专利名称：切割非晶态电感磁芯制法的制作方法
技术领域：
本发明属于软磁非晶材料及其磁芯制作工艺。
以前，作为高频滤波和贮能器件的宽恒导磁磁芯，通常使用带气隙的铁氧体、磁粉芯和坡莫恒导磁合金。由于铁氧体饱和磁感Bs低(＜0.5T)，它与磁粉芯一样，其线性导磁率较小，例如FeSiAl粉芯的导磁率仅为75.6×10-6H/M(60Gs/Oe)，在相同电参数的条件下，这种粉芯和铁氧体磁芯的体积重量较大，而且高频损耗较高，具有工作温升大等缺点。
另一方面，国内目前在一些重要电子设备中通常采用宽恒导磁坡莫合金磁芯，牌号为1J34KH和1J50H，其最大恒导磁磁场分别为16和80A/cm，但在两者之间的恒导材料仍属空白，而现今电子装置中普遍要求合适的最大恒导磁场约在40A/cm。坡莫恒导合金的主要缺点是电阻率小，高频损耗较大，仅适用于小于20KHz的工作频率条件下使用。
1985年，日本东芝公司首次研制成功非晶滤波扼流圈磁芯，其产品的最大恒导磁场Hm为40A/cm，磁芯的饱和磁感B100为1.2T，线性导磁率为200×10-6H/M(157Gs/Oe)。
随着电子器件在高频化和小型轻量化方面的迅速进展，作为一些电感器件的磁芯，例如，开关电源中差模噪声滤波器，平滑滤波扼流圈，谐振电感及贮能电感等，要求磁芯材料具有宽恒导、高导磁和低的高频损耗，这就是本发明的目的。
本发明使用铁基非晶态合金作为磁芯材料，采用固化切割法，制成了最大恒导磁场由16至80A/cm范围可变的各种非晶电感磁芯，磁芯的饱和磁感B100为1.45T，对于Hm为40A/cm挡次的磁芯，其线性导磁率为275×10-6H/M。(220Gs/Oe)矫顽力Hc小于0.12A/cm，在0.05T磁感和20KHz频率的条件下的磁芯损耗为3.0W/kg，该研制的磁芯产品特别适用于5KHz～250KHz频率下工作的滤波和贮能电感以及其它要求有线性磁性的器件。
本发明的合金成分范围为(at%)Si3.5～12B12～16C0～2.0Me(Me＝Ni、Mo、Cr)0～4Fe余量添加合金元素Me可以提高材料的导磁率和高频特性，Si和B元素用来作为非晶形成元素。
采用单辊法制成规定宽度的非晶带材，挠成环形或矩形磁芯，随后在氮气或氩气的保护下进行退火处理。
本发明采用的退火工艺为420～440℃，保温0.5～2小时，然后在大于40℃/分的速度下冷却至室温，此外也可以采用横磁退火方法，横磁外磁场强度应大于300A/cm，其退火工艺与上述相同，由于退火后的非晶材料脆性较大，而且层间无粘结，不宜直接进行气隙切割，本发明的主要特点是采用环氧树脂包络磁芯，使之固化成型。首先按下述配比进行树脂的配制
品种 配入比例(重量)环氧树脂 100固化剂 8～16增刃剂 5～30填充剂 30～50将磁芯放入予先加热至40～60℃温度的模具中立即将调好的树脂注入模具与磁芯之间的空隙中，注入后放入烘干机中进行固化处理，其固化工艺为150℃三小时。
经固化后的磁芯需在切割机上进行气隙切割，对于环形或矩形磁芯，可以制成单气隙，也可以制成双气隙的。
切割气隙的宽度需根据恒导磁场宽度的数值以及磁芯的磁路长度加以确定，其单气隙的气隙宽度尺寸范围为0.4mm～3.0mm。
按上述方法制出的电感磁芯具有优良的综合磁特性，即高的饱和磁感值，良好的交直流叠加特性和低的高频损耗值。
图1示出了最大恒导磁场Hm为40A/cm挡次磁芯的典型静态磁滞回线，其饱和磁感Bm为1.46T直流线性导磁率300×10-6H/M(240Gs/Oe)。
