本发明属于磁性材料制备领域，尤其涉及一种高磁导率软磁复合材料的制备方法。
背景技术
软磁材料作为电能转换、信号传输和电磁兼容等磁电变换的必备介质，广泛应用于信息、电力、能源、交通和国防等领域，是重要的功能材料和国民经济的关键基础材料。随着现代社会信息化与工业化的进展，设备与器件日益小型化、轻量化、高频化、集成化，软磁材料也朝着高频、高磁导率、低损耗的方向发展。传统的铁氧体软磁材料具有高电阻和优异的高频性能，但饱和磁感应强度低；金属软磁材料具有高磁通以及高磁导率，但高频损耗高。兼具金属软磁高磁通和软磁铁氧体高电阻优点的软磁复合材料已成为高频磁性材料领域的研究热点。
软磁复合材料是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁软磁合金颗粒很小（高频下使用的为0.5～5微米），又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。
国内浙江大学、中国计量大学、河北工业大学、中南大学、北京科技大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学、重庆大学、武汉科技大学、北京航空航天大、南昌大学、中科院宁波材料所等单位都开展了软磁复合材料的研究，工作重点集中在界面绝缘包覆、磁性相成分设计和磁体工艺优化三个方面，以提高磁性能，改善磁通密度、磁导率和磁损耗特性。首先，界面绝缘包覆是软磁复合材料的研究重点，通过对软磁颗粒充分绝缘隔离，提高电阻率、降低涡流损耗；良好的包覆层应厚度薄以保证高磁导率，结构完整以保证充分的绝缘包覆；绝缘包覆材料既可以为无机物（玻璃粉、水玻璃、mgo、sio2和al2o3等）、有机物（环氧树脂、酚醛树脂和有机硅等），也可以为有机无机复合包覆。其次，磁性相成分设计主要从软磁合金自身出发，通过添加元素改善合金的磁导率、矫顽力及电阻率等特性。再次，工艺优化主要通过调整制备参数，优化材料微观结构，提升磁性能。
软磁复合材料自身结构特点导致磁体磁导率低，主要由两个因素导致：一、合金颗粒被非磁性绝缘层隔开，磁路隔断、磁阻高，工作磁路中非磁性绝缘层越厚，磁导率越低；二、非磁性界面导致磁化过程中合金颗粒内出现自由磁极，局域退磁场大。这两个因素的共同作用导致磁体磁导率低、磁滞损耗大。磁阻与磁路中非磁性绝缘层总厚度直接相关，而退磁场由合金颗粒形状决定，因此软磁复合材料的低磁导率是由自身结构所必然导致。因此如何通过优化组织结构以降低局域退磁场和磁阻，是提升材料磁导率降低损耗的关键。
中国专利2012104332238利用磁场使软磁合金颗粒沿磁场方向形成链状团簇，进行获得单向透光特性；中国专利2009101405358、2016110014476、2016110015356、2016110017173采用片状软磁合金或铁氧体在聚合物或石蜡基体中磁场取向来获得复合材料，取向有序结构对材料的磁导率或损耗有一定优化，但基体中非磁性相含量依然过高，磁导率低、高频损耗高的缺点依然没有本质改善。
技术实现要素：
针对软磁复合材料磁导率低的共性问题，本发明的目的在于提供一种高磁导率软磁复合材料的制备方法。本发明将软磁合金与绝缘介质混合，通过热压热变形工艺制备软磁复合材料；经热变形获得的磁体中软磁合金变为片状结构，所有片状软磁合金颗粒皆沿磁环平面（工作磁路方向）平行有序排列；同时在绝缘介质中加入纳米磁性氧化物；最终获得高磁导率各向异性软磁复合材料。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种高磁导率软磁复合材料的制备方法，该软磁复合材料的组成结构为：软磁合金颗粒为片状结构，所有软磁合金颗粒皆沿磁环平面（工作磁路方向）平行有序排列；软磁合金颗粒之间填充高电阻率界面绝缘相；界面绝缘相中包括纳米磁性氧化物；该方法的制备步骤为：
