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
(10)熱壓熔融樹脂開始凝膠固化后，增加成型壓力到20MPa，使泡沫鐵致密化。升高溫度到樹脂固化溫度，使樹脂完全固化。熱壓一定時間后，保壓冷卻得到導(dǎo)磁材料。
將導(dǎo)磁材料按GB/T3657-1983測試相對導(dǎo)磁率，按GB/T5130-1985測試厚度公差和彎曲強(qiáng)度，測試的性能為最大相對磁導(dǎo)率為11.5，彎曲強(qiáng)度為297MPa，導(dǎo)磁材料的厚度公差在0.3mm左右。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)槽楔用導(dǎo)磁材料，其特征在于導(dǎo)磁材料由熱固性樹脂、玻璃纖維布和軟磁粉末組成。軟磁粉末的體積百分比在20％～40％之間，玻璃纖維布的體積百分比在15％～30％之間，熱固性樹脂的體積百分比在40％～60％之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)磁材料，其特征在于所用的軟磁粉末被形狀歸一，厚度均勻的泡沫磁體所代替。泡沫磁體可以用金屬軟磁粉末來制備，如還原鐵粉、羰基鐵粉、FeSiAl等粉末，甚至可以是上述粉末的混合物，也可用軟磁鐵氧體粉末來制備，如MnZn鐵氧體粉末、NiZn鐵氧體粉末等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的導(dǎo)磁材料，其特征在于制備泡沫磁體時，造孔劑選用如Na2CO3、K3PO4、CaCl2等易溶于水的無機(jī)鹽，其體積百分比占復(fù)合粉末的50％～80％；冷壓成型得到的復(fù)合坯體密度為其理論密度的40％～60％；燒結(jié)溫度在760℃～840℃之間，燒結(jié)時間為300Min～150Min之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的導(dǎo)磁材料，其特征在于制備泡沫磁體時，燒結(jié)體通過水解去除造孔劑。如果是易氧化的金屬軟磁粉末，水解后的坯體還應(yīng)在還原氣氛下去除氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的導(dǎo)磁材料，其特征在于泡沫磁體熱壓前要用一定量的熱固性樹脂溶液進(jìn)行預(yù)浸處理。預(yù)浸的樹脂量為材料樹脂總用量的1％～10％，其余的樹脂預(yù)浸在玻璃布上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2和5所述的導(dǎo)磁材料，其特征在于疊層時，預(yù)浸的泡沫體被預(yù)浸的玻璃布彼此分隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5和6所述的導(dǎo)磁材料，其特征在于熱壓前首先進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓壓力為2～8MPa，預(yù)壓溫度低于熱固性樹脂固化溫度20℃～40℃，預(yù)壓持續(xù)時間為熱固性樹脂的膠化時間。壓力作用下通過熔融樹脂的流動形成磁粉/樹脂/纖維之間的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。熱壓時成型壓力在10MPa～30MPa之間，熱壓溫度為熱固性樹脂的固化溫度。熱壓直至熱固性樹脂完全固化后保壓冷卻。
全文摘要
一種具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的電機(jī)槽楔用導(dǎo)磁材料的制作方法。將導(dǎo)磁粉末與一定的水溶性鹽類造孔劑復(fù)合后，冷壓成型得到尺寸均勻的復(fù)合坯體。將復(fù)合坯體燒結(jié)后得到具有一定強(qiáng)度的燒結(jié)體。去除燒結(jié)體中的造孔劑可得泡沫磁體。泡沫磁體與一定量的樹脂溶液預(yù)浸后，與預(yù)浸的玻璃布一起疊層，使預(yù)浸泡沫體被預(yù)浸玻璃布彼此分隔，然后熱壓。熱壓初期控制壓力和溫度，使熔融樹脂充分滲入到泡沫磁體中，形成纖維/樹脂/磁粉之間的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后升溫升壓使樹脂固化完全，保壓冷卻后得到的導(dǎo)磁材料。這樣制得的導(dǎo)磁材料中磁粉分布比較均勻，互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)貫穿于材料中，材料具有較高的彎曲強(qiáng)度和相對磁導(dǎo)率。并且，材料的厚度公差較小，用其制備的磁性槽楔廢品率較低。
文檔編號H01F1/12GK1960130SQ20051002199
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者劉穎, 李軍, 許自貴, 李開華, 馬慶柯, 唐安斌, 涂銘旌 申請人:四川大學(xué), 四川東方絕緣材料股份有限公司