软磁芯及其制造方法
【专利摘要】提供了一种软磁芯，该软磁芯包括：软磁金属粉末；四氧化三铁（Fe3O4）层，该四氧化三铁（Fe3O4）层形成在所述软磁金属粉末的表面上；以及绝缘层，该绝缘层形成在所述四氧化三铁（Fe3O4）层上。
【专利说明】软磁芯及其制造方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年4月29日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请 No. 10-2013-0047630的优先权，在此通过引用将该申请公开的内容并入本申请中。
【技术领域】
[0003] 本发明涉及一种软磁芯以及制造该软磁芯的方法。
【背景技术】
[0004] 通常，软磁材料用于各种目的，例如用于感应器中的磁芯、电器设备(例如电机）的 定子和转子中的磁芯、促动器（actuator)、传感器和变压器铁芯。通常，这种软磁芯作为电 器设备中的部件通过堆叠、固定以及整合多个经过加工的钢片来制造。然而，在堆叠钢片 时，很难生产具有相对复杂的三维形状的产品，在其加工过程中可能损失大量的材料。
[0005] 近来，已经引进了一种方法，在该方法中，在高压下模制软磁粉末以使得可以生产 具有更高的形状自由度的磁芯。这里，软磁粉末指的是当被施加电流时具有磁性的粉末。
[0006] 在通过喷射或研磨的方法将软磁材料形成粉末后，通过对所述粉末进行机械加 工、热处理等，可以获得适合用于形成磁芯的材料的软磁粉末。这样制备成的粉末的软磁粉 末颗粒被压模（compression molded)以制造具有所需形状的软磁芯。
[0007] [相关技术文献]
[0008] (专利文献1)日本专利公开No. 2011-233860
【发明内容】
[0009] 本发明的一个方面提供了一种具有低涡流损耗和增强的机械强度的高效、高强度 的软磁芯以及该软磁芯的制造方法。
[0010] 根据本发明的一个方面，提供了一种软磁芯，该软磁芯包括：软磁金属粉末；四氧 化三铁层，该四氧化三铁层形成在所述软磁金属粉末的表面上；以及绝缘层，该绝缘层形成 在所述四氧化三铁层上。
[0011] 所述四氧化三铁层的厚度可以为50nm至700nm。
[0012] 所述软磁金属粉末的平均粒径可以为50 μ m至200 μ m。
[0013] 所述软磁金属粉末可以为铁基粉末。
[0014] 所述铁基粉末可以包括硅、铝、铬、钥和硼中的至少一种合金元素。
[0015] 所述绝缘层的厚度可以为30nm至300nm。
[0016] 所述绝缘层可以包括磷酸化合物。
[0017] 根据本发明的另一个方面，提供了一种软磁芯的制造方法，包括：制备软磁金属粉 末；在所述软磁金属粉末上形成绝缘层；制备浆料，该浆料包含其上形成有所述绝缘层的 所述软磁金属粉末；压模所述浆料以形成模芯；以及氧化包含在所述模芯内的所述软磁金 属粉末的表面以形成四氧化三铁层。
[0018] 所述四氧化三铁层的形成可以通过热处理所述模芯来完成。
[0019] 所述四氧化三铁层的厚度可以为50nm至700nm。
[0020] 所述软磁金属粉末的平均粒径可以为50 μ m至200 μ m。
[0021] 所述软磁金属粉末可以为铁基粉末。
[0022] 所述铁基粉末可以包括硅、铝、铬、钥和硼中的至少一种合金元素。
[0023] 所述绝缘层的厚度可以为30nm至300nm。
[0024] 所述绝缘层可以包括磷酸化合物。
[0025] 所述制造方法还可以包括在形成所述绝缘层的步骤和制备所述浆料的步骤之间 在所述绝缘层上形成润滑蜡涂层的步骤。
[0026] 所述润滑錯涂层的厚度可以为300nm至700nm。
[0027] 包括在所述润滑蜡涂层中的润滑蜡的熔点可以为100°C至150°C。
[0028] 所述润滑蜡可以包括乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸锌和聚乙烯中的至少一者。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 通过下面结合附图的详细说明，本发明的上述和其它方面、特征以及其它优点将 会更加清楚地得到理解，其中：
[0030] 图1是根据本发明的实施方式的软磁芯的立体图；
[0031] 图2是沿图1中的A-A'线剖切的剖视图；
[0032] 图3是说明根据本发明的实施方式的软磁芯的制造方法的流程图；以及
