專利名稱：有機(jī)/無機(jī)復(fù)合絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟磁復(fù)合材料，尤其涉及一種有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù) 合材料及其通過溶膠——凝膠制備的方法。
背景技術(shù)：
軟磁復(fù)合材料(SMC)是由軟磁粉體材料(如鐵粉)和占很少部分的表面 絕緣介質(zhì)組成，可以一步由粉末冶金技術(shù)壓制成具有復(fù)雜形狀的部件,并具有良 好的各向同性磁性能。材料的物理性質(zhì)決定了它非常適合作為電機(jī)的鐵心材料, 并給電機(jī)設(shè)計(jì)帶來了革命性的變化。現(xiàn)有的研究表明，磁粉芯的性能與其絕緣 材料及其添加量密切相關(guān)。它在很大程度上決定其密度，磁通量，電阻，渦流 損失和壓制磁粉芯的機(jī)械強(qiáng)度。但是，到目前為止，這些材料在工業(yè)和商業(yè)中 的應(yīng)用還沒有重大進(jìn)展，同時(shí)出于商業(yè)機(jī)密等因素，相關(guān)的研究成果報(bào)道較少。 目前，SMC主要以高分子材料包覆為主，其缺點(diǎn)于壓制后的材料不能進(jìn)行燒結(jié) 處理，材料的致密度、機(jī)械性能及相關(guān)磁學(xué)性能不能滿足其在電機(jī)領(lǐng)域和高溫 等情況下的應(yīng)用。因而研究者開始轉(zhuǎn)向采用無機(jī)物包覆。中南工業(yè)大學(xué)粉末冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄒聯(lián)隆等在1000m 1蒸餾水中加入 適量的重鉻酸鎂、磷酸、尿素和甘油配制成包覆溶液。將噴霧鐵粉在氫氣中， 80(TC還原2小時(shí)后，過篩，取一定粒度分布的粉末與包覆液按一定的比例均勻 混合，然后在水浴中攪拌初步干燥，最后在20(TC下烘干，得到包覆鐵粉。中國專利(申請(qǐng)?zhí)?97102244.5，公開號(hào)CN1167990)報(bào)道鐵粉芯、用于 鐵粉芯的鐵粉及鐵粉芯的制備方法。在鐵粉中添加了的二氧化硅溶膠、硅氧烷 樹脂和有機(jī)鈦化合物。通過使所說的鐵粉經(jīng)過在5 0 2 5 (TC下的固化處理、把粉末壓塊、在5 5 0 6 5 (TC在惰性氣氛中退火、獲得一種基本由具有7 5 2 0 Opm的顆粒尺寸的鐵粉顆粒。該二氧化硅溶膠不是采用溶膠一凝膠工 藝合成，二氧化硅的分散性不好，且與硅氧烷樹脂和有機(jī)鈦化合物難以實(shí)現(xiàn)均 勻混合，不存在凝膠過程，難以取得均勻絕緣膜。中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?00610053628.3)公開了一種耐高溫鐵粉芯的制造 方法。它是在100重量份粒度小于300目的電解鐵粉，加入10 20重量份，濃度 為0.02X 0.20Q/^，pH值為6.3 6.8的鉻酸酐水溶液，放入滾筒式炒粉機(jī)中炒干， 炒干溫度為100 150。C;加入0.1 0.5重量份堿式碳酸鎂，混合均勻造粒，加入 0.2 0.6重量份的有機(jī)環(huán)氧型粘結(jié)劑與0.2 0.6重量份的硬脂酸鋅，模壓成型。 該發(fā)明采用鉻酸酐水溶液法生產(chǎn)的絕緣膜比磷酸和丙酮法生成的絕緣膜牢固， 電阻率高，在模壓成型時(shí)不易破壞，而且其磁芯損耗較小，成品可以在20(TC溫 度使用，缺點(diǎn)于材料不能進(jìn)行燒結(jié)處理。中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?2120634.1，鐵磁金屬基粉末、用其制成的鐵粉芯 和鐵磁金屬基粉末的制造方法)提供一種含耐熱絕緣覆層的鐵基粉末和鐵粉芯。 將含硅樹脂和顏料的涂料加入到主要含鐵磁金屬，特別是鐵的原材料粉末中， 進(jìn)行攪拌和混合，此后進(jìn)行干燥處理以在鐵基粉末的表面上形成含硅樹脂和顏 料的覆層。顏料為金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、礦物質(zhì)和玻璃中的 一種。將涂料噴射到處于流化態(tài)的鐵基粉末上形成含硅化物、釹化物、鋯化物、 磷化物和鉻化物中至少一種的涂層。