专利名称：磁性粉末材料、低损耗复合磁性材料和磁性元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁性粉末材料、包含所述磁性粉末材料的低损耗复合磁性材料和使用所述低损耗复合磁性材料的磁性元件。
背景技术：
近年来，对在大电流下可用的功率电感器的需求与低电压电源的开发一起日益增力口。特别地，将高频电源用于笔记本电脑、PDA和其它电子器件。代替迄今使用的金属磁性材料粉末，铁素体由于其成本上大优势目前常用于生产多种扼流线圈和噪声滤波器等。另一方面，铁素体不适于生产尺寸小型化和在大电流下可用的磁性元件，这是因为铁素体的饱和磁通密度过低。因此，存在再次使用金属磁性材料粉末以生产磁性元件的芯的倾向；这是因为金属磁性材料的饱和磁通密度足够高。作为用于磁性兀件的金属磁性材料粉末，例如为Fe粉末和主要组分为Fe的合金粉末，如Fe-Si合金粉末和Fe-Si-Al合金粉末。通常，由于使用该金属磁性粉末的磁性兀件具有大的芯损，提出通过将非晶质和结晶的合金粉末混合而降低芯损的技术(参见专利文献I (其称为“现有技术I”))。此外，还提出通过添加结晶的合金粉末至非晶质的合金粉末以增加这些金属粉末在模具中的填充比，从而改进所生产磁性元件的磁导率和强度的其它技术(参见专利文献
2(其称为“现有技术2”))。[专利文献I] JP 2OO7-IIM38IA[专利文献2] JP 2010-118486A
发明内容
现有技术I中公开的技术具有通过使用具有不同结晶性质的两种合金粉末和绝缘粘合剂而降低芯损的优点。当提出铁芯(dust core)的生产作为例子时，由铁芯的原料产生的芯损基本上80-90%由滞后损耗引起。此类滞后损耗可通过使用具有小矫顽力的非晶质粉末而改进。通常，通过在常温下混合金属粉末与粘合剂以进行加压成型而生产由合金粉末制成的磁性元件。然而，当非晶质粉末用作合金粉末时，需要高成型压力以获得预定密度的成型体，这是因为非晶质合金粉末过硬以致不能进行塑性变形。另外，存在当进行成型时非晶质粉末用高成型压力可能引起大的芯损的问题。因此，存在对能利用非晶质粉末的低矫顽力特性，同时进行低压力成型的低损耗磁性材料的社会需求。鉴于上述说明情况进行本发明，本发明的目的在于提供磁性粉末材料、包含所述磁性粉末材料的低损耗复合磁性材料和使用所述低损耗复合磁性材料的磁性元件，所述磁性粉末材料具有良好的电性质并能够改进磁性元件的生产率。即，本发明的第一方面提供磁性粉末材料，其包含相对于磁性粉末材料的重量为45-80wt%的非晶质粉末和55-20wt%的结晶粉末。优选磁性粉末材料应当包含相对于磁性粉末材料的重量为45-55wt%的非晶质粉末和55-45wt%的结晶粉末。本发明的磁性粉末材料包含相对 于磁性粉末材料的质量为4. 605-6. 60质量％的 Si ；2. 64-3. 80 质量 ％ 的 Cr ；0. 225-0. 806 质量 ％ 的 C ；0. 018-0. 432 质量 ％ 的 Mn ；0. 99-2. 24质量％的B ;等于或小于0. 0248质量％的P ;等于或小于0. 0165质量％的S ;等于或小于0. 0165质量％的Co ；以及余量的Fe和不可避免的杂质。根据本发明的磁性粉末材料，非晶质粉末包含相对于磁性粉末材料的质量为不小于6. 2质量％但不大于7. 2质量％的Si ;不小于2. 3质量％但不大于2. 7质量％的Cr ；不小于0. 5质量％但不大于I. 0质量％的C ;不小于0. 04质量％但不大于0. 49质量％的Mn ;不小于2. 2质量％但不大于2. 8质量％的8 ;以及余量的Fe和不可避免的杂质；结晶粉末包含相对于磁性粉末材料的质量为不小于3. 3质量％但不大于4. 2质量％的Si ;不小于4. 0质量％但不大于4. 7质量％的Cr ;等于或小于0. 03质量％的C ;等于或小于0. 20质量％的Mn ;等于或小于0. 045质量％的P ;等于或小于0. 03质量％的S ;等于或小于0. 03质量％的Co ;以及余量的Fe和不可避免的杂质。非晶质粉末的平均粒径(D5qa)小于45 u m,结晶粉末的平均粒径(D5cc)小于13 u m，以及比例05(14/1)5(€不小于2. 18。本发明的第二方面提供复合磁性材料，其包含粘合剂和上述说明的加压成型中的磁性粉末材料。这里，粘合剂可以为选自由以下组成的组中的热固性树脂环氧类树脂、硅酮类树脂和酚醛类树脂。优选粘合剂的含量相对于磁性粉末材料的重量为2. 0-4. 0wt%。当在磁通密度为50mT和有效频率为250kHz的条件下测量时，通过压制成型的复合磁性材料的芯的芯损不大于1400kw/m3和相对磁导率超过20。本发明的第三方面提供通过使用上述说明的复合磁性材料生产的磁性元件。磁性元件可以为例如金属复合电感器。根据本发明，能够生产具有优异性质的复合磁性粉末。通过使用该复合磁性粉末，能够获得可在低压下成型的具有低芯损的磁性元件。
