一种电感器件、磁性粉末、磁芯及其制作方法与流程

本发明涉及磁性材料领域，具体而言，涉及一种电感器件、磁性粉末、磁芯及其制作方法。

背景技术

锰-锌铁氧体和镍-锌铁氧体是典型的磁性材料。磁性材料具有非常广泛的应用场景。例如，在智能手机、平板电脑、智能穿戴式设备等电子产品。

随着电子产品的集成化、轻薄化的不断演进，认为对各种电子产品中的各种元器件也提出了更高的要求。而在各种电子元器件中，作为用量较大的一类，电感磁芯的性能方面的要求也越发严苛。

在高度集成化、小型化的电子产品中，对于电感磁芯的温度稳定性和电流耐受性也提出了更高的要求。然而，目前的电感磁芯的温度稳定性还不太理想。

有鉴于此，特提出此发明。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

基于现有技术的不足，本发明提供了一种电感器件、磁性粉末、磁芯及其制作方法，以部分或全部地改善、甚至解决以上问题。

本发明是这样实现的：

在第一方面，本发明实施例的提供了一种磁性粉末。

磁性粉末包括混合为一体的铁硅铬合金粉体和硬脂酸锌粉体，且硬脂酸锌粉体的用量为铁硅铬合金粉体重量的1～5‰，磁性粉末的粒径分布为60～400目，磁性粉末的含水率在2‰以下。

在第二方面，本发明实施例的提供了一种磁芯。

磁芯采用如前述的磁性粉末制作而成。

在第三方面，本发明实施例提供了一种磁芯的制作方法。

磁芯的制作方法包括：以5.8～7.0g/cm³的压实密度对磁性粉末进行压制获得生坯；烧结生坯获得烧结成品磁芯。

优选地，烧结生坯之前，还可以通过烘烤对生坯进行干燥，以获得耐湿热的待切割生坯。

在第四方面，本发明实施例提供了一种电感器。电感器具有如上述的磁芯。

有益效果：本发明实施例提供的由磁性材料制作的磁芯具有较大的耐电流系数(绕线5.75圈在偏置直流≤5a，测试之电感除以不加电流电感百分系数≥85％)、高功率密度(≥16w/cm³)以及在宽温度系数(-60～300℃)范围内的电性品质稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的磁芯第一视角的示意图；

图2为本发明实施例提供的磁芯第二视角的示意图；

图3示出了本发明实施例中一种测试磁芯摆折强度的施力方式方式的示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本发明实施例的一种磁性粉末、磁芯及其制作方法进行具体说明：

磁性粉末原料组成为铁硅铬合金粉体、硬脂酸锌粉体。硬脂酸锌粉体的重量以其用量与铁硅铬合金粉体重量的重量比进行限定。磁性粉末通过铁硅铬合金粉体和硬脂酸锌粉体直接混合而得。磁芯通过将上述磁芯粉末压制为生坯后，经过干燥，烧结为熟坯，冷却既得。

本发明实施例提供的磁性粉末是一种以铁硅铬合金为主体的磁性材料。其中，铁硅铬合金可采用市售的产品，其组成通常为铬含量5％、硅含量2～6.5％，铁含量：剩余百分比。

本发明实施例中，磁性粉末包括混合为一体的铁硅铬合金粉体和硬脂酸锌粉体。磁性粉末作为颗粒状物质，其兼具液体和固体的某些特定。即其整体具有一定的流动性，同时各个颗粒具有一定的塑形。

其中，硬脂酸锌具有润滑作用，粉末状的硬脂酸锌能够混合在铁硅铬合金粉体中，从而改善铁硅铬合金粉体的流动性。在一些示例中，采用粉末流动仪(霍尔流速计)检测其流动性。粉末流动仪主要由漏斗、底座和接粉器等部件组成。经过粉末流动仪检测磁性粉末的流动性可以达到小于50s/100g。

另外，磁性粉末的粒径分布为60～400目，在这样的粒径分布(粒度组成)下，磁性粉末中铁硅铬合金和硬脂酸锌能更好地混合，且有利于提高其制成品的密度。在其他的示例中，磁性粉末的粒径分布为80～300目，或130～270目。

硬脂酸锌粉体作为一种功能性的辅助材料，其用量显著地少于磁性粉末的用量。例如，硬脂酸锌粉体用量为铁硅铬合金粉体重量的1～5‰，或者，硬质酸锌粉体的用量是铁硅铬合金粉体重量1.3～4.6％，或2～3％。优选地，硬脂酸锌粉体的用量为铁硅铬合金粉体重量的2～4‰。

