专利摘要

本发明公开了一种高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，在球形软磁合金颗粒外包覆磁性氧化物颗粒层以形成混合粉末；将混合粉末装入模具使混合粉末被压制成型；对成型过程中的混合粉末施加外磁场，所述磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面法向；去应力退火而获得软磁复合材料。该技术方案非常简便，对磁粉、设备都没有严苛要求，并且无需对现有设备做出大的改进，只需要增加外磁场施加设备，即可实现软磁材料的高性能；软磁合金和磁性氧化物在磁环水平和垂直方向非对称分布，造成工作磁路方向的磁导率更高、损耗更低；本发明由于采用设备少、工艺步骤少、工艺简单，可以快速实现软磁复合材料的工业应用。

权利要求

1.高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，其特征在于：在球形软磁合金颗粒外包覆磁性氧化物颗粒层以形成混合粉末；将混合粉末装入模具使混合粉末被压制成型；对成型过程中的混合粉末施加外磁场，所述外磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面法向；去应力退火而获得软磁复合材料；

在沿磁环平面方向，球形软磁合金颗粒排列紧密有序，磁性氧化物颗粒择优填充在水平间隙；沿磁环法向轴线方向，球形软磁合金颗粒排列无序，磁性氧化物颗粒在垂直间隙处填充量较少；

在磁环内球形软磁合金颗粒和磁性氧化物颗粒的排布使球形软磁合金颗粒和磁性氧化物粉末的分布在磁环内具有各向异性。

2.根据权利要求1所述的高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述磁场强度为0.1~10T。

3.根据权利要求1所述的高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述磁场为线圈磁场、电磁铁磁场或脉冲磁场中的一种。

4.根据权利要求1所述的高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，其特征在于：在压制混合粉末成型的过程中始终施加外磁场。

5.根据权利要求1所述的高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述球形软磁合金颗粒的质量分数为90wt.%~99.9wt.%；所述的磁性氧化物层的质量分数为0.1wt.%~10wt.%。

6.根据权利要求1所述的高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述球形软磁合金颗粒为Fe、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Ni-Mo、Fe-Si-Al、Fe-Si-B非晶、铁基纳米晶合金中的一种。

7.根据权利要求1所述的高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述磁性氧化物层为Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体、Mg-Zn铁氧体、Ni-Cu-Zn铁氧体、Co2Y平面六角铁氧体、Co2Z平面六角铁氧体中的一种。

8.根据权利要求1所述的高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述球形软磁合金颗粒的直径为5μm~40μm；所述磁性氧化物颗粒的直径为10nm~200nm。

9.根据权利要求1所述的高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述球形软磁合金颗粒通过气雾化法或水雾化法制备获得。

10.一种高磁导率低损耗软磁复合材料的磁环，其特征在于：包括磁环本体，磁环本体内包括球形软磁合金颗粒和磁性氧化物颗粒；

磁性氧化物颗粒包覆于球形软磁合金颗粒外，以使磁性氧化物颗粒分布在球形软磁合金颗粒的界面处；在沿磁环平面方向，球形软磁合金颗粒排列紧密有序，磁性氧化物颗粒择优填充在水平间隙；沿磁环法向轴线方向，球形软磁合金颗粒排列无序，磁性氧化物颗粒在垂直间隙处填充量较少；

在磁环内球形软磁合金颗粒和磁性氧化物颗粒的排布使球形软磁合金颗粒和磁性氧化物粉末的分布在磁环内具有各向异性。

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料制备领域，尤其涉及一种高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法及其磁环。

背景技术

软磁材料具有低矫顽力和高磁导率，因而既易于磁化，也易于退磁，广泛用于能量转换和通信设备中。

软磁复合材料最显著的缺点是由于磁性粒子之间被非磁性体分开，磁路隔断，磁导率低。目前已有很多技术用磁性氧化物来替代传统绝缘介质，既可以起到增大电阻率的作用，又不会使磁路磁阻增大很多，对磁导率的损耗降低。但显然，软磁复合材料的磁导率仍然偏低。

如何通过简易可行的技术方案实现高磁导率低损耗的软磁复合材料及相应的材料制备依然是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法，在球形软磁合金颗粒外包覆磁性氧化物颗粒层以形成混合粉末；将混合粉末装入模具使混合粉末被压制成型；对成型过程中的混合粉末施加外磁场，所述外磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面法向；去应力退火而获得软磁复合材料。

