专利名称：软磁性材料、压粉体、压粉磁心、电磁元件、制造软磁性材料的方法以及制造压粉磁心的方法
技术领域：
本发明涉及软磁性材料、压粉体、压粉磁心、电磁元件、制造软磁性材料的方法、以及制造压粉磁心的方法。
背景技术：
转换能量的电路(例如开关电源和升压转换器)通常使用的是采用压粉磁心作为电感的电磁元件。压粉磁心由多个复合磁性颗粒形成。所述多个复合磁性颗粒中的每一个都包含金属磁性颗粒(如纯铁制磁性颗粒)以及(例如)包覆该金属磁性颗粒表面的绝缘涂层。作为采用压粉磁心的电磁元件的例子，已知有这样的元件，该元件包含压粉磁心和具有卷绕在压粉磁心周围的线材的线圈。压粉磁心需要具有这样的磁性能当对其施加较低的磁场时，压粉磁心会获得高磁通密度，并且该压粉磁心对外部施加的磁场迅速作出反应。当在交变磁场中使用压粉磁心时，会产生也称为铁耗的能量损耗。该铁耗以磁滞损耗和涡流损耗之和来表示。磁滞损耗是由改变压粉磁心的磁通密度所需的能量引起的能量损耗，而涡流损耗是由在每个金属磁性颗粒(其主要构成压粉磁心)中以及之间流动的涡流引起的能量损耗。磁滞损耗与工作频率成正比。涡流损耗与工作频率的平方成正比。 因此，磁滞损耗在低频范围内占主要部分，而涡流损耗在高频范围内占主要部分。也就是说，在用于高频驱动的压粉磁心的铁耗中，涡流损耗占较大的比例。为了抑制涡流损耗，必须降低金属磁性颗粒的粒度。作为金属磁性颗粒的粒度得到降低的压粉磁心材料，例如，日本专利公开 No. 2004-319652(专利文献1)公开了一种包含多个复合磁性颗粒的软磁性粉末，所述复合磁性颗粒由粒度为5 70 μ m的金属磁性颗粒以及在该金属磁性颗粒表面形成的绝缘涂层形成，其中所述金属磁性颗粒的主要成分为铁和硅化物，并且所述绝缘涂层是通过在金属磁性颗粒上进行外部氧化而获得的。将该软磁性粉末与润滑剂混合，施加16吨/cm2的压力，从而制得压粉磁心。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利公开No. 2004-319652发明概述本发明要解决的技术问题上述专利文献1所公开的软磁性粉末由于金属磁性颗粒的粒度较小从而流动性较差。当将这样的软磁性粉末填充在模具中时，较差的流动性导致填充性能不佳。因此，产生了这样的问题通过将软磁性粉末加压成形而形成的压粉体的密度通常降低。此外，由于在压粉磁心的成形过程中施加了高压，因此在加压成形后从模具中取出压粉磁心时的取出压力通常会增加。这将导致在压粉磁心中产生条纹、裂纹、裂缝等，从而造成容易发生模压缺陷(molding defect)的问题。
本发明的一个目的是提供一种在密度和模压性能方面得到改善的软磁性材料、压粉体、压粉磁心、电磁元件、制造软磁性材料的方法、以及制造压粉磁心的方法。解决问题的手段本发明的软磁性材料包括多个磁性颗粒、粘结剂和润滑剂。粘结剂将多个磁性颗粒粘结在一起。润滑剂包含在已粘结的磁性颗粒聚集体中，且其熔点不高于100°c。本发明的软磁性颗粒包含熔点不高于100°C的润滑剂。通过将软磁性材料在模具中加压成形，磁性颗粒中的润滑剂发生液化以沿着模具的表面被挤压出来。由于在模具和压粉体(其通过将软磁性材料在模具中加压成形而得到)之间的界面上存在润滑剂，所以能够降低用于将压粉体与模具分离的取出压力。由于可以抑制在压粉体中产生模压缺陷 (如条纹、裂纹、裂缝等)，因此能够改善模压性能。在已粘结的磁性颗粒聚集体的内部，除了粘结剂外还存在有加压成形时发生液化的润滑剂。因此，当将软磁性材料在模具中加压成形时，粘结剂中的润滑剂会促使粘结剂的粘结作用失效，从而使结合力降低。因此，能够容易地使多个已粘结的磁性颗粒破裂分开， 从而促进磁性颗粒重新排列。此外，由于液化的润滑剂可以容易地从压粉体的内部释放至模具的表面，因此有利于改善压粉体的密度。因此，能够改善通过将软磁性材料加压成形而得到的压粉体的密度。此外，由于多个磁性颗粒通过粘结剂粘结在一起，因此还改善了流动性。当模具中填充有这样的软磁性材料时，填充性能较高。由此可以改善压粉体的密度。本发明的制造软磁性材料的方法包括以下步骤将粘结剂和熔点不高于100°C的润滑剂混合，从而形成添加剂，以及利用上述添加剂将多个磁性颗粒粘结在一起。