專(zhuān)利名稱(chēng)：復(fù)合磁性材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子設(shè)備的電感器、扼流線(xiàn)圈、變壓器等所使用的復(fù)合磁性體。
背景技術(shù)：
伴隨著近年來(lái)的電氣·電子設(shè)備的小型化，對(duì)于磁性體也要求小型且高效率。作為現(xiàn)有的磁性體，例如有高頻電路所使用的扼流線(xiàn)圈中使用了鐵氧體粉末的鐵氧體磁芯和作為金屬磁性粉末的成形體的壓粉磁芯。其中，鐵氧體磁芯存在飽和磁通密度小、直流疊加特性差這樣的缺點(diǎn)。因此，在現(xiàn)有的鐵氧體磁芯中，為了確保直流疊加特性而在相對(duì)于磁路垂直的方向上設(shè)置數(shù)百ym的間隙，以防止直流疊加時(shí)的電感L值的降低。但是，這樣的寬間隙會(huì)成為拍音(beat sound) 的發(fā)生源。此外，從間隙發(fā)生的漏磁通特別會(huì)在高頻頻帶給線(xiàn)圈造成銅耗的顯著增加。相對(duì)于此，成形金屬磁性粉末而制作的壓粉磁芯，與鐵氧體磁芯相比，具有大得多的飽和磁通密度，可以說(shuō)在小型化上有利。另外，與鐵氧體磁芯不同，其能夠無(wú)間隙地使用， 因此由拍音、漏磁通造成的銅耗小。然而，就導(dǎo)磁率和鐵損而言，不能說(shuō)壓粉磁芯比鐵氧體磁芯更優(yōu)異。特別是在扼流線(xiàn)圈、電感器所使用的壓粉磁芯中，鐵損大的部分，鐵芯的溫度上升變大，難以實(shí)現(xiàn)小型化。 另外，壓粉磁芯為了提高其磁特性，需要提高成形密度，在其制造時(shí)通常需要5ton/Cm2以上的成形壓力，根據(jù)制品情況或需要lOton/cm2以上的成形壓力。壓粉磁芯的鐵損，通常由磁滯損耗和渦流損耗構(gòu)成。在金屬材料中，因?yàn)槠涔逃须娮柚档停悦鎸?duì)磁場(chǎng)的變化，渦電流以抑制其變化的方式流動(dòng)，因此渦流損耗成為問(wèn)題。 渦流損耗與頻率的平方和渦電流流動(dòng)的范圍的平方成比例增大。因此，通過(guò)用絕緣材料被覆金屬磁性粉末的表面，可以將渦電流流動(dòng)的范圍從遍及金屬磁性粉末粒子間的鐵芯整體，抑制在僅限于金屬磁性粉末粒子內(nèi)。由此，能夠降低渦流損耗。另一方面，就磁滯損耗而言，因?yàn)閴悍鄞判颈灰愿邏毫Τ尚?，所以大量的加工?yīng)變被導(dǎo)入磁性體，導(dǎo)磁率降低，磁滯損耗增大。為了對(duì)此加以避免，會(huì)在壓粉磁芯的成形后，根據(jù)需要實(shí)施用于釋放應(yīng)變的熱處理。一般在金屬材料中，應(yīng)變的釋放是在熔點(diǎn)的1/2以上的溫度下發(fā)生的現(xiàn)象。因此，在富鐵組成的合金中，為了充分釋放應(yīng)變，至少需要在600°C以上、優(yōu)選在700°C以上進(jìn)行熱處理。S卩，在壓粉磁芯中，重要的是在確保金屬磁性粉末間的絕緣性這一狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)高溫?zé)崽幚?。但是，作為現(xiàn)有壓粉磁芯的絕緣粘合劑所使用的環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、氯乙烯樹(shù)脂等大部分有機(jī)類(lèi)樹(shù)脂，其耐熱性低。因此，若為了釋放壓粉磁芯的應(yīng)變而實(shí)施高溫?zé)崽幚恚?則現(xiàn)有的絕緣粘合劑被熱分解，因此不能使用。對(duì)此，提出了一種使用例如聚硅氧烷樹(shù)脂作為絕緣粘合劑的方法(例如專(zhuān)利文獻(xiàn) 1)。但是，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)1所提出的技術(shù)中，耐熱溫度為500°C 600°C左右，實(shí)現(xiàn)更高溫度下的熱處理很困難。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)平649114號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種復(fù)合磁性材料，其可以進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，?shí)現(xiàn)優(yōu)異的軟磁特性。