在现有技术的常规理论中，球形的软磁合金颗粒各向磁性相同，对其施加外磁场理论上是无用的，而本发明跳出常规思路，创造性的施加了一个平行于工作磁路平面的外磁场，由于受外磁场的作用，软磁合金和磁性氧化物都被磁化，磁化方向与外磁场一致。被磁化后的磁性粉末由于磁性作用，在磁场方向排列更加紧密有序。另外，颗粒更小的磁性氧化物更是择优填充了大尺寸软磁合金颗粒间的水平间隙。因此磁性氧化物颗粒在球形软磁合金颗粒周围形成非对称分布，即沿外磁场方向磁性氧化物的含量较多，而沿磁环轴向磁性氧化物的含量较少。这种排列的结果是水平方向磁路磁阻更低、电阻率更大，因此可以获得更高的磁导率和更低的损耗。

优选的：所述磁场强度为0.1～10T。

优选的：所述磁场为线圈磁场、电磁铁磁场或脉冲磁场中的一种。

优选的：在压制混合粉末成型的过程中始终施加外磁场。

优选的：所述球形软磁合金颗粒的质量分数为90wt.％～99.9wt.％；所述的磁性氧化物层的质量分数为0.1wt.％～10wt.％。

优选的：所述球形软磁合金颗粒为Fe、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Ni-Mo、Fe-Si-Al、Fe-Si-B非晶、铁基纳米晶合金中的一种。

优选的：所述磁性氧化物层为Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体、Mg-Zn铁氧体、Ni-Cu-Zn铁氧体、Co₂Y平面六角铁氧体、Co₂Z平面六角铁氧体中的一种。从理论上来收，几种磁性氧化物性能稳定，可以多种混合来对球形软磁合金颗粒进行包覆。

优选的：所述球形软磁合金颗粒的直径为5μm～40μm；所述磁性氧化物颗粒的直径为10nm～200nm。

优选的：所述球形软磁合金颗粒通过气雾化法或水雾化法制备获得。

本发明的另一个目的是提供一种软磁复合材料的磁环，可广泛应用于电机、工频至高频的变压器、传感器、扼流圈、噪音过滤器、燃料喷射器等装置中。

一种包含上述任意所述的高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法的磁环，包括磁环本体，磁环本体内包括球形软磁合金颗粒和磁性氧化物颗粒；磁性氧化物颗粒包覆于球形软磁合金颗粒外，以使磁性氧化物颗粒分布在球形软磁合金颗粒的界面处；在沿磁环平面方向，球形软磁合金颗粒排列紧密有序，磁性氧化物颗粒择优填充在水平间隙；沿磁环法向轴线方向，球形软磁合金颗粒排列无序，磁性氧化物颗粒在垂直间隙处填充量较少；在磁环内球形软磁合金颗粒和磁性氧化物颗粒的排布使球形软磁合金颗粒和磁性氧化物粉末的分布在磁环内具有各向异性。

相比较于软磁合金颗粒和磁性氧化物的均匀分布，本发明中各向异性分布的复合材料具有更高的磁导率以及更低的损耗。

本发明的技术效果是：

1、该技术方案非常简便，对磁粉、设备都没有严苛要求，并且无需对现有设备做出大的改进，只需要增加外磁场施加设备，即可实现软磁材料的高性能；

2、软磁合金和磁性氧化物在磁环水平和垂直方向非对称分布，造成工作磁路方向的磁导率更高、损耗更低；

3、本发明由于采用设备少、工艺步骤少、工艺简单，可以快速实现软磁复合材料的工业应用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

