一种非晶纳米晶带材磁芯及其制备方法和应用与流程

本发明属于软磁材料及电感元器件，具体涉及一种非晶纳米晶带材磁芯及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着第三代半导体技术的应用普及，对各种电力电子元器件的性能提出了新的要求，功率更大、频率更高。这就需要加工功率电感的软磁材料具有更低的高频损耗，以及更好的磁导率频率特性。

2、传统的功率电感如谐振电感、pfc电感、电抗器等大多使用金属粉芯作为核心的磁性材料，由于其高频损耗较高，已无法满足器件及设备整机的工作要求。另外，金属粉芯的生产需要大量数百吨量级的大型压机投入，生产成本较高。

3、铁基非晶纳米晶由于其兼具高磁感和高磁导率，这使得铁基纳米晶带材在共模电感上具有很好的应用前景。

4、专利cn 114927303 a公开了一种纳米晶磁芯，由铁基合金非晶直带材经闪速加热磁弹应力处理后、卷绕成环形磁芯经纳米晶化处理后、再施加磁场热处理而成。但该纳米晶磁芯主要适用于铁硅硼铜系列合金(fe-si-b-cu系列)体系，其闪速加热磁弹应力处理主要目的是析出团簇，形成了类α-fe短程有序，降低类feb短程有序区面积，有效提高cu团簇数密度，最终可获得高密度细小均匀的纳米晶晶粒。且需要通过进一步的纳米晶化处理后再施加磁场热处理，诱导单轴各向异性与平均随机各向异性相竞争，改变其磁化行为，从而有效提高其高频特性，提高纳米晶电感抑制电磁干扰的能力。其存在适用体系范围窄和处理工艺步骤复杂的问题，且所得电感磁芯经计算在100khz条件下磁导率在20000及以上，难以覆盖磁导率在20000以下的产品。

5、专利cn 103117153 a公开了一种共模电感铁基纳米晶铁芯的制备方法，包括平板流液态急冷法制带、绕制铁芯和热处理步骤。所述铁芯是采用厚度为18-24μm的铁基纳米晶带材绕制而成；所述热处理是在高纯惰性保护气氛下或真空环境内的复合磁场下进行晶化热处理。该专利技术采用改进的复合磁场热处理工艺，得到的共模电感铁芯具有良好的频率阻抗特性和优异的抗偏置直流叠加能力，提高衰减共模信号能力。但对热处理工艺控制条件要求较高，而且应用领域也仅限为共模干扰抑制领域，无法满足差模或功率电感的需求。

6、专利cn 114694944 a公开了一种纳米晶磁芯的制备方法，包括：步骤s1：对纳米晶带进行辊压处理以生成预处理纳米晶；步骤s2：对所述预处理纳米晶进行绕制以生成磁环；步骤s3：对所述磁环采用一热处理方法进行热处理以生成所述纳米晶磁芯。该专利通过对纳米晶材料施加超声波辊压处理，并在热处理过程中施加横向磁场，实现了纳米晶磁芯整体的更低的矫顽力和损耗，使得纳米晶磁芯在具有好的器件性能的情况下，损耗更低。但该现有技术仍存在处理步骤复杂及磁导率覆盖范围较窄的问题。

7、因此，获得具有低损耗、好的磁导率频率特性及优良dc-bias性能的纳米晶磁芯及电感产品，并简化其生产工艺、降低其工艺控制难度，从而达到降低其生产成本的目的具有显著的意义。

技术实现思路

1、针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种非晶纳米晶带材磁芯的制备方法。本发明的制备方法通过非晶纳米晶带材卷对卷退火一步制成，无需进行进一步的热处理及磁场处理，非晶纳米晶成分体系适应面广、制备方法简单易控制；所得产品磁导率可以覆盖50～30000的区间范围，且连续可调。

2、本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的非晶纳米晶带材磁芯。

3、本发明的再一目的在于提供上述非晶纳米晶带材磁芯在差模电感磁芯、功率电感磁芯、谐振电感磁芯、储能电感磁芯及pfc电感磁芯中的应用。

4、本发明目的通过以下技术方案实现：

5、一种非晶纳米晶带材磁芯的制备方法，具体制备步骤如下：

6、将非晶纳米晶带材进行卷对卷退火处理，退火处理过程中施加沿带材长度方向的张应力，然后卷绕或冲切成闭合磁路，或叠层加工成块状，得到非晶纳米晶带材磁芯。

7、进一步地，所述非晶纳米晶带材为成分体系为fesib、fesibc、fenisib的非晶带材，或成分体系为fe(和/或ni、co)cunbsib、fe(和/或ni、co)cumosib、fe(和/或ni、co)cupcsib的纳米晶带材。

8、进一步优选地，所述非晶纳米晶带材为成分体系为fesib、fesibc、fenisib的非晶带材，所述卷对卷退火处理的退火温度为350～500℃，退火时间为1～720s。