具体实施例方式以下将更详细解释本发明。本发明的磁性粉末材料包含相对于磁性粉末材料的重量为45_8(^丨％的非晶质粉末和55-20wt%的结晶粉末。优选磁性粉末材料包括相对于磁性粉末材料的重量为45-55wt %的非晶质粉末和55-45wt %的结晶粉末。如果合金中非晶质粉末的量小于45wt%和结晶粉末的量超过55wt%,则芯损的改进不充分。合金中结晶粉末的量小于2(^1:%和非晶质粉末的量超过80wt%的情况也是如此。
优选磁性粉末材料分别以预定的配混比包含硅(Si)、铬(Cr)、碳(C)、锰(Mn)、硼(B)、磷(P)、硫(S)和钴(Co)，并且还包含余量的Fe和不可避免的杂质。更具体地，优选磁性粉末材料包含相对于磁性粉末材料的质量为4. 605-6. 60质量％的Si，2. 64-3. 80质量％的 Cr, 0. 225-0. 806 质量 ％ 的 C，0. 018-0. 432 质量 ％ 的 Mn, 0. 99-2. 24 质量 % 的 B，不大于0. 0248质量％的P，不大于0. 0165质量％的S，不大于0. 0165质量％的Co，余量的Fe和不可避免的杂质。通常，C为结晶粉末中的杂质。然而，由于其为非晶质粉末中的必要元素，因此优选在本发明的磁性粉末材料中C含量为0. 225-0. 806质量％。当在复合磁性粉末中C含量小于0. 225质量％时，不能获得非晶质粉末,而当C含量超过0. 806质量％时,复合磁性粉末具有闻矫顽力和劣化的芯损。
此外，优选用于磁性粉末材料的非晶质粉末分别以预定的配混比包含硅(Si)、铬(Cr)、碳(C)、锰(Mn)和硼(B)，并且还包含余量的Fe和不可避免的杂质。更具体地，优选非晶质粉末包含相对于磁性粉末材料的质量为不小于6. 2质量％但不大于7. 2质量％的Si,不小于2. 3质量％但不大于2. 7质量％的Cr,不小于0. 5质量％但不大于I. 0质量％的C,不小于0. 04质量％但不大于0. 49质量％的Mn,不小于2. 2质量％但不大于2. 8质量％的B，以及作为余量的Fe和不可避免的杂质。优选结晶粉末分别以预定的配混比包含Si、Cr、C、Mn、P、S和Co，并且还包含作为余量的Fe和不可避免的杂质。更具体地，优选结晶粉末包含相对于磁性粉末材料的质量为不小于3. 3质量％但不大于4. 2质量％的Si,不小于4. 0质量％但不大于4. 7质量％的Cr,不大于0. 03质量％的C,不大于0. 20质量％的Mn,不大于0. 045质量％的P,不大于
0.03质量％的S，不大于0. 03质量％的Co，以及作为余量的Fe和不可避免的杂质。用于生产磁性粉末材料的结晶粉末可以通过如水雾化、气体雾化和离心式雾化等的方法而生产。它们中，例如，水雾化为通过将高压水喷雾至从在漏斗底部的开孔流出的熔融金属而获得结晶粉末的技术。此外，非晶质粉末可以通过作为水雾化和气体雾化的组合并具有冷却速度为106K/s的超急冷雾化而生产。优选非晶质粉末的平均粒径(D5cia)小于45 u m，结晶粉末的平均粒径(D5cc)小于13 ii m，和比例D50A/D50C不小于2. 18。当D5oa超过45 y m和D50c超过13 y m时，即使比例D5oa/D5cc不小于2. 18也不改进芯损。此外，即使非晶质粉末的平均粒径(D5cia)不大于45 pm和结晶粉末的平均粒径(D5cc)不大于13 u m，当比例D5(ia/D5(C小于2. 18时也不改进芯损。优选非晶质粉末和结晶粉末的各平均粒径通过激光衍射-散射粒径分布测量设备来测量。为了高精确的测量，优选使用例如LA-920(由HORIBA，Ltd.制造)作为测量设备。优选用于本发明复合磁性材料的粘合剂为热固性树脂如环氧类树脂、硅酮类树脂和酚醛类树脂。它们中，优选使用硅酮类树脂，这是因为其具有相对高的耐热温度。优选与复合磁性粉末混合的粘合剂的含量相对于磁性粉末材料的重量为2. 0-4. Owt%。如果含量小于2. Owt%，则成型体的强度不充分，而如果含量超过4. Owt%,则不能实现相对磁导率目标。本发明的磁性元件如下生产。