附图1给出了实施例1中包覆后样品的扫描电镜照片；

附图2给出了实施例1中磁场水平取向样品的扫描电镜照片；

附图3给出了实施例1中没有经磁场取向样品的扫描电镜照片(作为对比)；

附图4给出了实施例1中样品的有效磁导率；

附图5给出了实施例1中样品的磁损耗；

附图6给出了实施例1中样品的复数磁导率的实部；

附图7给出了实施例1中样品的μQ积。

附图8是本发明中复合材料的示意图；

在附图4-附图7中：Normal表示未施加外磁场取向的样品曲线；Parallel表示施加了外磁场取向的样品曲线。

在附图8中：1球形软磁合金颗粒，2磁性氧化物颗粒。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1、图8所示，图1是单独一颗球形软磁合金颗粒被磁性氧化物颗粒包覆为绝缘层的示意图；图8是理想状态下软磁复合材料的截面示意图，在图8中，假设球形软磁合金颗粒相同，磁性氧化物颗粒也都相同。

以下实施例，将以常见的环形软磁复合材料为例。其他形状的软磁复合材料具有相同的性质不再做赘述。

实施例1：

1)原材料准备

通过气雾化法获得球形Fe颗粒，将球形Fe颗粒作为磁性主相；界面相为Mn-Zn铁氧体；Fe的质量分数为96wt.％；Mn-Zn铁氧体的质量分数为4wt.％；Fe颗粒的平均粒径为30微米，Mn-Zn铁氧体的平均粒径为20纳米；

2)软磁合金颗粒的绝缘包覆

球形Fe颗粒经钝化后，与Mn-Zn铁氧体充分混合，形成混合粉末；以实现Mn-Zn铁氧体对球形Fe颗粒的绝缘包覆；在球形Fe颗粒外形成磁性氧化物颗粒层；

3)磁场取向成型

将步骤2)中的混合粉末装入环形模具压制成为磁环，在磁环成型过程中施加外磁场，外磁场平行于工作磁路平面，与工作磁路平面垂直；磁场由线圈产生；磁场强度为0.1T；外磁场的作用使磁环中的Fe磁粉与Mn-Zn铁氧体的排列重新分布；

4)去应力退火

软磁复合磁环在成型后，进一步去应力退火，降低磁滞损耗；最终获得球形软磁合金颗粒(球形Fe颗粒)与磁性氧化物(Mn-Zn铁氧体)非均匀分布的高磁导率低损耗软磁复合材料。

附图2给出了施加平行于工作磁路平面磁场样品的扫描电镜照片；可以发现，平行于工作磁路方向的磁粉连续分布，排列比垂直于工作磁路方向更加紧密；磁性氧化物在软磁合金颗粒的水平间隙形成良好填充；

附图3给出了没有经磁场取向样品的扫描电镜照片(作为对比)；可以看出，球形软磁合金与磁性氧化物都形成了良好填充；球形软磁合金与磁性氧化物的排列分布不存在各向异性；

附图4给出了图2和图3样品的有效磁导率对比曲线；可以发现，经平行于工作磁路平面磁场取向之后，样品具有更高的磁导率；

附图5给出了图2和图3样品的磁损耗对比曲线；可以发现，经平行于工作磁路平面的磁场取向之后，样品具有更低的损耗；

附图6给出了图2和图3样品的复数磁导率的实部对比曲线；可以发现，经平行于工作磁路平面的磁场取向之后，样品具有更高的复数磁导率实部；附图7给出了图2和图3样品的μQ积对比曲线；可以发现，经平行于工作磁路平面的磁场取向之后，样品的μQ积更高，表现出更好的综合软磁特性；

因此，可以发现制备过程中经平行于工作磁路平面的磁场取向之后，样品的磁导率更高、损耗更低。

实施例2：

1)原材料准备

通过气雾化法获得球形Fe-Si颗粒，球形Fe-Si颗粒作为磁性主相；界面相为Ni-Zn铁氧体；球形Fe-Si颗粒的质量分数为90wt.％；Ni-Zn铁氧体的质量分数为10wt.％；

2)软磁合金颗粒的绝缘包覆

球形Fe-Si颗粒经钝化后，与Ni-Zn铁氧体充分混合，形成混合粉末，Ni-Zn铁氧体实现对Fe-Si颗粒的绝缘包覆；

3)磁场取向成型

将步骤2)中的混合粉末装入环形模具压制成型为磁环，在磁环成型过程中施加外磁场进行取向，磁场由电磁铁产生；外磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路法向方向；磁场强度为0.4T；外磁场取向使磁环中的球形Fe-Si磁粉与Ni-Zn铁氧体的排列重新分布；