S.N.B. Hodgson等(Journal of Magnetism and Magnetic Materials (2006), doi:10.1016/jjmmm.2006.08.002)直接采用S 102溶膠(由正硅酸乙酯或正硅酸乙 酯和甲基三甲基硅垸通過水解得到)混合，采用Si02包敷鐵粉。由于二氧化硅 的脆性，該工藝得到的包敷鐵粉，其表面的S i02絕緣膜容易脆裂，包敷效果不是很理想。用以上方法制備絕緣膜均不很理想，如存在絕緣膜容易脆裂、包覆不均勻、 制備工藝復(fù)雜等方面問題。到目前為止，此類研究在工業(yè)中的應(yīng)用還沒有重大 進(jìn)展，進(jìn)一步探求性能優(yōu)異的SMC絕緣膜是非常必要的。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述的絕緣膜容易脆裂、包覆不均勻、制備工藝復(fù)雜、軟磁鐵復(fù) 合材料其壓制后不能進(jìn)行燒結(jié)處理的技術(shù)問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種 有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料。其具有兼顧了有機(jī)、無機(jī)物包覆的優(yōu) 點(diǎn)，絕緣層的包覆效果及力學(xué)性能優(yōu)異的特點(diǎn)。本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供上述的有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材 料的制備方法。該制備方法采用了溶膠——凝膠，具有工藝簡單、成本低的特 點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述的第一個(gè)目的，本發(fā)明采用了以下的方法-有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料，該軟磁復(fù)合材料包括絕緣物包覆的鐵粉，其中按重量百分比計(jì)該絕緣物的量為所包覆鐵粉質(zhì)量的0.05% 1.5%， 所述的絕緣物由包括二氧化硅溶膠和聚合物的物料均勻分散復(fù)合構(gòu)成，聚合物 占絕緣物的重量百分比為5% 30%。作為優(yōu)選，按重量百分比計(jì)上述的絕緣物 的量為所包覆鐵粉質(zhì)量的0.05% 1%。作為優(yōu)選，上述的絕緣物還可以包括5°/。 10%重量百分比的納米添加劑。 所述的納米添加劑可以為納米氧化鎂粉或納米氧化鋁粉。納米氧化鎂粉或納米 氧化鋁粉具有耐高溫特性，有利于燒結(jié)處理，燒結(jié)的粘結(jié)性能好。作為優(yōu)選，上述的聚合物為環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸甲酯和酚醛樹脂中的一 種或多種。為了實(shí)現(xiàn)上述的第二個(gè)目的，本發(fā)明采用了以下的方法-上述的有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料的制備方法，其包括以下的 步驟① 將二氧化硅溶膠先驅(qū)體，在有機(jī)溶劑和水中水解，加入催化劑制備二氧 化硅溶膠；② 在上述的二氧化硅溶膠中加入聚合物，分散均勻，制備絕緣物溶膠；③ 然后在上述的絕緣物溶膠中加入鐵粉，混合均勻，通過加催化劑控制溶 膠體系凝膠，最后陳化得到有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料。作為優(yōu)選，上述的步驟①中的二氧化硅溶膠先驅(qū)體選自正硅酸乙酯、甲基 三甲基硅烷中的一種或2種。作為優(yōu)選，上述的步驟①中的有機(jī)溶劑選自乙醇、乙二醇、丙酮中的一種 或2種。加入乙醇是因?yàn)槎趸枞苣z先驅(qū)體在水中的溶解度不大，而在乙醇中 的溶解度比在水中的溶解度要大得多。乙醇不僅能二氧化硅溶膠先驅(qū)體與互溶， 又能與水互溶，這樣可以保證醇鹽的水解反應(yīng)在均相溶液中進(jìn)行。作為優(yōu)選，上述的步驟①、③中的催化劑選自HCI、 HN03、 HC104、 HF、 H3P04、 NaOH、 NH3 H20、 CaCl2。 二氧化硅溶膠先驅(qū)體水解速率隨溶液的酸 堿度增加而加快，縮聚反應(yīng)速率則在中性、堿性或強(qiáng)酸性溶液中較快，因此通 過控制pH值，采用先在酸性條件下后在堿性條件下的兩步法，使水解和縮聚反 應(yīng)快速的進(jìn)行，可大大節(jié)約時(shí)間。