在后续生产磁芯的过程中，硬脂酸锌粉体太少将会导致成型压制时，粉料流动性不好使得装料不均匀，进而使得重量和密度控制不好，继而影响后制程生产，并导致产品容易缺边少角。硬脂酸锌粉体具有一定的吸潮性，因此，过多硬脂酸锌粉体会更易吸潮，从而导致含水率提升，进而使模具与粉料粘连(即在成型时产生粘模现象)，进而引起由其制作的磁芯外观有瘢痕，电感偏低。

作为润滑剂的硬脂酸锌粉体分散在磁性粉末之间，在一定程度上抑制其过度团聚，从而改善流动性以便于磁性粉末被制作为具有期望形状的器件。

由于磁性粉末在烧结过程中会产生水分的蒸发，从而会影响其烧结性能(孔隙增加、强度降低)，基于此，在磁性粉末的含水率被控制在2‰以下。

基于以上所提出的磁性粉末，本实施例中还提出了一种磁芯。该磁芯采用的磁性粉末通过金属粉末混合的方式制作而成。磁芯可以具有多个适当的形状，如棒状、柱状、块状等等。其形状可以根据磁芯的使用场景进行对应的选择。

作为一种磁性粉末的应用示例，本实施例中还提供了一种磁芯的制作方法。大体上，磁芯的制作方法可以通过以下步骤被实现。1，选料；2，拌料；3，成型压制；4，倒磨；5，烘烤；6，切割；7，烧结；8，检测；9，包装/出货。

另外，第四工序与第五工序可相互调整顺序；或者第四工序与第五工序可以根据第三工序的成型外观效果可进行省去(成型出的生坯产品无尖锐凸起或毛刺，或成型的环境为密闭干燥空间)。第八工序根据市场客户的具体要求可进行省略。第九工序为商业要求作业方式，不作特殊限定。

磁芯的制作方法包括：

步骤s101、以5.8～7.0g/cm³的压实密度对磁性粉末进行压制获得生坯。

经过压制磁性粉末可以是其铁硅铬合金粉末之间充分接触，且由于硬脂酸锌的润滑性，磁性粉末堆积更加紧密，从而有利于减少成品磁芯的孔隙率。通过选择适当的压实密度，可以促进在高温烧结过程中铁硅铬合金粉末之间结合、反应。

通常地，高的压实密度对最终磁芯产品的性能有一定的促进作用，但是，高的压实密度对压制设备和工作条件要求相对更加的苛刻，因此也不容易实现。并且高的压实密度也是需要作为原来的磁性粉末的粒径适当，否则磁性粉末的粒径太大，为了获得相当的压实密度，压制操作对设备和其工作条件的要求都将显著地提高，因此也会导致磁芯的制作成本的上升。显然，如果压实密度过低，则磁性粉末之间的接触并不充分，容易引起磁芯产品的强度的下降。

此外，压实密度将会导致诸多不利的影响。其一、压实密度太低会导致产品(如磁芯)强度过低，继而使得在制绕线时使磁芯损坏。其二、压实密度地，则在生坯经高温烧结为熟坯后，熟坯相对成型压制时的生坯的体积收缩比过大，容易产生崩碎、裂痕等破损情况。其三、压实密度太低，且产品电气性能无法满足期望的电感性能范围要求。

另一方面，压实密度过高则易导致压制设备的耐久性下降，寿命降低。即压实密度太高会引起模具和成型机台的损坏。

在实践中，发明人发现，采用前述的压制密度，成品的磁芯烧结后的体积变化范围可以控制在小于0.03mm，大部分情况下体积变化被控制在0.001～0.03mm。体积变化系数通常在1.5％以下(不包含本数)。

成型压制过程所采用的压制设备包括直立式机械油压压机、旋转式自动压机、伺服电机驱动式压机。压制设备采用硬质合金模具作为磁芯粉末的承载容器。根据生坯所期望的大小不同，可以选用如上三种任意一种压机或其他类型的压机进行压制。在实践中，压制密度控制在5.8～7.0g/cm³能够实现对磁芯的电感性能在一定程度的调控。根据前述压制密度范围选择不同吨位的成型压机，同时模具选用硬质合金材质。

