專利名稱：切割非晶態(tài)電感磁芯制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軟磁非晶材料及其磁芯制作工藝。
以前，作為高頻濾波和貯能器件的寬恒導(dǎo)磁磁芯，通常使用帶氣隙的鐵氧體、磁粉芯和坡莫恒導(dǎo)磁合金。由于鐵氧體飽和磁感Bs低(＜0.5T)，它與磁粉芯一樣，其線性導(dǎo)磁率較小，例如FeSiAl粉芯的導(dǎo)磁率僅為75.6×10-6H/M(60Gs/Oe)，在相同電參數(shù)的條件下，這種粉芯和鐵氧體磁芯的體積重量較大，而且高頻損耗較高，具有工作溫升大等缺點(diǎn)。
另一方面，國內(nèi)目前在一些重要電子設(shè)備中通常采用寬恒導(dǎo)磁坡莫合金磁芯，牌號(hào)為1J34KH和1J50H，其最大恒導(dǎo)磁磁場分別為16和80A/cm，但在兩者之間的恒導(dǎo)材料仍屬空白，而現(xiàn)今電子裝置中普遍要求合適的最大恒導(dǎo)磁場約在40A/cm。坡莫恒導(dǎo)合金的主要缺點(diǎn)是電阻率小，高頻損耗較大，僅適用于小于20KHz的工作頻率條件下使用。
1985年，日本東芝公司首次研制成功非晶濾波扼流圈磁芯，其產(chǎn)品的最大恒導(dǎo)磁場Hm為40A/cm，磁芯的飽和磁感B100為1.2T，線性導(dǎo)磁率為200×10-6H/M(157Gs/Oe)。
隨著電子器件在高頻化和小型輕量化方面的迅速進(jìn)展，作為一些電感器件的磁芯，例如，開關(guān)電源中差模噪聲濾波器，平滑濾波扼流圈，諧振電感及貯能電感等，要求磁芯材料具有寬恒導(dǎo)、高導(dǎo)磁和低的高頻損耗，這就是本發(fā)明的目的。
本發(fā)明使用鐵基非晶態(tài)合金作為磁芯材料，采用固化切割法，制成了最大恒導(dǎo)磁場由16至80A/cm范圍可變的各種非晶電感磁芯，磁芯的飽和磁感B100為1.45T，對(duì)于Hm為40A/cm擋次的磁芯，其線性導(dǎo)磁率為275×10-6H/M。(220Gs/Oe)矯頑力Hc小于0.12A/cm，在0.05T磁感和20KHz頻率的條件下的磁芯損耗為3.0W/kg，該研制的磁芯產(chǎn)品特別適用于5KHz～250KHz頻率下工作的濾波和貯能電感以及其它要求有線性磁性的器件。
本發(fā)明的合金成分范圍為(at%)Si3.5～12B12～16C0～2.0Me(Me＝Ni、Mo、Cr)0～4Fe余量添加合金元素Me可以提高材料的導(dǎo)磁率和高頻特性，Si和B元素用來作為非晶形成元素。
采用單輥法制成規(guī)定寬度的非晶帶材，撓成環(huán)形或矩形磁芯，隨后在氮?dú)饣驓鍤獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行退火處理。
本發(fā)明采用的退火工藝為420～440℃，保溫0.5～2小時(shí)，然后在大于40℃/分的速度下冷卻至室溫，此外也可以采用橫磁退火方法，橫磁外磁場強(qiáng)度應(yīng)大于300A/cm，其退火工藝與上述相同，由于退火后的非晶材料脆性較大，而且層間無粘結(jié)，不宜直接進(jìn)行氣隙切割，本發(fā)明的主要特點(diǎn)是采用環(huán)氧樹脂包絡(luò)磁芯，使之固化成型。首先按下述配比進(jìn)行樹脂的配制
品種 配入比例(重量)環(huán)氧樹脂 100固化劑 8～16增刃劑 5～30填充劑 30～50將磁芯放入予先加熱至40～60℃溫度的模具中立即將調(diào)好的樹脂注入模具與磁芯之間的空隙中，注入后放入烘干機(jī)中進(jìn)行固化處理，其固化工藝為150℃三小時(shí)。
經(jīng)固化后的磁芯需在切割機(jī)上進(jìn)行氣隙切割，對(duì)于環(huán)形或矩形磁芯，可以制成單氣隙，也可以制成雙氣隙的。
切割氣隙的寬度需根據(jù)恒導(dǎo)磁場寬度的數(shù)值以及磁芯的磁路長度加以確定，其單氣隙的氣隙寬度尺寸范圍為0.4mm～3.0mm。
按上述方法制出的電感磁芯具有優(yōu)良的綜合磁特性，即高的飽和磁感值，良好的交直流疊加特性和低的高頻損耗值。

圖1示出了最大恒導(dǎo)磁場Hm為40A/cm擋次磁芯的典型靜態(tài)磁滯回線，其飽和磁感Bm為1.46T直流線性導(dǎo)磁率300×10-6H/M(240Gs/Oe)。