将通过超急冷雾化制备的非晶质粉末和通过水雾化制备的结晶粉末分别称重并混合以使得非晶质粉末相对于混合的磁性粉末材料的重量为4 5 -8 Owt %和结晶粉末为55-20wt%。接着，将所得粉末用热固性树脂喷雾，从而获得树脂涂覆的复合磁性粉末。将如上所述获得的复合磁性材料进行加压成型，以获得环芯。接着，将所得成型体在150-250°C温度下加热30分钟至I. 5小时以固化粘合剂；从而获得铁芯。在磁性元件中，将线圈形铜丝成型为 复合磁性材料。实施例本发明将通过使用以下实施例更详细地说明，但本发明不限于这些实施例。(实施例1)C的含暈的研究(I)磁性粉末材料的制备用于该实施例的非晶质粉末和结晶粉末的各成分示于下表I中。具有表I中所示的组成的非晶质粉末通过超急冷雾化制备。表I中所示的结晶粉末通过水雾化制备。首先，将如上所述获得的金属粉末通过超声波分散设备借助于使用MeOH作为分散介质而分散。其后，这些样品的平均粒径通过激光衍射-散射粒径分布测量设备LA-920(H0RIBALtd.)测量以获得平均粒径(D5tl)。当给定的粉末样品不是真球形时，设定该测量设备以由样品粉末最长轴的长度和最短轴的长度确定平均尺寸作为粒径。表I
权利要求
1.一种磁性粉末材料，其包括相对于所述磁性粉末材料的重量为45-80wt%量的非晶质粉末和55-20Wt%量的结晶粉末。
2.根据权利要求I所述的磁性粉末材料，其中所述磁性粉末材料包括相对于所述磁性粉末材料的重量为45-55wt%的所述非晶质粉末和55-45wt%的所述结晶粉末。
3.根据权利要求2所述的磁性粉末材料，其中所述磁性粉末材料包括相对于所述磁性粉末材料的质量为4.605-6. 60 质量％的 Si ；2.64-3. 80 质量 ％的 Cr ；O. 225-0. 806 质量 ％的 C ；O. 018-0. 432 质量 ％的 Mn ；O. 99-2. 24 质量 ％的 B ； 等于或小于O. 0248质量％的P ； 等于或小于O. 0165质量％的S ； 等于或小于O. 0165质量％的Co ;和 余量的Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1-3任一项所述的磁性粉末材料，其中 所述非晶质粉末包括相对于所述磁性粉末材料的质量为 不小于6. 2质量％但不大于7. 2质量％的Si ； 不小于2. 3质量％但不大于2. 7质量％的Cr ； 不小于O. 5质量％但不大于I. O质量％的C ； 不小于O. 04质量％但不大于O. 49质量％的Mn ； 不小于2. 2质量％但不大于2. 8质量％的B ;和 余量的Fe和不可避免的杂质，和 所述结晶粉末包括相对于所述磁性粉末材料的质量为 不小于3. 3质量％但不大于4. 2质量％的Si ； 不小于4. O质量％但不大于4. 7质量％的Cr ； 等于或小于O. 03质量％的C ; 等于或小于O. 20质量％的Mn ； 等于或小于O. 045质量％的P ； 等于或小于O. 03质量％的S ； 等于或小于O. 03质量％的Co ;和 余量的Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1-4任一项所述的磁性粉末材料，其中所述非晶质粉末的平均粒径(D5oa)等于或小于45 μ m，所述结晶粉末的平均粒径(D5cc)等于或小于13 μ m，以及比例D5cia/D50C等于或大于2. 18。
6.一种复合磁性材料，其包括粘合剂和根据权利要求1-5任一项所述的磁性粉末材料，所述粘合剂为选自以下组的树脂硅酮类树脂；和酚醛类树脂。
7.根据权利要求6所述的复合磁性材料，其中，当压制和成型所述复合磁性材料时，当在磁通密度为50mT和有效频率为250kHz的条件下测量时芯损等于或小于1400kw/m3和相对磁导率超过20。
8.—种磁性元件,其使用根据权利要求7所述的复合磁性材料而生产。
9.根据权利要求8所述的磁性元件，其中所述磁性元件是金属复合电感器。
全文摘要
本发明提供了磁性粉末材料、低损耗复合磁性材料和磁性元件。本发明的目的在于提供一种磁性粉末材料，其能够用于低压成型，并且其具有低芯损同时维持非晶质粉末高矫顽力的特性。提供包含相对于其重量为45-80wt％的非晶质粉末、55-20wt％的结晶粉末和粘合剂的磁性粉末材料。磁性粉末材料包含相对于其质量为4.605-6.60质量％的Si，2.64-3.80质量％的Cr，0.225-0.806质量％的C，0.018-0.432质量％的Mn，0.99-2.24质量％的B，等于或小于0.0248质量％的P，等于或小于0.0165质量％的S，等于或小于0.0165质量％的Co，以及余量的Fe和不可避免的杂质。
文档编号H01F1/047GK102623120SQ20121001639
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月18日 优先权日2011年1月28日
发明者中村昭彦 申请人:胜美达集团株式会社