4)去应力退火

软磁复合磁环在成型后，进一步去应力退火，降低磁滞损耗；最终获得软磁合金颗粒与磁性氧化物非均匀分布的高磁导率低损耗软磁复合材料。

下表1为平行于工作磁路平面进行磁场取向和未进行磁场取向的Ni-Zn/Fe-Si软磁复合材料的有效磁导率和损耗值。

可以发现，经平行于工作磁路平面磁场取向后的Ni-Zn/Fe-Si软磁复合材料具有高磁导率和低损耗。

实施例3：

1)原材料准备

通过气雾化法获得球形Fe-Ni颗粒，球形Fe-Ni颗粒作为磁性主相；界面相为Mg-Zn铁氧体；球形Fe-Ni颗粒的质量分数为92wt.％；Mg-Zn铁氧体的质量分数为8wt.％；

2)软磁合金颗粒的绝缘包覆

球形Fe-Ni颗粒经钝化后，与Mg-Zn铁氧体充分混合，形成混合粉末；实现Mg-Zn铁氧体对Fe-Ni颗粒的绝缘包覆；

3)磁场取向成型

将步骤2)中的混合粉末装入环形模具压制成为磁环，在磁环成型过程中施加外磁场进行取向，外磁场由电磁铁产生；外磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路法向方向；磁场强度为0.6T；外磁场使磁环中的Fe-Ni磁粉与Mg-Zn铁氧体的排列重新分布；

4)去应力退火

软磁复合磁环在成型后，进一步去应力退火，降低磁滞损耗；最终获得软磁合金颗粒与磁性氧化物非均匀分布的高磁导率低损耗软磁复合材料。

表2为施加平行于工作磁路平面取向和未施加磁场取向的Mg-Zn/Fe-Ni软磁复合材料的有效磁导率和损耗值。

可以发现，经平行于工作磁路平面磁场取向后的Mg-Zn/Fe-Ni软磁复合材料具有高磁导率和低损耗。

实施例4：

1)原材料准备

通过气雾化法获得球形Fe-Ni-Mo颗粒，球形Fe-Ni-Mo颗粒作为磁性主相；界面相为Ni-Cu-Zn铁氧体；球形Fe-Ni-Mo颗粒的质量分数为95wt.％；Ni-Cu-Zn铁氧体的质量分数为5wt.％；

2)软磁合金颗粒的绝缘包覆

球形Fe-Ni-Mo颗粒经钝化后，与Ni-Cu-Zn铁氧体充分混合，形成混合粉末；实现Ni-Cu-Zn铁氧体对Fe-Ni-Mo颗粒的绝缘包覆；

3)磁场取向成型

将步骤2)中的混合粉末装入环形模具压制成型为磁环，在磁环成型过程中施加外磁场进行取向，外磁场由电磁铁产生；外磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路法向方向；外磁场强度为0.8T；外磁场对使磁环中的Fe-Ni-Mo磁粉与Ni-Cu-Zn铁氧体的排列重新分布

4)去应力退火

软磁复合磁环在成型后，进一步去应力退火，降低磁滞损耗；最终获得软磁合金颗粒与磁性氧化物非均匀分布的高磁导率低损耗软磁复合材料。

经测试，经水平磁场取向的样品具有更高的磁导率和更低的磁损耗。

实施例5：

1)原材料准备

磁性主相为球形Fe-Si-Al颗粒，球形Fe-Si-Al颗粒通过气雾化法获得；界面相为Co₂Y平面六角铁氧体；球形Fe-Si-Al颗粒的质量分数为97wt.％；Co₂Y平面六角铁氧体的质量分数为3wt.％；

2)软磁合金颗粒的绝缘包覆

球形Fe-Si-Al颗粒经钝化后，与Co₂Y平面六角铁氧体充分混合，形成混合粉末，实现Co₂Y平面六角铁氧体对Fe-Si-Al颗粒的绝缘包覆；

3)磁场取向成型

将步骤2)中的混合粉末装入环形模具压制成型为磁环，在磁环成型过程中施加外磁场进行取向，磁场由电磁铁产生；外磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面的法向；磁场强度为1T；外磁场使磁环中的Fe-Si-Al磁粉与Co₂Y平面六角铁氧体的排列重新分布；

