一种软磁复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种软磁复合材料及其制备的方法。
【背景技术】
[0002]软磁材料(soft magnetic material)是一种具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。其中，铁系金属单质及其合金因具有较高的磁导率、较高的饱和磁化强度、较小的矫顽力等优良软磁性能，被广泛应用在传感器、变压器、工业功率控制等方面。但随着高频领域的快速发展，材料需要在很高的截止频率条件下仍具有较高的磁导率性能。铁系金属单质及其合金在高频条件下，其电导率太大导致巨大的涡流损耗，这些涡流使铁心发热，消耗电能，在造成不必要的能量浪费的同时，又会引发不必要的安全事故。
[0003]目前，改进铁系金属单质及其合金的方法包括在其表面包裹绝缘的高分子材料或者陶瓷氧化物，以降低其高频涡流损耗。但是，表面包裹的高分子材料或陶瓷氧化物通常不均匀，造成包裹后的铁系金属单质及其合金等软磁复合材料性能仍然不佳;此外，在铁系金属单质及其合金表面包裹陶瓷氧化物时，通常需要在较高的温度下进行还原反应，还原温度较高，电能耗费太大，且包裹结构既不均匀又不彻底。
【发明内容】
[0004]本发明的目的，在于克服现有技术的铁系金属单质及其合金表面包裹陶瓷氧化物时，还原温度较高、电能耗费太大、且包裹结构既不均匀又不彻底的缺陷，提供一种能够提高软磁材料表面包裹层的均匀性从而提高软磁性能，且制备方法简单、温和，能耗较低的软磁复合材料及其制备方法。
[0005]—方面，本发明提供了一种软磁复合材料，包括:具有软磁材料本体，以及包裹在软磁材料本体外层的、由片状硅酸盐材料形成的片状硅酸盐材料层。所述片状硅酸盐材料层中的片状硅酸盐材料平行于所述软磁材料本体的外表面;或者，所述片状硅酸盐材料层中的片状硅酸盐材料垂直于所述软磁材料本体的外表面。所述软磁材料本体为铁系金属单质或铁系金属合金或软磁铁氧体。所述软磁材料本体的粒径在10nm?ΙΟμπι，所述片状娃酸盐材料层的厚度在2?lOOnm。
[0006]另一方面，本发明还提供了一种软磁复合材料的制备方法，具有如下步骤:
[0007]权利要求1的一种软磁复合材料的制备方法，具有如下步骤:
[0008](1)称取氯化亚铁、氯化钴、氯化镍做合成软磁本体的原料，将它们两两配比再与聚乙二醇加入到蒸馏水中，磁力搅拌30min至溶液澄清;所述的氯化亚铁与氯化镍、聚乙二醇的摩尔浓度比为1:3:0.1;所述的氯化亚铁与氯化钴、聚乙二醇的摩尔浓度比为2:2:0.1 ；所述的氯化钴与氯化镍、聚乙二醇的摩尔浓度比为2:2:0.1;
[0009](2)另将氢氧化钠溶于蒸馏水中，氢氧化钠与蒸馏水的质量比为1: 15，所述的蒸馏水与步骤(1)所使用的蒸馏水容量比为15:80，形成澄清溶液;再将此溶液加入到步骤(1)的溶液中，在三口烧瓶中快速机械搅拌，随后此溶液按19:1的容量比滴加水合肼，在室温条件下搅拌反应6h;
[0010](3)将步骤(2)所得溶液用磁铁进行磁分离，得到黑色粉体，再用去离子水与乙醇分别清洗黑色粉体至去离子水清洗后的溶液pH=7;之后将黑色粉体在6(^真空烘箱内干燥2h，得到合成的FeNi 3、FeCo或CoNi软磁材料本体；
[0011](4)称取步骤(3)得到的软磁材料本体，将每0.6g软磁材料本体溶于50mL乙醇中，随后按照容量比为100:1加入硅烷偶联剂，机械搅拌lh，磁分离，得到活化的黑色粉体；
[0012](5)称取步骤⑷得到的活化后黑色粉体，将每0.6g黑色粉体加入到80mL无水乙醇中，再加入18mL蒸馏水、lmL氨水，搅拌过程中逐滴加入容量比为99: 1的硅酸四乙酯，机械搅拌6h;用去离子水与乙醇分别清洗黑色粉体至去离子水洗后的溶液pH = 7;磁分离，之后将黑色粉体在60°C真空烘箱内干燥2h，得到氧化硅包裹的软磁材料本体；
[0013](6)称取步骤(5)所得黑色粉体加入到蒸馏水中充分分散，所述黑色粉体与蒸馏水质量比为0.04:65;