本發(fā)明是一種復(fù)合磁性材料，其中，含有近球狀的金屬磁性粉末、介于金屬磁性粉末之間的扁平狀的無(wú)機(jī)絕緣物、和粘結(jié)材料，金屬磁性粉末的長(zhǎng)寬比為3以下，并且無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)寬比為2以上且具有解理性。另外，一種復(fù)合磁性材料的制造方法，其中，包括如下工序在近球狀的金屬磁性粉末中添加混合分散扁平狀的無(wú)機(jī)絕緣物的工序、添加粘結(jié)材料并進(jìn)行混勻分散的工序、 邊粉碎無(wú)機(jī)絕緣物邊加壓成形為成形體的工序、和對(duì)成形體進(jìn)行熱處理的工序，金屬磁性粉末的長(zhǎng)寬比為3以下，并且無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)寬比為4以上且具有解理性。本發(fā)明的復(fù)合磁性材料，通過(guò)使耐熱性?xún)?yōu)異的無(wú)機(jī)絕緣物介于金屬磁性粉末之間，從而充分確保高溫?zé)崽幚頃r(shí)的金屬磁性粉末間的絕緣性，能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)異的磁特性的復(fù)合磁性材料。另外，無(wú)機(jī)絕緣物為扁平狀且具有解理性，滑潤(rùn)性?xún)?yōu)異，并且斷裂強(qiáng)度低， 在加壓成形時(shí)可以輕易粉碎。因此，可以實(shí)現(xiàn)所述金屬磁性粉末的高填充化，并且可以確實(shí)地使所述無(wú)機(jī)絕緣物介于所述金屬磁性粉末之間，可以進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的復(fù)合磁性材料。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的復(fù)合磁性材料及其制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，對(duì)本實(shí)施方式中的復(fù)合磁性材料所使用的無(wú)機(jī)絕緣物進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的復(fù)合磁性材料所使用的無(wú)機(jī)絕緣物具有解理性，優(yōu)選為從氮化硼、 滑石、云母(mica)中選擇的至少一種。這些無(wú)機(jī)絕緣物耐熱性?xún)?yōu)異，因此可以進(jìn)行高溫?zé)崽幚?。另外，因?yàn)橛捎诰哂薪饫硇?，所以顯示出良好的滑潤(rùn)性，并且斷裂強(qiáng)度低。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)加壓成形時(shí)的金屬磁性粉末的高填充化。在加壓成形時(shí)的固結(jié)化過(guò)程中，優(yōu)選在初期階段發(fā)生因金屬磁性粉末間的移動(dòng)導(dǎo)致的金屬磁性粉末再排列帶來(lái)的最密填充化，之后發(fā)生塑性變形帶來(lái)的高填充化。若金屬磁性粉末間的磨擦阻抗大，則金屬磁性粉末難以運(yùn)動(dòng)，在金屬磁性粉末取得最密填充構(gòu)造前便發(fā)生塑性變形，因此難以實(shí)現(xiàn)高填充化。但是，上述這樣的具有解理性的無(wú)機(jī)絕緣物顯示出良好的滑潤(rùn)性。因此，在介于金屬磁性粉末之間時(shí)，金屬磁性粉末的再排列變得容易，可實(shí)現(xiàn)最密填充化。此外，由于斷裂強(qiáng)度低，所以在塑性變形時(shí)容易被粉碎，因此很難阻礙金屬磁性粉末的塑性變形，可以實(shí)現(xiàn)高填充化。此外，本實(shí)施方式所使用的無(wú)機(jī)絕緣物優(yōu)選為扁平形狀。通過(guò)使無(wú)機(jī)絕緣物為扁平形狀，與球狀相比，粉碎性提高，在塑性變形時(shí)容易被粉碎。因此，金屬磁性粉末的塑性變形難以受到阻礙，可以實(shí)現(xiàn)高填充化。更優(yōu)選該扁平形狀中的長(zhǎng)寬比為4以上。