磁芯粉末压制成型时，压力范围可以根据不同产品规格对应密度范围进行调节。较佳地，通过压力范围的控制，生坯经过高温烧结后，使产品膨胀或收缩系数<1.5％。

步骤s102、烧结生坯获得烧结料。

所谓烧结是指将压成为坯料的粉末加热到一定的温度，再在该温度下保持一定的时间，冷却后获得特定产品的一种热处理方法。作为一种可选的示例，烧结生坯以制备烧结料的方法包括：将生坯由室温加热至保温温度，并在保温温度下维持270～540分钟，保温温度为760～950℃。烧结过程中磁性粉末暴露在稳定空气气氛是适宜的，空气中水分应当被控制。另外，需要说明的是，生坯烧结是由室温逐步加热至保温温度的。

作为一种示例而非必要的限制，烧结的设备可以是立式烧结炉、连续性推板式烧结炉、连续性辊道式烧结炉、钟罩式烧结炉。烧结设备中，用于承载生坯的载体由烧结设备确定。通常载体能够耐受1000℃以上的温度。例如，生坯的载体可以选用刚玉/莫来石涂锆的匣钵，或刚玉/莫来石匣钵和涂锆刚玉/莫来石方块，或不锈钢筛网。为了使生坯更易接触空气，生坯平铺在载体中，堆积高度不高于20mm。

本发明实施例中，作为主要的烧结原料铁硅铬合金粉末构成了一种多元烧结体系，在烧结过程中，常常会设计固相和液相的烧结作用。通过烧结作用，生坯的体积会产生一定的变化，通常是产生收缩，同时强度和密度提升。在生坯中的孔隙由于烧结作用，孔隙被极大地抑制，孔隙率显著下降。显然，通过烧结作用，烧结后的铁硅铬合金的性质相比于粉末原料的铁硅铬合金粉末的性质已经发生了显著和实质上的改变。

在成型压坯过程中，外力作用增加了颗粒间的接触面，但是颗粒表面原子和分子还是杂乱无章的，甚至还存在有内应力，颗粒间的联结力相对较弱。在烧结过程中，颗粒接触表面原子﹑分子进行化学反应，以及扩散、流动、晶粒长大等物理化学变化，使颗粒间接触紧密，内应力消除，颗粒表面接触状态发生了质的变化，从而使其性能大大提高。

烧结过程硬脂酸锌可以被部分或大部分地脱除，随着温度的升高硬脂酸锌逐渐分解，排除出烧结体，与此同时，其还在一定程度上给烧结体增碳。铁硅铬合金颗粒与空气产生氧化反应，形成氧化物。颗粒间的接触应力逐渐消除，颗粒表面开始产生晶体的恢复和再结晶，表面扩散逐渐产生，且压块强度提高。随着温度的逐渐增高，在出现液相以前，固相反应和扩散加剧，塑性流动增强，烧结体出现明显的收缩。当液相烧结时，出现液相时收缩已经趋于完成收缩很快完成，接着产生结晶转变，形成合金的基本组织和结构。在冷却阶段阶段，合金的组织和相成分进行调整，其性能也进一步的改善和稳定下来。

由于空气中的水分(h2o)会对铁硅铬合金颗粒产生影响，为了避免水分对铁硅铬合金粉的影响，压制过后送入干燥箱进行烘烤热处理是避免材料在成型后吸收作业环境中的水分使得粉料中含有铁的元素有生锈的隐患(材料一旦有铁锈粉会影响高温烧结后的成品电气性能)。一般地，在本实施例中，高温烧结前的生产步骤可以被控制在在空气湿度≤80％的环境中进行。

另外，制作方法还包括在烧结之后进行的对烧结料进行修型。需要说明的是，通常地，修型是在干燥烘烤料冷却到一定的温度下进行的，例如可以是在室温下。在其他的一些示例中，还可在生坯进行高温烧结前先对生坯进行初步修型。

通过修型可以确保产品外观表面及边沿上无毛刺、无凸出异物。例如，使用八面旋转式倒角机或球面倒角机或其他方式针对不同规格产品采用如下工艺将成型后的生坯产品进行倒角处理。当然，根据具体的生产状况，也可以采用使用者已有的设备和工艺进行打磨处理。