9、进一步优选地，所述非晶纳米晶带材为成分体系为fe(和/或ni、co)cunbsib、fe(和/或ni、co)cumosib、fe(和/或ni、co)cupcsib的纳米晶带材，所述卷对卷退火处理的退火温度为500～650℃，退火时间为1～720s。

10、进一步地，所述非晶纳米晶带材的厚度为10～30μm。

11、进一步地，所述退火处理过程中施加沿带材长度方向的张应力大小为5～300mpa。

12、进一步地，所述闭合磁路为环形、矩形或跑道型。

13、进一步地，所述卷绕或冲切成闭合磁路是指将多层卷对卷退火处理后的非晶纳米晶带材进行叠层复合后卷绕或冲切成闭合磁路；或将单层卷对卷退火处理后的非晶纳米晶带材经冲切成闭合磁路后进行多层叠层复合。

14、一种非晶纳米晶带材卷绕磁芯，其特征在于，通过上述方法制备得到。

15、进一步优选地，所述非晶纳米晶带材卷绕磁芯的初始磁导率为50～30000，磁感应强度为200mt、频率为100khz时的交流损耗为100～800mw/cm3。

16、上述非晶纳米晶带材卷绕磁芯在差模电感磁芯、功率电感磁芯、谐振电感磁芯、储能电感磁芯及pfc电感磁芯中的应用。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、(1)本发明的制备方法通过非晶纳米晶带材卷对卷退火一步制成，无需进行进一步的热处理及磁场处理，非晶纳米晶成分体系适应面广、制备方法简单易控制，制备成本低。

19、(2)本发明所得产品磁导率可以覆盖50～30000的区间范围，且通过卷对卷退火过程中施加张应力的调节实现磁导率的连续可调，性能优良。

技术特征：

1.一种非晶纳米晶带材磁芯的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种纳米晶带材卷绕磁芯的制备方法，其特征在于，所述非晶纳米晶带材为成分体系为fesib、fesibc、fenisib的非晶带材，或成分体系为fe(和/或ni、co)cunbsib、fe(和/或ni、co)cumosib、fe(和/或ni、co)cupcsib的纳米晶带材。

3.根据权利要求2所述的一种纳米晶带材卷绕磁芯的制备方法，其特征在于，所述非晶纳米晶带材为成分体系为fesib、fesibc、fenisib的非晶带材，所述卷对卷退火处理的退火温度为350～500℃，退火时间为1～720s。

4.根据权利要求2所述的一种纳米晶带材卷绕磁芯的制备方法，其特征在于，所述非晶纳米晶带材为成分体系为fe(和/或ni、co)cunbsib、fe(和/或ni、co)cumosib、fe(和/或ni、co)cupcsib的纳米晶带材，所述卷对卷退火处理的退火温度为500～650℃，退火时间为1～720s。

5.根据权利要求1所述的一种纳米晶带材卷绕磁芯的制备方法，其特征在于，所述非晶纳米晶带材的厚度为10～30μm。

6.根据权利要求1所述的一种纳米晶带材卷绕磁芯的制备方法，其特征在于，所述退火处理过程中施加沿带材长度方向的张应力大小为5～300mpa。

7.根据权利要求1所述的一种纳米晶带材卷绕磁芯的制备方法，其特征在于，所述闭合磁路为环形、矩形或跑道型。

8.根据权利要求7所述的一种纳米晶带材卷绕磁芯的制备方法，其特征在于，所述卷绕或冲切成闭合磁路是指将多层卷对卷退火处理后的非晶纳米晶带材进行叠层复合后卷绕或冲切成闭合磁路；或将单层卷对卷退火处理后的非晶纳米晶带材经冲切成闭合磁路后进行多层叠层复合。

9.一种非晶纳米晶带材卷绕磁芯，其特征在于，通过权利要求1～8任一项所述的方法制备得到；所述非晶纳米晶带材卷绕磁芯的初始磁导率为50～30000，磁感应强度为200mt、频率为100khz时的交流损耗为100～800mw/cm3。

10.权利要求9所述的一种非晶纳米晶带材卷绕磁芯在差模电感磁芯、功率电感磁芯、谐振电感磁芯、储能电感磁芯及pfc电感磁芯中的应用。

技术总结
本发明属于软磁材料及电感元器件技术领域，公开了一种非晶纳米晶带材磁芯及其制备方法和应用。所述制备方法为：将非晶纳米晶带材进行卷对卷退火处理，退火处理过程中施加沿带材长度方向的张应力，然后卷绕或冲切成闭合磁路，或叠层加工成块状，得到所述非晶纳米晶带材磁芯。本发明的制备方法通过非晶纳米晶带材卷对卷退火一步制成，无需进行进一步的热处理及磁场处理，非晶纳米晶成分体系适应面广，制备方法简单易控制，制备成本低。所得产品磁导率可以覆盖50～30000的区间范围，且连续可调，性能优良。

技术研发人员：李准,王湘粤,李豪滨,庄嘉健,曾志超
受保护的技术使用者：深圳市驭能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16