還有，所謂長(zhǎng)寬比，是二維地觀察粒子形狀時(shí)，長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度和短軸的長(zhǎng)度之比(長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度/短軸的長(zhǎng)度)。作為長(zhǎng)寬比的上限，在前述的效果上沒(méi)有特別限定，但從成本的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為100 以下。此外，作為使長(zhǎng)寬比為4以上的再一個(gè)理由，如下所示。在本實(shí)施方式的作為復(fù)合磁性材料的壓粉磁芯中，壓粉磁芯中的介于金屬磁性粉末之間的無(wú)機(jī)絕緣物優(yōu)選扁平形狀，更優(yōu)選長(zhǎng)寬比為2以上。在使用了扁平形狀粉末時(shí)，與球狀粉末相比，容易確保金屬磁性粉末間的絕緣性，能夠降低添加量。此外，壓粉磁芯中的金屬磁性粉末的填充率提高，能夠?qū)崿F(xiàn)高的磁特性化。若長(zhǎng)寬比比2小，則得不到這樣的效果。研究壓粉磁芯中無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)寬比的控制，其結(jié)果，作為原料使用的無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)寬比優(yōu)選為4以上，若比4小，則難以使壓粉磁芯中的無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)寬比為2以上。作為壓粉磁芯中的無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)寬比的上限，如前述，作為原料使用的長(zhǎng)寬比的上限優(yōu)選為 100以下，因此結(jié)果是100以下，由于在加壓成形時(shí)被粉碎，因此優(yōu)選90以下左右。還有，若壓粉磁芯中的無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)軸的平均長(zhǎng)度與金屬磁性粉末的平均粒徑相比足夠小，則只能取得與使用球狀粉末時(shí)同等程度的絕緣性。因此為了確保充分的絕緣性，需要增加無(wú)機(jī)絕緣物的添加量，結(jié)果是壓粉磁芯中的金屬磁性粉末的填充率降低，軟磁特性降低。另一方面，若壓粉磁芯中的無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)軸的平均長(zhǎng)度與金屬磁性粉末的平均粒徑相比過(guò)大，則金屬磁性粉末之間的一部分發(fā)生接觸，難以充分確保金屬磁性粉末間的絕緣性，渦流損耗增加。壓粉磁芯中的無(wú)機(jī)絕緣物的優(yōu)選的長(zhǎng)軸的平均長(zhǎng)度相對(duì)于金屬磁性粉末的平均粒徑為0. 02 1倍的范圍。另外，作為無(wú)機(jī)絕緣物的添加量，優(yōu)選相對(duì)于金屬磁性粉末100重量份為0. 1 5 重量份的范圍。若比0.1重量份少，則缺乏滑潤(rùn)性提高效果，并且也難以確保金屬磁性粉末間的絕緣性。若比5重量份多，則壓粉磁芯中的金屬磁性粉末的填充率降低，軟磁特性降低。接著，對(duì)本實(shí)施方式所使用的金屬磁性粉末進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式所使用的金屬磁性粉末，至少含有!^e，優(yōu)選從!^e、Fe-Si系、Fe-Ni系、Fe-Ni-Mo系、Fe_Si_Al系中選擇的至少一種。本實(shí)施方式所使用的!^e-Si系粉末，Si的含量為Iwt %以上、8wt %以下，余量由！^ 和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。Si的作用是提高軟磁特性，減小磁各向異性、磁致伸縮常數(shù)，另外還有提高電阻，降低渦流損耗的效果。作為Si添加量，優(yōu)選為以上、8wt%以下。若比少，則軟磁特性的改善效果匱乏，若比8wt%多，則飽和磁化的降低顯著，直流疊加特性降低。本實(shí)施方式所使用的!^e-Ni系粉末，Ni的含量為40wt%以上、90wt%以下，余量由 !^e和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。