圖2示出了典型的交直流疊加特性曲線圖中縱軸為磁芯電感量的相對(duì)變化率，橫軸為直流偏磁安匝數(shù)，磁芯的尺寸為內(nèi)徑16mm，外徑26mm，高度10mm，氣隙寬0.6mm。根據(jù)使用要求不同，采用不同的切割氣隙可使本發(fā)明磁芯的最大恒導(dǎo)磁場Hmax控制在10～80A/cm的范圍內(nèi)變化。
由于本發(fā)明的電感非晶磁芯具有高的飽和磁感和高導(dǎo)磁率，寬恒導(dǎo)磁及優(yōu)良的高頻特性，在相同電參數(shù)工作條件下，該磁芯的體積可比鐵氧體減少60～70%，比磁粉芯減少50～60%，同時(shí)減少了磁芯的溫升。該磁芯在20KHz的磁芯損耗僅為1J50H坡莫橫導(dǎo)磁芯的四分之一，為1J34KH磁芯的二分之一。
實(shí)施例1用真空爐冶煉出母材，其化學(xué)成份為Fe77Si7B13C2(at%)，用單輥法制出15mm寬非晶帶材，卷撓成Φ40/64×15環(huán)形磁芯，經(jīng)430℃1hr的氬氣保護(hù)退火爐冷后，采用上述的方法進(jìn)行環(huán)氧灌注和固化，然后切割成2.5mm寬的氣隙，其最終磁性為，Bs＝1.45T，直流導(dǎo)磁率250～300×10-6H/M(200～240Gs/Oe)P0.5/20K(Bm＝0.05T，f＝20KHz)＝3.2～4.8W/kg，最大恒導(dǎo)磁場為40A/cm。
實(shí)施例2使用真空爐冶煉母材，其化學(xué)成分為Fe77Mo2Si5B16(at%)，用單輥法制帶卷撓成Φ25/32×5的磁芯，經(jīng)430℃×1hr的橫磁退火后，按上述方法進(jìn)行固化，然后切割0.5mm寬氣隙。
獲得的最終磁性為Bs＝1.4T，直流導(dǎo)磁率μ為685×10-6H/M(540Gs/Oe)在16A/cm的直流偏磁場下1KHz的交流導(dǎo)磁率為610×10-6H/M(490Gs/Oe)，在Bm＝0.05T、f＝20KHz的鐵芯損耗為2.51W/kg。
權(quán)利要求
1.軟磁非晶態(tài)材料及其磁芯制法，其特征在于化學(xué)成份范圍(重量%)為Si3.5～12.0%，B12.0～16.0%，C0～2.0%，Me(Me=Ni、Mo、Cr)0～4.0%，F(xiàn)e余量，使用真空冶煉的母材，用單輥法制成規(guī)定寬度的非晶帶材，繞成環(huán)形或矩形磁芯，然后在氮?dú)饣驓鍤獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行退火處理，之后采用環(huán)氧樹脂包絡(luò)磁芯，經(jīng)固化處理成型，最后進(jìn)行氣隙切割。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于退火處理工藝為無橫向磁場作用或有橫向磁場作用，加熱溫度420～440℃，保溫0.5～2小時(shí)，然后在大于40℃/分的速度下冷卻至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁芯制法，其特征在于環(huán)氧樹脂的配比(重量)為環(huán)氧樹脂100，固化劑8～16，增刃劑5～30，填充劑30～50。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁芯制法，其特征在于固化處理工藝為150℃3小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁芯制法，其特征在于磁芯切割的氣隙寬度范圍為0.4mm～3.0mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于軟磁非晶態(tài)材料及磁芯制作工藝。用鐵基非晶帶其成分為Fe余MeO～4Si3.5～12，B13～16C0～2，卷繞成磁芯后經(jīng)430℃退火后，用環(huán)氧樹脂對(duì)磁芯進(jìn)行包絡(luò)固化成型處理，然后進(jìn)行氣隙切割，制成切割非晶態(tài)電感磁芯。其飽和磁感Bs為1.45T，對(duì)于最大恒導(dǎo)磁場Hmax為40A/cm的磁芯，平均直流導(dǎo)磁率為240，損耗P2/20K為4W/kg，并有良好的頻率特性，工作頻率為1KH
文檔編號(hào)H01F3/04GK1050108SQ8910698
公開日1991年3月20日 申請(qǐng)日期1989年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月3日
發(fā)明者張家驥 申請(qǐng)人:首鋼冶金研究所