4)去应力退火

软磁复合磁环在成型后，进一步去应力退火，降低磁滞损耗；最终获得软磁合金颗粒与磁性氧化物非均匀分布的高磁导率低损耗软磁复合材料。

经测试，经平行于工作磁路平面磁场取向后的样品具有更高的磁导率和更低的磁损耗。

实施例6：

1)原材料准备

磁性主相为球形Fe-Si-B非晶颗粒；通过水雾化法获得球形Fe-Si-B非晶颗粒；界面相为Co₂Z平面六角铁氧体；球形Fe-Si-B非晶颗粒的质量分数为98wt.％；Co₂Z平面六角铁氧体的质量分数为2wt.％；

2)软磁合金颗粒的绝缘包覆

球形Fe-Si-B非晶颗粒经钝化后，与Co₂Z平面六角铁氧体充分混合，形成混合粉末；实现Co₂Z平面六角铁氧体对Fe-Si-B非晶颗粒的绝缘包覆；

3)磁场取向成型

将步骤2)中的混合粉末装入环形模具压制成为磁环，在磁环成型过程中施加外磁场，使磁环中的Fe-Si-B非晶磁粉与Co2Z平面六角铁氧体的排列重新分布；

磁场由电磁铁产生；取向磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面的法向；磁场强度为2T；

4)去应力退火

软磁复合磁环在成型后，进一步去应力退火，降低磁滞损耗；最终获得软磁合金颗粒与磁性氧化物非均匀分布的高磁导率低损耗软磁复合材料。

经测试，经平行于工作磁路平面磁场取向后的样品具有更高的磁导率和更低的磁损耗。

实施例7：

1)原材料准备

磁性主相为球形铁基纳米晶合金颗粒，通过水雾化法获得球形铁基纳米晶合金颗粒；界面相为Mn-Zn铁氧体；球形铁基纳米晶合金颗粒的质量分数为99wt.％；Mn-Zn铁氧体的质量分数为1wt.％；

2)软磁合金颗粒的绝缘包覆

球形铁基纳米晶合金颗粒经钝化后，与Mn-Zn铁氧体充分混合，获得混分粉末，实现Mn-Zn铁氧体对铁基纳米晶合金颗粒的绝缘包覆；

3)磁场取向成型

将步骤2)中的混合粉末装入环形模具压制成型为磁环，在磁环成型过程中施加外磁场，使磁环中的铁基纳米晶合金磁粉与Mn-Zn铁氧体的排列重新分布；

磁场由脉冲磁场线圈产生；取向磁场平行于工作磁路平面，垂直于从左磁路平面的法向；磁场强度为5T；

4)去应力退火

软磁复合磁环在成型后，进一步去应力退火，降低磁滞损耗；最终获得软磁合金颗粒与磁性氧化物非均匀分布的高磁导率低损耗软磁复合材料。

经测试，经平行于工作磁路平面磁场取向后的样品具有更高的磁导率和更低的磁损耗。

实施例8：

1)原材料准备

通过气雾化法获得球形Fe颗粒，将球形Fe颗粒作为磁性主相；界面相为Ni-Zn铁氧体；球形Fe颗粒的质量分数为99.9wt.％；Ni-Zn铁氧体的质量分数为0.1wt.％；

2)软磁合金颗粒的绝缘包覆

球形Fe颗粒经钝化后，与Ni-Zn铁氧体充分混合，形成混合粉末；实现Ni-Zn铁氧体对Fe颗粒的绝缘包覆；

3)磁场取向成型

将步骤2)中的混合粉末装入环形模具压制成型为磁环，在磁环成型过程中施加外磁场，外磁场使磁环中的球形Fe颗粒与Ni-Zn铁氧体的排列重新分布；

磁场由脉冲磁场线圈产生；外磁场平行于工作磁路平面，垂直于工作磁路平面的法向；磁场强度为10T；

4)去应力退火

软磁复合磁环在成型后，进一步去应力退火，降低磁滞损耗；最终获得软磁合金颗粒与磁性氧化物非均匀分布的高磁导率低损耗软磁复合材料。

经测试，经平行于工作磁路平面磁场取向后的样品具有更高的磁导率和更低的磁损耗。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

高磁导率低损耗软磁复合材料的制备方法及其磁环专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。