图2示出了典型的交直流叠加特性曲线图中纵轴为磁芯电感量的相对变化率，横轴为直流偏磁安匝数，磁芯的尺寸为内径16mm，外径26mm，高度10mm，气隙宽0.6mm。根据使用要求不同，采用不同的切割气隙可使本发明磁芯的最大恒导磁场Hmax控制在10～80A/cm的范围内变化。
由于本发明的电感非晶磁芯具有高的饱和磁感和高导磁率，宽恒导磁及优良的高频特性，在相同电参数工作条件下，该磁芯的体积可比铁氧体减少60～70%，比磁粉芯减少50～60%，同时减少了磁芯的温升。该磁芯在20KHz的磁芯损耗仅为1J50H坡莫横导磁芯的四分之一，为1J34KH磁芯的二分之一。
实施例1用真空炉冶炼出母材，其化学成份为Fe77Si7B13C2(at%)，用单辊法制出15mm宽非晶带材，卷挠成Φ40/64×15环形磁芯，经430℃1hr的氩气保护退火炉冷后，采用上述的方法进行环氧灌注和固化，然后切割成2.5mm宽的气隙，其最终磁性为，Bs＝1.45T，直流导磁率250～300×10-6H/M(200～240Gs/Oe)P0.5/20K(Bm＝0.05T，f＝20KHz)＝3.2～4.8W/kg，最大恒导磁场为40A/cm。
实施例2使用真空炉冶炼母材，其化学成分为Fe77Mo2Si5B16(at%)，用单辊法制带卷挠成Φ25/32×5的磁芯，经430℃×1hr的横磁退火后，按上述方法进行固化，然后切割0.5mm宽气隙。
获得的最终磁性为Bs＝1.4T，直流导磁率μ为685×10-6H/M(540Gs/Oe)在16A/cm的直流偏磁场下1KHz的交流导磁率为610×10-6H/M(490Gs/Oe)，在Bm＝0.05T、f＝20KHz的铁芯损耗为2.51W/kg。
权利要求
1.软磁非晶态材料及其磁芯制法，其特征在于化学成份范围(重量%)为Si3.5～12.0%，B12.0～16.0%，C0～2.0%，Me(Me=Ni、Mo、Cr)0～4.0%，Fe余量，使用真空冶炼的母材，用单辊法制成规定宽度的非晶带材，绕成环形或矩形磁芯，然后在氮气或氩气的保护下进行退火处理，之后采用环氧树脂包络磁芯，经固化处理成型，最后进行气隙切割。
2.根据权利要求1所述的制法，其特征在于退火处理工艺为无横向磁场作用或有横向磁场作用，加热温度420～440℃，保温0.5～2小时，然后在大于40℃/分的速度下冷却至室温。
3.根据权利要求1所述的磁芯制法，其特征在于环氧树脂的配比(重量)为环氧树脂100，固化剂8～16，增刃剂5～30，填充剂30～50。
4.根据权利要求1所述的磁芯制法，其特征在于固化处理工艺为150℃3小时。
5.根据权利要求1所述的磁芯制法，其特征在于磁芯切割的气隙宽度范围为0.4mm～3.0mm。
全文摘要
本发明属于软磁非晶态材料及磁芯制作工艺。用铁基非晶带其成分为Fe余MeO～4Si3.5～12，B13～16C0～2，卷绕成磁芯后经430℃退火后，用环氧树脂对磁芯进行包络固化成型处理，然后进行气隙切割，制成切割非晶态电感磁芯。其饱和磁感Bs为1.45T，对于最大恒导磁场Hmax为40A/cm的磁芯，平均直流导磁率为240，损耗P2/20K为4W/kg，并有良好的频率特性，工作频率为1KH
文档编号H01F3/04GK1050108SQ8910698
公开日1991年3月20日 申请日期1989年9月3日 优先权日1989年9月3日
发明者张家骥 申请人:首钢冶金研究所