Ni的作用是提高軟磁特性，作為添加量，優(yōu)選為40wt%以上、 90wt%以下。若比40wt%少，則缺乏軟磁特性的改善效果，若比90wt%多，則飽和磁化的降低顯著，直流疊加特性降低。此外，為了改善導(dǎo)磁率，也可以添加1 6wt %的Mo。本實(shí)施方式所使用的!^e-Si-Al系粉末，Si的含量為8wt%以上、12wt%以下，Al 的含量以上、6wt%以下，余量由!^e和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。Si、Al的作用是提高軟磁特性，優(yōu)選上述組成范圍。若Si、Al比上述組成范圍少，則缺乏軟磁特性的改善效果， 若比上述組成范圍多，則飽和磁化的降低顯著，直流疊加特性降低。作為本實(shí)施方式所使用的金屬磁性粉末的平均粒徑，優(yōu)選為Iym以上、ΙΟΟμπι以下。若平均粒徑比Iym小，則成形密度變低，導(dǎo)磁率降低，因此不優(yōu)選。若平均粒徑比 100 μ m大，則高頻下的渦流損耗增大而不優(yōu)選。更優(yōu)選為50 μ m以下。還有，前述所謂金屬磁性粉末的平均粒徑，是根據(jù)激光衍射式粒度分布測(cè)量法求得，例如顯示出與直徑10 μ m 的球相同的衍射·散射光的圖案的被測(cè)粒子的粒徑，不論其形狀均為10 μ m。本實(shí)施方式所使用的金屬磁性粉末優(yōu)選接近球狀。若使用扁平形狀的金屬磁性粉末，則壓粉磁芯被賦予磁各向異性，因此磁路受到限制而不優(yōu)選。優(yōu)選長(zhǎng)寬比為3以下，更優(yōu)選為1.5以下。對(duì)本實(shí)施方式所使用的金屬磁性粉末的制作方法沒(méi)有特別限定，可以使用各種霧化法、各種碾碎粉。對(duì)本實(shí)施方式的金屬磁性粉末和無(wú)機(jī)絕緣物的混合、分散方法沒(méi)有特別限定，可以采用旋轉(zhuǎn)球磨機(jī)、行星式球磨機(jī)等各種球磨機(jī)，V型攪拌機(jī)，行星式混合機(jī)等。本實(shí)施方式所使用的粘結(jié)材料，優(yōu)選硅烷系、鈦系、鉻系、鋁系偶合劑、硅酮樹(shù)脂等即使在高溫?zé)崽幚砗笕宰鳛檠趸餁埩舻奈镔|(zhì)。這些殘存的氧化物結(jié)合金屬磁性粉末和無(wú)機(jī)絕緣物，在高溫?zé)崽幚砗笠部梢源_保壓粉磁芯的強(qiáng)度。還有，也可以添加一部分環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、丁醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等作為助劑。 另外，對(duì)粘結(jié)材料的混合分散方法沒(méi)有特別限定，例如能夠使用前述金屬磁性粉末和氧化物粉末的混合分散所采用的方法。對(duì)本實(shí)施方式的加壓成形方法沒(méi)有特別限定，使用通常的加壓成形方法。作為成形壓力，優(yōu)選為5ton/Cm2以上、20ton/Cm2以下的范圍。若比5ton/Cm2低，則金屬磁性粉末的填充率低，得不到高的磁特性。若比20ton/Cm2高，則為了確保加壓成形時(shí)的模具強(qiáng)度致使金屬模具大型化，另外為了確保成形壓力致使壓床大型化。此外，由于金屬模具、壓床的大型化導(dǎo)致生產(chǎn)率變低，造成成本升高。本實(shí)施方式的加壓成形后的熱處理，其目的在于，防止在加壓成形時(shí)被導(dǎo)入金屬磁性粉末的加工應(yīng)變?cè)斐傻拇盘匦缘慕档?，釋放加工?yīng)變。作為熱處理溫度以更高溫度為宜，但若過(guò)度提高溫度，則粉末粒子間絕緣不充分，渦流損耗增大，因此不優(yōu)選。優(yōu)選為 600 1000°C的范圍。若比600°C低，則加工應(yīng)變的釋放說(shuō)不上充分，磁特性變低。若比 1000°C高，則磁性粉末間的絕緣不充分，渦流損耗增大，因此不優(yōu)選。作為熱處理氣氛，為了抑制因金屬磁性粉末的氧化造成的軟磁特性降低，優(yōu)選非氧化性氣氛，例如氬氣、氮?dú)?、氦氣等惰性氣氛，氫氣等還原氣氛，真空氣氛。 以下，對(duì)本發(fā)明的復(fù)合磁性材料的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。(實(shí)施例1)準(zhǔn)備平均粒徑為Μμ m、含有Si為8. 