根据本发明的制造软磁性材料的方法，采用粘结剂和熔点不高于100°C的润滑剂将多个磁性颗粒粘结在一起。因此，润滑剂能够包含在已粘结的磁性颗粒聚集体中。由此可以制造出在密度和模压性能方面得到改善的软磁性材料。优选的是，在软磁性材料中，润滑剂包括脂肪酸单酰胺或脂肪酸单酯。在制造软磁性材料的方法中，形成添加剂的步骤优选采用包括脂肪酸单酰胺或脂肪酸单酯的润滑剂。由于在模压过程中包括脂肪酸单酰胺或脂肪酸单酯的润滑剂能够容易地液化，因此润滑剂能够容易地沿着模具表面被挤出。因此，能够进一步改善模压性能，并且能够进一步改善通过将软磁性材料加压成形而得到的压粉体的密度。在上述软磁性材料中，润滑剂优选包括不饱和脂肪酸单酰胺或不饱和脂肪酸单酯。在上述制造软磁性材料的方法中，形成添加剂的步骤优选采用包括不饱和脂肪酸单酰胺或不饱和脂肪酸单酯的润滑剂。由于在成形过程中，包括不饱和脂肪酸单酰胺或不饱和脂肪酸单酯的润滑剂比包括饱和脂肪酸单酰胺或饱和脂肪酸单酯的润滑剂更容易液化，因此润滑剂能够容易地沿着模具表面挤出。由此能够进一步改善模压性能，并且能够进一步改善通过将软磁性材料加压成形而得到的压粉体的密度。本发明的压粉体是通过将本发明的软磁性材料加压成形而制造的。根据本发明的压粉体，采用的是在模压性能和密度方面得到改善的软磁性材料。 因此，通过将软磁性材料加压成形，可以得到在模压性能和密度方面得到改善的压粉体。本发明的压粉磁心是通过将本发明的压粉体进行热处理而制造的。本发明的制造压粉磁心的方法包括以下步骤通过上述的制造软磁性材料的方法来制造软磁性材料，将软磁性材料加压成形以形成压粉体，以及对压粉体进行热处理。根据本发明的压粉磁心和制造压粉磁心的方法，采用的是在模压性能和密度方面得到改善的软磁性材料。因此，通过对软磁性材料进行加压成形以及热处理，可以得到具有良好的模压性能以及在密度方面得到改善的压粉磁心。在制造压粉磁心的方法中，优选的是，在形成压粉体的步骤中，使软磁性材料的温度控制在不低于润滑剂的熔点，从而对软磁性材料进行加压成形。因此，在形成压粉体的步骤中，润滑剂可容易地沿着模具表面挤出。由此可以制得在模压性能和密度方面进一步改善的压粉磁心。本发明的电磁元件包括上述压粉磁心、以及卷绕在压粉磁心周围的线圈。即，本发明的电磁元件包括本发明的压粉磁心、以及由卷绕在铁心外侧的线材所形成的线圈。根据本发明的电磁元件，采用的是在模压性能和密度方面均得到改善的软磁性材料。因此，可得到高密度的电磁元件。发明效果根据本发明的软磁性材料、压粉体、压粉磁心、电磁元件、制造软磁性材料的方法、 以及制造压粉磁心的方法，在已粘结的磁性颗粒聚集体中包含熔点不高于100°c的润滑剂。 由此能够改善密度和模压性能。
图1示意性示出根据本发明第一实施方案的软磁性材料；图2示意性示出根据本发明第一实施方案的变型的软磁性材料；图3为制造根据本发明第一实施方案的软磁性材料的方法的流程图；图4示意性示出根据本发明第二实施方案的软磁性材料；图5为制造根据本发明第二实施方案的软磁性材料的方法的流程图；图6示意性示出根据本发明第三实施方案的压粉磁心；图7为制造根据本发明第三实施方案的压粉磁心的方法的流程图；图8示意性示出根据本发明第四实施方案的压粉磁心；图9为制造根据本发明第四实施方案的压粉磁心的方法的流程图；图10示意性示出比较例1的软磁性材料；图11示出各例子中在加压成形中所施加的压力与压粉体的密度之间的关系；图12示出各例子中在加压成形中所施加的压力与取出压力之间的关系；实施本发明的方式以下将参照附图对本发明的实施方案进行说明。在附图中，相同或相应的元件用相同的参考标号来表示，不对其进行重复说明。[第一实施方案]图1示意性示出根据本发明实施方案的软磁性材料。如图1所示，本实施方案的软磁性材料包含作为磁性颗粒的金属磁性颗粒10、粘结剂20以及润滑剂30。金属磁性颗粒10由下列物质形成(例如)铁(Fe)、铁(Fe)-铝(Al)系合金、铁 (Fe)-硅(Si)系合金、铁(Fe)-M (N)系合金、铁(Fe)-镍(Ni)系合金、铁(Fe)-碳(C)系合金、铁(Fe)-硼(B)系合金、铁(Fe)-钴(Co)系合金、铁(Fe)-磷(P)系合金、铁(Fe)-镍 (Ni)-钴(Co)系合金、铁(Fe)-铝(Al)-硅(Si)系合金、铁(Fe)-铝(Al)-铬(Cr)系合金、 铁(Fe)-铝(Al)-锰(Mn)系合金、铁(Fe)-铝(Al)-镍(Ni)系合金、铁(Fe)-硅(Si)-铬 (Cr)系合金、铁(Fe)-硅(Si)-锰(Mn)系合金、铁(Fe)-硅(Si)-镍(Ni)系合金、铁(Fe) 系非晶合金等。