[0033] 图4是顺序显示根据本发明的实施方式的软磁芯的制造过程的视图。
【具体实施方式】
[0034] 下面，将参照附图详细描述本发明的实施方式。但是，本发明可以通过多种不同的 形式实现，而不应被理解为局限于此处所给出的实施方式。相反，提供这些实施方式旨在使 得本发明的公开内容全面完整，并向本领域技术人员充分地传达本发明的保护范围。在附 图中，为了清楚的目的可以放大元件的形状和尺寸，并且在全部附图中使用相同的附图标 记标示相同或相似的元件。
[0035] 图1是根据本发明的实施方式的软磁芯的立体图。
[0036] 图2是沿图1中的A-A'线剖切的剖视图。
[0037] 图3是说明根据本发明的实施方式的软磁芯的制造方法的流程图。
[0038] 图4是顺序显示根据本发明的实施方式的软磁芯的制造过程的视图。
[0039] 软磁芯200
[0040] 将参考图1和图2描述根据本发明的实施方式的软磁芯200。
[0041] 根据本发明的实施方式的软磁芯200可以包括软磁金属粉末颗粒1、四氧化三铁 (ferriferous oxide) (Fe304)层 2 和绝缘层 3。
[0042] 也就是说，软磁芯可以包括多个软磁合成粉末颗粒10,该多个软磁合成粉末颗粒 10的表面形成有四氧化三铁（Fe 304)层2和绝缘层3。
[0043] 尽管在附图中为了方便起见将软磁金属粉末颗粒1表示成球形，但是软磁金属粉 末颗粒1的形状不限于此，还可以为典型的粉末颗粒形状，例如卵形或多边形。
[0044] (a)软磁金属粉末颗粒1
[0045] 包括在根据本发明的实施方式的软磁芯200内的软磁金属粉末颗粒1不受特别限 制，只要它具有软磁性能即可。
[0046] 软磁金属粉末颗粒1的平均粒径（grain size)可以为50 μ m到200 μ m。如果软 磁金属粉末颗粒1的平均粒径小于50 μ m，则可以降低软磁芯的磁通量密度。如果软磁金属 粉末颗粒1的平均粒径大于200 μ m，尽管磁通量密度增大，但是磁芯损耗增加，尤其是涡流 损耗极大地增加，这在高频时产生问题。因此，软磁金属粉末颗粒1的平均粒径为50 μ m到 200 μ m是比较理想的。
[0047] 软磁金属粉末颗粒1可以由纯铁或铁（Fe)基合金形成。
[0048] 从技术上说，纯铁指的是不含杂质的纯度为100%的铁。然而，因为很难从生铁中 完全移除例如碳、氮、硅、磷和硫的杂质，所以纯铁通常指的是比其他的铁纯度更高的铁，且 该术语在本文中以同样的意思使用。
[0049] 铁（Fe)基合金由铁（Fe)和至少一种其他合金元素制成，且具有金属性能。合金 元素不受特别的限制，只要它增加了电阻即可，且合金元素可以包括硅（Si)、铝（A1)、铬 (Cr)、钥（Mo)和硼（B)中的至少一者。
[0050] 尤其地，硅（Si)、铝（A1)、铬（Cr)、钥（Mo)和硼（B)在增加电阻方面具有优良的效 果。
[0051] (b )四氧化三铁（Fe304)层2
[0052] 在软磁金属粉末颗粒1的表面可以形成四氧化三铁（Fe304)层2。凭借四氧化三 铁（Fe 304)层2可以增强绝缘层3与软磁金属粉末颗粒1之间的粘结力，且可以增加耐腐蚀 性、耐磨性和屈服应力。
[0053] 与Fe203不同，Fe30 4具有比例为1:1的Fe2+和Fe3+，因此与只具有Fe3+的a -Fe203 相比，Fe304的磁性提高。因此，与使用传统的Fe203相比，在模制磁芯时使用Fe 304有利于导 磁性。
[0054] 四氧化三铁（Fe304)层2的厚度可以为50nm至700nm。如果四氧化三铁（Fe 304)层 2的厚度小于50nm，则不足以增强绝缘层与粉末之间的粘结力，且四氧化三铁（Fe304)层2 可能开裂，从而可能发生隧穿（tunneling)。
[0055] 如果四氧化三铁（Fe304)层2的厚度大于700nm，则由于四氧化三铁（Fe 304)层2的 部分相对于软磁金属粉末可能太大，所以磁芯的总磁通量密度减小，然而增强软磁芯的屈 服应力的效果饱和，因而不会再增加。
[0056] (c)绝缘层 3
[0057] 在形成在软磁金属粉末颗粒1的表面上的四氧化三铁（Fe304)层2上可以形成绝 缘层3。
[0058] 绝缘层3用于将软磁金属粉末颗粒1电绝缘以减小涡流损耗，且绝缘层3可以包 括磷酸化合物（phosphate compound)、环氧树脂和陶瓷，但不限于此。