作為優(yōu)選，上述的步驟①中水和二氧化硅溶膠先驅(qū)體中的硅的摩爾比為2 4。 一般認(rèn)為當(dāng)加水量少于等量點(diǎn)(水硅比11=2)時(shí)，聚合為脫醇縮合；而當(dāng)加水 量大于等量點(diǎn)時(shí)，聚合則以脫水縮合為主。增加R值， 一方面有利于促進(jìn)水解， 另一方面會(huì)稀釋硅化物的濃度，間接導(dǎo)致凝膠時(shí)間的延長。當(dāng)由于水還是脫水縮合的產(chǎn)物之一，故加水量過大，會(huì)致使已形成的硅氧鍵的重新水解。同時(shí)， 高的水硅比值也會(huì)導(dǎo)致液相間不互溶。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，為了提高反應(yīng)速度，水硅比可以選2 4之間。本發(fā)明在鐵粉表面包覆一層有機(jī)/無機(jī)復(fù)合絕緣層，開發(fā)出有機(jī)/無機(jī)系絕緣 材料，解決了有機(jī)絕緣層包覆為主的軟磁鐵復(fù)合材料其壓制后不能進(jìn)行燒結(jié)處 理，材料的致密度、機(jī)械性能及相關(guān)磁學(xué)性能不能很好的滿足其在電機(jī)領(lǐng)域的 應(yīng)用的缺點(diǎn)，也克服了單純無機(jī)物包覆絕緣層的脆性，為SMC材料的絕緣包覆 提供了一種新的方法。本發(fā)明采用溶S交——凝膠工藝制備有機(jī)/無機(jī)復(fù)合的絕緣物包覆鐵粉軟磁復(fù) 合材料方法的優(yōu)點(diǎn)1) 二氧化硅在溶膠中原位生成包覆在鐵粉表面；2)采用 有機(jī)/無機(jī)復(fù)合絕緣包覆鐵粉，兼顧了有機(jī)、無機(jī)物包覆的優(yōu)點(diǎn)，絕緣層的包覆 效果及力學(xué)性能優(yōu)異；3)工藝簡單、成本低。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的產(chǎn)品放大500倍數(shù)的掃描電鏡照片。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的產(chǎn)品放大1000倍數(shù)的掃描電鏡照片。 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的產(chǎn)品放大2000倍數(shù)的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l將水13ml、正硅酸乙酯40ml、乙醇21ml混合攪拌30分鐘，攪拌過程滴入 數(shù)滴鹽酸(催化劑)得到透明的液狀二氧化硅溶膠，加入環(huán)氧樹脂(5g溶于50ml 乙醇的環(huán)氧樹脂溶液)，繼續(xù)攪拌，形成相溶的透明的絕緣物溶膠，將5000g鐵 粉加入到該絕緣物溶膠中，然后在室溫下陳化，溶膠凝膠后，得到有機(jī)/無機(jī)絕 緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料。包覆鐵粉的不同放大倍數(shù)的掃描電鏡照片如圖1-3所示。從圖1-3可以看到用溶膠-凝膠工藝制備二氧化硅和環(huán)氧樹脂復(fù)合包覆的鐵粉表面平整均勻，沒有裂縫。實(shí)施例2將水10ml、正硅酸乙酯10ml、甲基三甲基硅烷20ml、乙醇20ml混合攪 拌30分鐘，攪拌過程滴入數(shù)滴鹽酸(催化劑)得到透明的液狀二氧化硅溶膠， 加入酚醛樹脂(5g溶于50ml乙醇的酚醛樹脂溶液)，繼續(xù)攪拌，形成相溶的透 明的絕緣物溶膠，將5000g鐵粉加入到該絕緣物溶膠中，然后放入溫度設(shè)為60 'C的烘箱中陳化，溶膠凝膠后，得到有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料。 實(shí)施例3將水15ml、正硅酸乙酯35ml、乙醇25ml混合攪拌30分鐘，攪拌過程滴 入數(shù)滴氨水(催化劑)得到透明的液狀二氧化硅溶膠，加入3g甲基丙烯酸甲酯 并滴入數(shù)滴偶氮引發(fā)劑，繼續(xù)攪拌，形成相溶的透明的絕緣物溶膠，將5000g 鐵粉加入到該絕緣物溶膠中，然后在室溫下陳化，溶膠凝膠后，得到有機(jī)/無機(jī) 絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料。 