金属磁性微粒10可以是单一金属或合金。金属磁性颗粒10的平均粒度优选为不低于1 μ m且不高于70 μ m。通过将金属磁性颗粒10的平均粒度设定在不低于1 μ m，能够抑制用软磁性材料制得的压粉磁心的矫顽磁力和磁滞损耗的增加。此外，通过将金属磁性颗粒10的平均粒度设定在不高于70 μ m,能够在不低于IkHz的高频范围内有效地降低涡流损耗的发生。金属磁性颗粒10的平均粒度是指当粒度的直方图中按照粒度升序加合的颗粒质量之和达到总质量的50%时的颗粒粒度，即，50%粒度。粘结剂20将多个金属磁性颗粒10粘结在一起。关于粘结剂20，可使用热塑性树脂、热固性树脂等。优选的是，粘结剂20包含能与润滑剂30相容(即，能与润滑剂30—起溶解)的通用溶剂。润滑剂30包含在已粘结的金属磁性颗粒10的聚集体中。在软磁性材料中，处于已粘结的金属磁性颗粒10的聚集体内部(而非外表面)的添加剂(即粘结剂20和润滑剂 30)优选为不低于添加剂总量的50质量％。润滑剂30的熔点不高于100°C，优选不高于75°C。通过使用具有这样低熔点的润滑剂，在模具中进行加压成形的过程中能够容易地使润滑剂30液化从而沿着模具表面挤
出ο润滑剂30优选包括脂肪酸单酰胺和脂肪酸单酯中的至少一种，更优选包括脂肪酸单酰胺或脂肪酸单酯。润滑剂30进一步优选由脂肪酸单酰胺和脂肪酸单酯中的至少一种形成，进一步更优选由脂肪酸单酰胺或脂肪酸单酯形成。如本文所用，脂肪酸单酰胺由下述化学式1-3表示，例如，其中礼、&和1 3为烷基。同样的，脂肪酸单酯由(例如)下述化学式4表示。
权利要求
1.一种软磁性材料，包含 多个磁性颗粒(10)，粘结剂(20)，其将所述多个磁性颗粒(10)粘结在一起，以及润滑剂(30)，其包含在所述已粘结的磁性颗粒(10)聚集体中，并且其熔点不高于 100°C。
2.根据权利要求1所述的软磁性材料，其中所述润滑剂(30)包括脂肪酸单酰胺或脂肪酸单酯。
3.根据权利要求2所述的软磁性材料，其中所述润滑剂(30)包括不饱和脂肪酸单酰胺或不饱和脂肪酸单酯。
4.一种压粉体，其是通过对权利要求1所限定的所述软磁性材料进行加压成形而制得的。
5.一种压粉磁心，其是通过对权利要求4所限定的所述压粉体进行热处理而制得的。
6.一种电磁元件，包括权利要求5所限定的压粉磁心，以及卷绕在所述压粉磁心上的线圈。
7.一种制造软磁性材料的方法，包括以下步骤通过将粘结剂00)与熔点不高于100°C的润滑剂(30)混合从而形成添加剂，以及利用所述添加剂将多个磁性颗粒(10)粘结在一起。
8.根据权利要求7所述的制造软磁性材料的方法，其中在所述形成添加剂的步骤中， 采用了包括脂肪酸单酰胺或脂肪酸单酯的所述润滑剂(30)。
9.根据权利要求8所述的制造软磁性材料的方法，其中在所述形成添加剂的步骤中， 采用了包括不饱和脂肪酸单酰胺或不饱和脂肪酸单酯的所述润滑剂(30)。
10.一种制造压粉磁心的方法，包括以下步骤采用权利要求7所限定的所述制造软磁性材料的方法来制造软磁性材料， 通过对所述软磁性材料进行加压成形而形成压粉体，以及对所述压粉体进行热处理。
11.根据权利要求10所述的制造压粉磁心的方法，其中在所述形成压粉体的步骤中， 加压成形是在高于所述润滑剂(30)的熔点的温度下进行的。
全文摘要
本发明涉及一种软磁性材料，包含多个磁性颗粒、粘结剂(20)以及润滑剂(30)，其中粘结剂(20)将多个磁性颗粒粘结在一起，所述润滑剂(30)包含在已粘结的磁性颗粒聚集体中并且其熔点不高于100℃。本发明还涉及一种制造软磁性材料的方法，包括以下步骤将粘结剂(20)与包括脂肪酸单酰胺的润滑剂(30)混合而形成添加剂，以及通过该添加剂将多个磁性颗粒粘结在一起。
文档编号H01F1/26GK102227784SQ201080003440
公开日2011年10月26日 申请日期2010年6月29日 优先权日2009年6月30日
发明者坂本敏宏, 渡边麻子 申请人:住友电气工业株式会社