[0014](7)将每0.2g尿素与0.lmmol金属盐加入到蒸馏水中，搅拌形成澄清溶液，再将此溶液加入到步骤(6)所得溶液中，所述溶液与步骤(6)溶液容量比为1:13，倒入密闭玻璃瓶内；在85?150°C烘箱内保温反应6?20h后取出；用去离子水与乙醇分别清洗黑色粉体至去离子水洗后的溶液pH= 7;磁分离，之后将黑色粉体在60°C真空烘箱内干燥2h，得到软磁复合材料。
[0015]所述步骤(1)聚乙二醇的规格为PEG-4000。
[0016]所述步骤(4)的硅烷偶联剂型号为KH550。
[0017]所述步骤(7)中金属盐的阴离子为N03—、S042—、C1—中的一种或多种;所述金属盐的阳离子为Co2+、Ni2+、Cu2+、La3+中的一种或多种，以及可以形成硅酸盐的其他金属阳离子。
[0018]所述步骤(7)中的金属盐包括:硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜、硝酸镧、硫酸镍、氯化镍中的一种或多种。
[0019]本发明提供的软磁复合材料，在软磁材料本体表面均匀包裹一层由片状硅酸盐材料形成的片状硅酸盐材料层，使得原氧化硅包裹的软磁本体复合材料的饱和磁化强度增大，矫顽力降低。因此，片层结构的硅酸盐材料大大改善了软磁复合材料的软磁性能。
【附图说明】
[0020]图1是本发明实施例1步骤(3)合成的纳米FeNi3原料的TEM图像；
[0021]图2是本发明实施例1步骤(5)所得到的起始包裹层的TEM图像；
[0022 ]图3是本发明实施例1所得到的改善包裹结构的TEM图像；
[0023 ]图4是本发明实施例2所得到的改善包裹结构的TEM图像；
[0024]图5是本发明实施例1、实施例2的制品与图2得到原始包裹层制品的VSM磁性能图像。
【具体实施方式】
[0025]下面，通过具体实施例对本发明的一种软磁复合材料及其制备方法进行更加详细地说明。
[0026]实施例1
[0027](1)称取0.4972g氯化亚铁与1.7821g氯化镍以及l.0g聚乙二醇PEG(平均分子量4000)加入到80mL蒸馏水中，磁力搅拌30min至溶液澄清。
[0028](2)另将1.0g氢氧化钠溶于15mL蒸馏水中，形成澄清溶液。加入到步骤(1)的溶液中，在三口烧瓶中快速机械搅拌，随后滴加5mL水合肼，在室温条件下搅拌反应6h。
[0029](3)将步骤(2)所得溶液用磁铁进行磁分离，得到黑色粉体，再用去离子水与乙醇分别清洗黑色粉体至去离子水清洗后的溶液pH = 7，之后将黑色粉末在60°C真空烘箱内干燥2h，得到FeNi 3的软磁材料本体。
[0030](4)将步骤(3)得到的黑色粉体溶于50mL乙醇中，加入0.5mL硅烷偶联剂(KH550)，机械搅拌lh，再将黑色粉体磁分离，得到活化的黑色粉体。
[0031](5)将步骤(4)得到的活化后黑色粉体加入到80mL无水乙醇中，加入15mL蒸馏水，lmL氨水，搅拌过程中逐滴加入lmL的硅酸四乙酯(TE0S)，机械搅拌6h;用去离子水与乙醇分别清洗黑色粉体至去离子水洗后的溶液pH=7，磁分离，之后将黑色粉体在60°C真空烘箱内干燥2h，得到氧化硅包裹的软磁材料本体。
[0032](6)称取0.04g步骤(5)所得产物，加入到65mL蒸馏水中，超声分散30min。
[0033](7)将0.2g尿素与0.lmmol硝酸镍配成5mL的澄清溶液加入到步骤(6)的溶液中，再倒入密闭玻璃瓶内，在105°C烘箱内保温反应8h后取出。用去离子水与乙醇分别清洗黑色粉体至去离子水洗后的溶液pH = 7，磁分离，之后将黑色粉体在60°C真空烘箱内干燥2h，得到软磁复合材料。
[0034]本发明制备的纳米软磁合金本体(步骤(1)?步骤(3))，通过控制合成条件或者购买粉体原料，使得软磁材料本体的尺寸可以是微米级，也可以是纳米级，其粒径可以小于等于ΙΟμπι，优选小于等于lOOnm，进一步优选小于等于20nm。在KH550的作用下，能够对软磁材料本体的表面进行活化(步骤(4))，从而在TE0S水解缩聚作用下在软磁本体表面包裹一层均匀的氧化硅层(步骤(5))。在步骤(7)中，在预定温度下尤其在105 1的温和水溶液中，由尿素慢慢释放NH3，这样，混合溶液的pH逐渐提高，从而对原来的氧化硅包裹层进行结构调整，在金属盐溶液作用下将无定形的Si02生成具有片层结构的硅酸盐材料，从而形成硅酸盐材料层。片状娃酸盐材料层的厚度可以小于等于50nm，优