根据生坯材料的类型的不同，打磨工艺应当根据需要进行调整。以下作为示例给出了不同规格的生坯，及其相应的打磨参数(倒磨工艺)，对应采用的打磨设备为八面旋转式倒角机。

生坯产品按照长度l记为以下表1所示。

表1生坯规格

八面旋转式倒角机倒磨工艺如下表2所示。

表2倒磨工艺

另外，完成倒磨后的生坯为避免混入小碎片等杂物。倒磨前必须将机器滚筒内部或其他位置引用辅助材料将其表面上的粉尘及杂物清除干净。倒磨结束后，流入下一工序(如烘烤)。

进一步地，生坯烧结前进行干燥，以控制生坯的含水率。理想地，通过干燥使生坯的含水率达到或保持在0％。作为一种干燥的方式，干燥的温度为120～180℃，干燥时间为30～90分钟。作为一种具体的示例，压制后的生坯经过打磨去除毛刺、凸出异物后，再进行烘烤干燥。

例如将处理后的生坯用网状不锈钢托盘进行装接，托盘里的生坯产品平铺均匀，且堆叠高度以不超过10mm为宜，送入密闭式烘箱(或干燥箱)进行烘烤，以便排除水分，提升产品机械强度。

烘烤步骤如下：

1)将烘箱温度升温至150±30℃稳定后，将平铺于不锈钢托盘的生坯放入烘箱内进行烘烤，烘烤时间范围控制在45±15分钟。不同规格、不同体积的烘箱及装入的生坯数量烘烤的温度和时间可以作出适当的调整。一般，烘箱体积越大，烘烤产品数量越多，则应按照此范围的上限来进行作业或作其他调整，以便将生坯产品中的水分或其他杂质在此条件下排除，降低在高温烧结过程中水分或杂质对电气性能的影响。

2)烘烤结束后，将烘箱内的产品取出放置于常态自然环境中下冷却至50℃以下，即可进行切割操作。

此外，磁芯的脆性可能并不利于对其进行二次加工如切割，因此在烧结前将其制作为磁芯终产品形状将是有利且便于实现的。即为了获得最终产品，将干燥后的生坯冷却至50℃以下(通常可以选用室温，如25～28℃)通过切割获得期望形状。

切割可以采用多功能切割机来实现和完成。在一些示例中，切割机的圆形切割刀片选用硬质合金材质或其它坚硬金属材质，刀片厚度根据终端客户对磁芯的线圈绕组的绕线槽宽的要求来进行选择。

在一种示例中，磁芯的形状如图1和图2所示。

磁芯的尺寸如表3所示。

表3磁芯规格

磁芯的成型时的尺寸公差范围：l(长度)：±0.2；w(宽度)：±0.2；h(高度)：±0.2，单位：毫米mm。

制作后的磁芯进行检测。检测项目包含：

(一)外观检测

a、检测方法：1)直观目视；2)借助于放大镜、显微镜等外观检测设备；3)外观自动分选机。检测方法从前三种方式中的一种或多种。

b、检测判定标准与不良项目如下表4(以下检测项可以根据需要选择其中的一项或多种，还可以增加其他的检测项)。

表4检测要求

磁芯的尺寸可以通过二次元投影仪或游标卡尺或千分尺进行测量。磁芯的物理尺寸除产品长、宽、高之外的其他尺寸，如上摆厚度、下摆厚度、槽宽距离、中柱直径、中柱形状等以实际产品的要求为基准，可以自由选择调整。

磁芯的电气性能测试方法可参照如下：

1)依据磁芯使用场景的不同要求进行绕线、并加电流后在常温环境(温度25±3℃、湿度≤80％)中测试；

2)20/25/30/40类别产品经2uew-绕制5.75圈后，使用wk3260b/3265b或相当性能的电感测试仪器在1mhz/1v或100khz/1v设定的测试条件下进行测试；

3)[加dc直流4.0a电感值]÷[不加电流测试电感值]≥85％；

4)摆折强度测试

使用重量压力计及12mm/min、测量头(加压棒与边沿相平进行测试)，如图3所示。

检测合格后，磁芯可以进行镀银加工或者绕线加工。

采用上述方式获得磁芯能够获得的期望的电学性能。例如，磁芯的居里点被调节以适应更苛刻的环境要求。在一些示例中，磁芯的居里点可达到600℃以上。其中，居里温度(又称为居里点/磁性转变点)是指磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度，并且是铁磁性或亚铁磁性物质转变成顺磁性物质的临界点。另外，磁芯的在宽温度系数(-60～300℃)品质稳定性也被改善。即在不加偏置电流的情况下，磁芯的电感l及饱和磁通量bs基本不会随温度变化而发生较大变化。

基于以上的磁性，本实施例中还提供了一种电感器。电感器是一种能够将电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器主要包括线圈、磁芯。其中，线圈缠绕设置在磁芯。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。