實(shí)施例4將水10ml、正硅酸乙酯20ml、乙醇20ml混合攪拌30分鐘，攪拌過程滴入數(shù) 滴鹽酸(催化劑)得到透明的液狀二氧化硅溶膠，加入環(huán)氧樹脂(5g溶于50ml 乙醇的環(huán)氧樹脂溶液)，繼續(xù)攪拌，形成透明的絕緣物溶膠，再加入納米氧化鎂 粉，將5000g鐵粉加入到該絕緣物溶膠中，然后在室溫下陳化，溶膠凝膠后，得 到有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料，其特征在于該軟磁復(fù)合材料包括絕緣物包覆的鐵粉，其中按重量百分比計(jì)絕緣物的量為所包覆鐵粉質(zhì)量的0.05％～1.5％，所述的絕緣物由包括二氧化硅溶膠和聚合物的物料均勻分散復(fù)合構(gòu)成，聚合物占絕緣物的重量百分比為5％～30％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料，其特征在 于按重量百分比計(jì)絕緣物的量為所包覆鐵粉質(zhì)量的0.05% 1%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料，其特征 在于絕緣物還包括5% 10%重量百分比的納米添加劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料，其特征在 于所述的納米添加劑為納米氧化鎂粉或納米氧化鋁粉。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料，其特征在于聚合物為環(huán)氧樹脂、甲基丙烯酸甲酯和酚醛樹脂中的一種或多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下的歩驟① 將二氧化硅溶膠先驅(qū)體，在有機(jī)溶劑和水中水解，加入催化劑制備二氧化硅溶膠；② 在上述的二氧化硅溶膠中加入聚合物，分散均勻，制備絕緣物溶膠；③ 然后在上述的絕緣物溶膠中加入鐵粉，混合均勻，通過加催化劑控制溶膠 體系凝膠，最后陳化得到有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于步驟①中的二氧化硅溶膠先驅(qū)體選自正硅酸乙酯、甲基三甲基 硅烷中的一種或2種。
8. 據(jù)權(quán)利要求6所述的有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟①中的有機(jī)溶劑選自乙醇、乙二醇、丙酮中的一種或2種。
9. 據(jù)權(quán)利要求6所述的有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料的制備方法，其 特征在于步驟①、③中的催化劑選自HCI、 HN03、 HC104、 HF、 H3P04、 NaOH、 NH3 H20、 CaCl2。
10. 據(jù)權(quán)利要求6所述的有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料的制備方法，其 特征在于步驟①中水和二氧化硅溶膠先驅(qū)體中的硅的摩爾比為2 4。
全文摘要
本發(fā)明涉及軟磁復(fù)合材料，尤其涉及一種有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料及其通過溶膠——凝膠制備的方法。有機(jī)/無機(jī)絕緣包覆鐵粉的軟磁復(fù)合材料，該軟磁復(fù)合材料包括絕緣物包覆的鐵粉，其中按重量百分比計(jì)該絕緣物的量為所包覆鐵粉質(zhì)量的0.05％～1.5％，所述的絕緣物由包括二氧化硅溶膠和聚合物的物料均勻分散復(fù)合構(gòu)成，聚合物占絕緣物的重量百分比為5％～30％。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)二氧化硅在溶膠中原位生成包覆在鐵粉表面；2)采用有機(jī)/無機(jī)復(fù)合絕緣包覆鐵粉，兼顧了有機(jī)、無機(jī)物包覆的優(yōu)點(diǎn)，絕緣層的包覆效果及力學(xué)性能優(yōu)異；3)工藝簡單、成本低。
文檔編號(hào)H01F1/22GK101226807SQ20071018685
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者昕 柯, 陳建軍 申請(qǐng)人:湖州科達(dá)磁電有限公司