1）原材料准备
采用化学法合成制备所述的纳米磁性氧化物；
2）软磁合金颗粒的绝缘包覆
软磁合金颗粒经钝化后，与界面绝缘相充分混合，实现对软磁合金颗粒的绝缘包覆；
3）热压热变形制备取向磁体
通过热压工艺获得毛坯，热压温度为400℃~800℃；通过热变形工艺对毛坯进行压力变形，压力方向垂直磁环平面，热变形温度为500℃~1000℃，热变形量为20%~90%；毛坯中的软磁合金在压力作用下发生塑性变形，由球状变为片状，软磁合金颗粒平行于磁环平面；最终获得高磁性相含量的高磁导率软磁复合材料。
热压是粉末或压坯在高温下的压制进而获得高密度制品的工艺。热变形是在较高温度下对金属进行塑性变形的工艺。通过热压热变形工艺可在软磁复合材料致密化的同时使磁性合金发生塑性变形，经塑性变形合金颗粒由球状变为片状，压力方向垂直颗粒平面。
软磁复合材料工作时的磁路是沿磁环一周的闭环。球形颗粒任意方向的退磁因子为1/3，而软磁合金颗粒沿平面方向退磁因子几乎为零，所以面内磁化的软磁合金颗粒的局域退磁场远低于球形颗粒；若片状磁粉沿磁环面平行有序分布，则磁路中的非磁性间隙远小于同样体积的球形颗粒构成的磁环。因此，片状合金可有效降低局域退磁场和磁路磁阻，提高磁导率。软磁复合材料在工作频率的磁损耗主要以磁滞损耗和涡流损耗为主。片状合金沿平面方向易磁化，磁导率高，磁滞损耗低；同时片状结构可有效降低趋肤效应的影响，降低涡流损耗。因此，片状结构可从磁滞损耗和涡流损耗两个方面降低磁损耗。软磁复合材料中的非磁性绝缘层虽提高了电阻率，但降低了软磁合金含量，牺牲了部分磁性能。采用磁性氧化物作为绝缘层，可提高绝缘层磁导率，降低磁阻，提高复合材料磁导率，降低磁滞损耗。
将软磁合金与绝缘介质混合，在绝缘介质中加入纳米磁性氧化物以提高界面绝缘相磁导率；通过热压热变形工艺制备软磁复合材料，经热变形磁体中软磁合金变为片状结构，所有片状软磁合金颗粒皆沿磁环平面（工作磁路方向）平行有序排列；为了不牺牲磁性能，界面绝缘相所占比例应尽可能低，其质量分数为0.1wt.%~3wt.%；这种新型结构软磁复合材料在本征结构上提高了复合材料磁导率。
作为优选，按质量百分比计，软磁合金颗粒为97wt.%~99.9wt.%，界面绝缘相为0.1wt.%~3wt.%，纳米磁性氧化物为0.05wt.%~2wt.%。
作为优选，所述的片状软磁合金颗粒包括：fe、fe-si、fe-ni、fe-ni-mo、fe-si-al或非晶纳米晶合金。
作为优选，所述的界面绝缘相包括：玻璃粉、水玻璃、mgo、sio2、al2o3、环氧树脂、酚醛树脂和有机硅中的一种或几种。
作为优选，所述的纳米磁性氧化物包括：锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锌铁氧体、镍铜锌铁氧体和平面六角型铁氧体中的一种或几种。
作为优选，所述的纳米磁性氧化物采用水热和溶剂热法合成。
本发明的优点是：
1、片状结构可有效降低趋肤效应的影响，降低涡流损耗；片状合金沿平面方向易磁化，磁滞损耗低；
2、软磁合金颗粒皆沿磁环平面（工作磁路方向）平行有序排列，降低了磁环工作方向的磁路磁阻和退磁场，提高了磁环磁导率；
3、界面绝缘相为非磁性相和纳米磁性氧化物的混合物，增大了界面绝缘相磁导率，降低磁路磁阻，进一步提升了磁环磁导率；