[0059] 此外，绝缘层3的厚度可以为30nm至300nm。如果绝缘层3的厚度大于300nm，则 可以减小磁芯的磁通量密度。如果绝缘层3的厚度小于30nm，则绝缘性可能不够，使得磁 芯损失增加。此外，在压模（compression molding)过程中可能发生开裂，使得可能产生隧 穿，从而进一步降低绝缘性能。
[0060] 软磁芯200的制诰方法
[0061] 下面，将参考图3和图4描述根据本发明的实施方式的软磁芯200的制造方法。
[0062] 在描述软磁芯的制造方法时，将省略关于上述软磁芯200的多余的描述。
[0063] 根据本发明的实施方式的软磁芯的制造方法包括：制备软磁金属粉末颗粒1 ;形 成绝缘层3 ;制备浆料20 ;制造模芯100 ;以及形成四氧化三铁（Fe304)层2。
[0064] 此外，所述方法还可以包括在形成绝缘层3之后并且在制备浆料20之前，在绝缘 层3上形成润滑蜡涂层(未图示)。
[0065] (1)制备其上形成有绝缘层3的软磁金属粉末颗粒1
[0066] 首先，制备软磁金属粉末颗粒1，然后在软磁金属粉末上形成绝缘层3。如上所述， 绝缘层可以包括磷酸化合物、环氧树脂和陶瓷，但不限于此。
[0067] (2)制备浆料20
[0068] 随后，制造包括其上具有绝缘层3的软磁金属粉末颗粒1的浆料20。浆料可以包 括添加剂11和其上具有绝缘层3的软磁金属粉末颗粒1。添加剂可以包括粘结剂、溶剂等， 但不限于此。
[0069] 粘结剂可以为从由水玻璃、聚酰亚胺、聚酰胺、硅、酚醛树脂和丙烯酸树脂构成的 群中选取的至少一者，但不限于此。
[0070] 此外，可以添加挥发性溶剂以调整浆料20的粘性。挥发性溶剂可以包括甲苯、乙 醇和甲基乙基酮（MEK)中的至少一者，但不限于此。
[0071] (3)制造模芯100
[0072] 使用浆料20制造具有所需芯形（core shape)的软磁模芯100。这可以包括将浆 料20注入到具有芯形的模具21中，然后使用压块（presser)22压模浆料20,但不限于此。
[0073] (4)热处理
[0074] 随后，软磁模芯100经历热处理，使得四氧化三铁（Fe304)层2形成在软磁金属粉 末颗粒1和绝缘层3之间。进一步地，四氧化三铁（Fe 304)层2可以形成在通过热处理制造 的软磁模芯100的表面上。
[0075] 形成在软磁金属粉末的表面上的四氧化三铁（Fe304)层2可以增强软磁金属粉末 与绝缘层之间的粘结力，且形成在软磁芯模制体的表面上的四氧化三铁（Fe 304)层2可以增 加软磁芯本身的耐腐蚀性、耐磨性和屈服应力。
[0076] (5)形成用于润滑的润滑蜡涂层3
[0077] 所述方法还可以包括在形成绝缘层之后并且在制备浆料之前在绝缘层3上形成 润滑蜡涂层(未图示)。通过在粉末上形成润滑蜡涂层，可以减小软磁合成粉末颗粒之间的 摩擦力或者软磁合成粉末与模壁之间的摩擦力。也就是说，在使用具有形成在绝缘层3上 的润滑蜡涂层的软磁金属粉末模制磁芯时，在粉末颗粒彼此接触且被外部压力压碎的热压 过程中，润滑蜡从固态变为液体，从而减小了摩擦力，使得由于压模而产生的残余应力减小 并且磁滞损耗减小。最后，可以获得具有低磁芯损失的磁芯。
[0078] 通常，通过将几个微米的润滑粉末颗粒与软磁金属粉末颗粒混合来进行模制。然 而，在润滑粉末颗粒未被均匀地混合的情况下，在润滑粉末颗粒未大量出现的区域，磁滞损 耗增加，使得摩擦力更大，而在太多润滑粉末颗粒出现的区域，磁性能降低，使得实际的碳 增加。因此，如本发明所启发的，上述缺陷可以通过在软磁金属粉末颗粒1的绝缘层3上涂 覆润滑蜡来克服。
[0079] 形成润滑蜡涂层的步骤可以包括：将用于润滑的蜡熔化成液态，然后使其上具有 绝缘层3的软磁金属粉末颗粒1浸入到用于润滑的蜡中或者将液态润滑蜡喷射到形成在软 磁金属粉末颗粒1的表面上的绝缘层3上，然后干燥绝缘层3上的蜡，但不限于此。
[0080] 用于润滑蜡涂层的润滑蜡的熔点为l〇〇°C至150°C。这是因为，在使用软磁金属粉 末模制磁芯时，模制温度通常在80°C以上。此外，如果润滑蜡的熔点超过150°C，则润滑蜡 不会在模制温度下改变成液态，使得减小粉末颗粒之间的摩擦力的效果或者减小粉末与模 具之间的摩擦力的效果显著地降低。
[0081] 润滑蜡可以包括乙烯基双硬脂酰胺（EBS)、硬脂酸锌和聚乙烯中的至少一者。
[0082] 乙烯基双硬脂酰胺（EBS)的熔点在大约141 °C和146°C之间，硬脂酸锌的熔点在大 约121°C和124°C之间，聚乙烯的熔点在大约100°C和110°C之间。