9重量％、A1為5. 9質(zhì)量％的i^e-Si-Al系的金屬磁性粉末。對(duì)于所準(zhǔn)備的金屬磁性粉末100重量份，添加混合長(zhǎng)軸的平均長(zhǎng)度為4 μ m 且具有各種長(zhǎng)寬比的表1所述的各種無(wú)機(jī)絕緣物0. 8重量份，制成混合粉末。對(duì)于所得到的混合粉末100重量份，添加硅酮樹(shù)脂1. 0重量份后，少量添加甲苯進(jìn)行混勻分散，制成混合物。以lOton/cm2對(duì)所得到的混合物進(jìn)行加壓成形，在氬氣氣氛中以850°C進(jìn)行了 1. Oh熱處理。還有，制作的試料形狀為外形14mm、內(nèi)徑10mm、高2mm左右的環(huán)芯(toroidal core)。對(duì)于所得到的試樣進(jìn)行直流疊加特性、鐵損和試樣中的無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)寬比的評(píng)價(jià)。關(guān)于直流疊加特性，是通過(guò)以L(fǎng)CR測(cè)量?jī)x測(cè)量外加磁場(chǎng)550e、頻率120kHz下的導(dǎo)磁率來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。鐵損是使用交流B-H曲線(xiàn)測(cè)量設(shè)備，在測(cè)量頻率120kHz、測(cè)量磁通密度0. IT 下進(jìn)行了測(cè)量。另外，通過(guò)觀察試樣的斷裂面來(lái)測(cè)量長(zhǎng)寬比。所得到的結(jié)果顯示在表1中。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合磁性材料，其特征在于，含有近球狀的金屬磁性粉末、介于所述金屬磁性粉末之間的扁平狀的無(wú)機(jī)絕緣物、和粘結(jié)材料，所述金屬磁性粉末的長(zhǎng)寬比為3以下，并且所述無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)寬比為2以上且具有解理性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合磁性材料，其特征在于， 無(wú)機(jī)絕緣物是從氮化硼、滑石、云母中選擇的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合磁性材料，其特征在于，金屬磁性粉末是從Fe、Fe-Si系、Fe-Ni系、Fe-Ni-Mo系、Fe-Si-Al系中選擇的至少一種。
4.一種復(fù)合磁性材料的制造方法，其特征在于，包括如下步驟在近球狀的金屬磁性粉末中添加扁平狀的無(wú)機(jī)絕緣物并混合分散的步驟、 添加粘結(jié)材料并進(jìn)行混勻分散的步驟、 邊粉碎所述無(wú)機(jī)絕緣物邊加壓成形為成形體的步驟、和對(duì)成形體進(jìn)行熱處理的步驟，所述金屬磁性粉末的長(zhǎng)寬比為3以下，并且所述無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)寬比為4以上且具有解理性。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供一種可實(shí)現(xiàn)電感器、扼流圈、變壓器等電磁部件的小型化以及可以在高頻范圍內(nèi)使用的軟磁特性?xún)?yōu)異的復(fù)合磁性材料。本發(fā)明是一種復(fù)合磁性材料，其中，含有近球狀的金屬磁性粉末、介于金屬磁性粉末之間的扁平狀的無(wú)機(jī)絕緣物、和粘結(jié)材料，金屬磁性粉末的長(zhǎng)寬比為3以下，并且無(wú)機(jī)絕緣物的長(zhǎng)寬比為2以上且具有解理性。本發(fā)明還是一種復(fù)合磁性材料的制造方法，其構(gòu)成為邊粉碎無(wú)機(jī)絕緣物邊進(jìn)行加壓成形工序。
文檔編號(hào)H01F1/33GK102171776SQ20098013868
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日
發(fā)明者若林悠也, 高橋岳史 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社