4、热压热变形工艺可直接获得沿磁环平面取向的片状软磁颗粒，不需要磁场即可获得各向异性有序磁结构。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述，以便更好地理解本发明的目的、特点和优点。虽然本发明是结合该具体的实施例进行描述，但并不意味着本发明局限于所描述的具体实施例。相反，对可以包括在本发明权利要求中所限定的保护范围内的实施方式进行的替代、改进和等同的实施方式，都属于本发明的保护范围。对于未特别标注的工艺参数，可按常规技术进行。
本发明的具体步骤为：
1）原材料准备
磁性主相为软磁合金粉末；界面绝缘相为非磁性相和纳米磁性氧化物；
所述的软磁合金粉末包括：fe、fe-si、fe-ni、fe-ni-mo、fe-si-al、非晶纳米晶合金；
所述的非磁性相包括：玻璃粉、水玻璃、mgo、sio2、al2o3和有机硅中的一种或几种；
所述的纳米磁性氧化物包括：锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、镁锌铁氧体、镍铜锌铁氧体和平面六角型铁氧体；
所述的纳米磁性氧化物采用化学法合成，其中优选采用水热和溶剂热法合成；
2）软磁合金粉末的绝缘包覆
软磁合金粉末经钝化后，与界面绝缘相充分混合，实现对软磁合金粉末的绝缘包覆；
所述的软磁合金所占比例应尽可能高，其质量分数为97wt.%~99.9wt.%；
所述的界面绝缘相所占比例应尽可能低，其质量分数为0.1wt.%~3wt.%；
所述的纳米磁性氧化物所占质量分数0.05wt.%~2wt.%；
3）热压热变形制备取向磁体
通过热压工艺获得毛坯，热压温度为400℃~800℃；通过热变形工艺对毛坯进行压力变形，压力方向垂直磁环平面，热变形温度为500℃~1000℃，热变形量（毛坯高度降低的相对量）为20%~90%；毛坯中的软磁合金在压力作用下发生塑性变形，由球状变为片状，软磁合金颗粒平行于磁环平面（磁环工作磁路方向）；最终获得高磁性相含量的高磁导率软磁复合材料。
实施例1：
1）原材料准备
磁性主相为fe-ni粉末；界面绝缘相为mgo和镁锌铁氧体；磁性氧化物采用水热法合成；
2）软磁合金粉末的绝缘包覆
fe-ni粉末经钝化后，与界面绝缘相充分混合，实现对软磁合金粉末的绝缘包覆；其中fe-ni的质量分数为98wt.%；界面绝缘相质量分数为2wt.%；磁性氧化物质量分数1.2wt.%；
3）热压热变形制备取向磁体
通过热压工艺获得毛坯，热压温度为560℃；通过热变形工艺对毛坯进行压力变形，压力方向垂直磁环平面，热变形温度为800℃，热变形量为90%；毛坯中的软磁合金在压力作用下发生塑性变形，由球状变为片状，软磁合金颗粒平行于磁环平面；最终获得高磁性相含量的高磁导率软磁复合材料。
表1为取向和未取向feni磁环的复数磁导率数据。
实施例2：
1）原材料准备
磁性主相为fe-si-al粉末；界面绝缘相为al2o3和平面六角型铁氧体；磁性氧化物采用水热法合成；
2）软磁合金粉末的绝缘包覆
fe-si-al粉末经钝化后，与界面绝缘相充分混合，实现对软磁合金粉末的绝缘包覆；其中fe-si-al的质量分数为98.9wt.%；界面绝缘相质量分数为1.1wt.%；磁性氧化物质量分数0.5wt.%；
3）热压热变形制备取向磁体
通过热压工艺获得毛坯，热压温度为600℃；通过热变形工艺对毛坯进行压力变形，压力方向垂直磁环平面，热变形温度为900℃，热变形量为80%；毛坯中的软磁合金在压力作用下发生塑性变形，由球状变为片状，软磁合金颗粒平行于磁环平面；最终获得高磁性相含量的高磁导率软磁复合材料。
表2为取向和未取向fesial磁环的复数磁导率。
实施例3：
1）原材料准备