[0083] 润滑蜡涂层的厚度可以在300nm和700nm之间。如果润滑蜡涂层的厚度小于 300nm，则在压模过程中，熔化的润滑蜡可能不足以涂覆粉末颗粒以减小粉末颗粒之间的摩 擦或者粉末与模具之间的摩擦，使得可能损坏绝缘膜并且从而增加了磁芯损失。此外，如果 润滑蜡的厚度大于700nm，则磁芯内的磁材料的部分减少并且从而降低了模具（molding) 密度和磁通量密度，使得磁芯损失再一次增加。因此，润滑蜡涂层的理想厚度可以为300nm 至 700nm。
[0084] 实施例
[0085] 下表1表不根据软磁芯内的软磁合成粉末的四氧化三铁（Fe304)层的厚度的物理 性质。
[0086] 在制造本实施例的软磁芯的过程中所使用的软磁合成金属粉末包括D50=170 μ m 的铁基粉末、包括磷酸化合物并且厚度为150nm的绝缘层以及厚度为400nm的润滑蜡涂层。 [0087]【表1】
[0088]
【权利要求】
1. 一种软磁芯，该软磁芯包括： 软磁金属粉末； 四氧化三铁层，该四氧化三铁层形成在所述软磁金属粉末的表面上；以及 绝缘层，该绝缘层形成在所述四氧化三铁层上。
2. 根据权利要求1所述的软磁芯，其中，所述四氧化三铁层的厚度为50nm至700nm。
3. 根据权利要求1所述的软磁芯，其中，所述软磁金属粉末的平均粒径为50μπι至 200 μ m。
4. 根据权利要求1所述的软磁芯，其中，所述软磁金属粉末为铁基粉末。
5. 根据权利要求4所述的软磁芯，其中，所述铁基粉末包括硅、铝、铬、钥和硼中的至少 一种合金兀素。
6. 根据权利要求1所述的软磁芯，其中，所述绝缘层的厚度为30nm至300nm。
7. 根据权利要求1所述的软磁芯，其中，所述绝缘层包括磷酸化合物。
8. -种软磁芯的制造方法，该方法包括： 制备软磁金属粉末； 在所述软磁金属粉末上形成绝缘层； 制备浆料，该浆料包含其上形成有所述绝缘层的所述软磁金属粉末； 压模所述浆料以形成模芯；以及 氧化包含在所述模芯内的所述软磁金属粉末的表面以形成四氧化三铁层。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述四氧化三铁层的形成通过热处理所述模芯 来完成。
10. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述四氧化三铁层的厚度为50nm至700nm。
11. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述软磁金属粉末的平均粒径为50μπι至 200 μ m。
12. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述软磁金属粉末为铁基粉末。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述铁基粉末包括硅、铝、铬、钥和硼中的至少 一种合金兀素。
14. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述绝缘层的厚度为30nm至300nm。
15. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述绝缘层包括磷酸化合物。
16. 根据权利要求8所述的方法，其中，该方法还包括在形成所述绝缘层的步骤和制备 所述浆料的步骤之间在所述绝缘层上形成润滑蜡涂层的步骤。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中，所述润滑蜡涂层的厚度为300nm至700nm。
18. 根据权利要求16所述的方法，其中，包括在所述润滑蜡涂层中的润滑蜡的熔点为 100°C 至 150°C。
19. 根据权利要求16所述的方法，其中，所述润滑蜡包括乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸锌 和聚乙烯中的至少一者。
【文档编号】H01F1/36GK104124032SQ201310302555
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年7月15日 优先权日:2013年4月29日
【发明者】金学宽, 安成庸, 朴鲁逸, 崔东赫 申请人:三星电机株式会社