磁性主相为fe粉末；界面绝缘相为玻璃粉和锰锌铁氧体；磁性氧化物采用水热法合成；
2）软磁合金粉末的绝缘包覆
fe粉末经钝化后，与界面绝缘相充分混合，实现对软磁合金粉末的绝缘包覆；其中fe的质量分数为97wt.%；界面绝缘相质量分数为3wt.%；磁性氧化物质量分数2wt.%；
3）热压热变形制备取向磁体
通过热压工艺获得毛坯，热压温度为660℃；通过热变形工艺对毛坯进行压力变形，压力方向垂直磁环平面，热变形温度为600℃，热变形量为40%；毛坯中的软磁合金在压力作用下发生塑性变形，由球状变为片状，软磁合金颗粒平行于磁环平面；最终获得高磁性相含量的高磁导率软磁复合材料。
实施例4：
1）原材料准备
磁性主相为fe-si粉末；界面绝缘相为水玻璃和镍锌铁氧体；磁性氧化物采用溶剂热法合成；
2）软磁合金粉末的绝缘包覆
fe-si粉末经钝化后，与界面绝缘相充分混合，实现对软磁合金粉末的绝缘包覆；其中fe-si的质量分数为97.6wt.%；界面绝缘相质量分数为2.4wt.%；磁性氧化物质量分数1.6wt.%；
3）热压热变形制备取向磁体
通过热压工艺获得毛坯，热压温度为720℃；通过热变形工艺对毛坯进行压力变形，压力方向垂直磁环平面，热变形温度为700℃，热变形量为65%；毛坯中的软磁合金在压力作用下发生塑性变形，由球状变为片状，软磁合金颗粒平行于磁环平面；最终获得高磁性相含量的高磁导率软磁复合材料。
实施例5：
1）原材料准备
磁性主相为fe-ni-mo粉末；界面绝缘相为sio2和镍铜锌铁氧体；磁性氧化物采用溶剂热法合成；
2）软磁合金粉末的绝缘包覆
fe-ni-mo粉末经钝化后，与界面绝缘相充分混合，实现对软磁合金粉末的绝缘包覆；其中fe-ni-mo的质量分数为98.6wt.%；界面绝缘相质量分数为1.4wt.%；磁性氧化物质量分数0.8wt.%；
3）热压热变形制备取向磁体
通过热压工艺获得毛坯，热压温度为800℃；通过热变形工艺对毛坯进行压力变形，压力方向垂直磁环平面，热变形温度为1000℃，热变形量为55%；毛坯中的软磁合金在压力作用下发生塑性变形，由球状变为片状，软磁合金颗粒平行于磁环平面；最终获得高磁性相含量的高磁导率软磁复合材料。
实施例6：
1）原材料准备
磁性主相为非晶粉末；界面绝缘相为有机硅和锰锌铁氧体；磁性氧化物采用溶剂热法合成；
2）软磁合金粉末的绝缘包覆
非晶粉末经钝化后，与界面绝缘相充分混合，实现对软磁合金粉末的绝缘包覆；其中非晶的质量分数为99.5wt.%；界面绝缘相质量分数为0.5wt.%；磁性氧化物质量分数0.3wt.%；
3）热压热变形制备取向磁体
通过热压工艺获得毛坯，热压温度为400℃；通过热变形工艺对毛坯进行压力变形，压力方向垂直磁环平面，热变形温度为500℃，热变形量为20%；毛坯中的软磁合金在压力作用下发生塑性变形，由球状变为片状，软磁合金颗粒平行于磁环平面；最终获得高磁性相含量的高磁导率软磁复合材料。
实施例7：
1）原材料准备
磁性主相为纳米晶粉末；界面绝缘相为水玻璃和镍锌铁氧体；磁性氧化物采用水热法合成；
2）软磁合金粉末的绝缘包覆
纳米晶粉末经钝化后，与界面绝缘相充分混合，实现对软磁合金粉末的绝缘包覆；其中纳米晶的质量分数为99.9wt.%；界面绝缘相质量分数为0.1wt.%；磁性氧化物质量分数0.05wt.%；
3）热压热变形制备取向磁体
通过热压工艺获得毛坯，热压温度为500℃；通过热变形工艺对毛坯进行压力变形，压力方向垂直磁环平面，热变形温度为550℃，热变形量为30%；毛坯中的软磁合金在压力作用下发生塑性变形，由球状变为片状，软磁合金颗粒平行于磁环平面；最终获得高磁性相含量的高磁导率软磁复合材料。