一种绝缘包覆方法及依据此方法制备的金属粉芯.pdf

本发明提供了一种绝缘包覆方法及依据此方法制备的金属粉芯。一种绝缘包覆方法由高温有机绝缘包覆剂掺杂纳米氧化物构成，掺杂比例为0.01-8wt％。本发明绝缘包覆方法可以提高金属粉芯的热处理温度50℃以上，损耗可以降低50mW/cm3以上，三点弯曲强度高5MPa以上。

1.  一种绝缘包覆方法，用于包覆金属粉芯，其特征在于由高温有机绝缘包覆剂掺杂纳米氧化物而成，掺杂比例为0.01-8wt％；掺杂的方法为在高温有机绝缘包覆剂固化温度以下加入相应的溶剂使其溶解为均匀的液体，再加入纳米氧化物颗粒并充分搅拌均匀，然后加入磁性粉末使磁性粉末表面均匀地包覆一层溶液薄膜，最后加热使绝缘包覆剂的溶剂完全挥发并继续加热直到磁性粉末具有流动性；高温有机绝缘包覆剂选自氰酸酯、聚酰亚胺、双马莱酰亚胺、硅树脂的其中一种或一种以上的混合物；纳米氧化物选自氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钙、氧化钡、氧化铬、氧化锌的其中一种或一种以上的混合物。

2.  根据权利要求1所述的绝缘包覆方法，其特征在于：绝缘包覆后的磁性粉末在常温下具有流动性，且通过所述绝缘包覆方法实现对磁性粉末的造粒。

3.  根据权利要求1所述的绝缘包覆方法，其特征在于：纳米氧化物颗粒的尺寸小于100nm，掺杂比例为0.01-8wt％，优选0.01-5wt％。

4.  根据权利要求1所述的绝缘包覆方法制备的金属粉芯，其特征在于：采用本发明方法制备的金属粉芯的热处理温度比单独使用高温有机绝缘包覆剂作为包覆剂时高50℃以上，处理后的金属粉芯比单独使用高温有机绝缘包覆剂时的三点弯曲强度高5MPa以上，损耗较单独使用高温有机绝缘包覆剂作为包覆剂时降低50mW/cm³以上。

一种绝缘包覆方法及依据此方法制备的金属粉芯
技术领域
本发明属于金属功能材料领域，涉及一种绝缘包覆方法及依据此方法制备的金属粉芯。
背景技术
目前金属粉芯领域的绝缘包覆剂普遍采用无机绝缘包覆剂，其特点在于价格便宜、耐高温热处理以及因此热处理后较高的强度。无机绝缘包覆剂一般采用硅酸钠、磷酸盐以及矿物粉末，例如膨润土、高岭土等，此类物质均为氧化物，取材广泛、分解温度高、热处理(大于600℃)后强度高。随着金属金属粉芯的发展，市场上对铁硅铝、铁硅、非晶金属粉芯的需求逐渐提升，此类材料具有高硬度、塑性差的特点，且由于氧化物类型的绝缘包覆剂均为脆性材料，所以压制后残余应力较大，从而增加金属粉芯的损耗及降低金属粉芯的导磁率，因此需要改善绝缘包覆剂的塑性使其减少残余应力，从而改善金属粉芯性能，尤其是提高非晶金属粉芯的综合软磁性能，使其相比坡莫合金、铁硅铝等金属粉芯具有更佳的性价比。
但是采用传统无机绝缘包覆剂工艺造成金属粉芯残余应力大，需要更高的热处理温度才能消除残余应力，从而降低金属粉芯损耗兵同事提高导磁率；而采用有机绝缘包覆剂工艺时最大的问题在于有机绝缘包覆剂分解温度低，热处理后绝缘包覆剂发生碳化现象，最终造成金属粉芯强度低以及因此出现了损耗高、导磁率低的问题，因此解决传统有机粘结剂分解温度低、无机粘结剂残余应力大的问题，从而提高非晶、铁硅铝等硬度大、塑性差的金属粉芯的强度及综合性能成为当前研究的热点。
目前，主要的方向集中在改善现有无机包覆工艺的配方，例如添加部分有机粘结剂、改善钝化膜的性质等。但这种思路解决不了主要成分一无机粘结剂的脆性问题。
本发明从有机粘结剂的优良塑性的特点出发，力图在有机粘结剂中引入无机官能团的办法提高有机粘结剂的分解温度，从而解决传统有机粘结剂分解温度低、无机粘结剂残余应力大的问题。
本发明的目的是针对如何降低这种硬度高、塑性差的金属粉芯的残余应力以降低损耗，如何提高传统有机高温粘结剂退火温度较低的问题，从而提高这类硬度高、塑性差的金属粉芯的强度及性能而提供了一种绝缘包覆方法及依据此方法制备的金属粉芯。
发明内容
针对以上问题，我们提供了一种绝缘包覆方法及依据此方法制备的金属粉芯，具体内容包括：
(1)一种绝缘包覆方法由高温有机绝缘包覆剂掺杂纳米氧化物而成，掺杂比例为0.01-8wt％。掺杂的方法为：在高温有机绝缘包覆剂固化温度以下加入相应的溶剂使其溶解为均匀的液体，再加入纳米氧化物颗粒并充分搅拌均匀，然后加入磁性粉末使磁性粉末表面均匀地包覆一层溶液薄膜，最后加热使绝缘包覆剂的溶剂完全挥发并继续加热直到磁性粉末具有流动性。其中，金属粉末可以是经过钝化的表面有钝化膜的粉末，另外在绝缘包覆之前也可添加偶联剂等辅助物料。
高温有机绝缘包覆剂选自聚酰亚胺、双马莱酰亚胺、氰酸酯、硅树脂其中一种或一种以上的混合物；纳米氧化物选自氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钙、氧化钡、氧化铬、氧化锌其中一种或一种以上的混合物。对于氰酸酯而言溶解所需温度在280℃以下，对于聚酰亚胺溶解所需温度在320℃以下，对于双马莱酰亚胺溶解所需温度在240℃以下，对于硅树脂溶解所需温度在200℃以下。温度较高时绝缘包覆剂固化时间较短，从而不利于金属粉芯的制备。
纳米氧化物可以是氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钙、氧化钡、氧化铬、氧化锌，其颗粒尺寸小于100nm，掺杂比例为0.01-8wt％，优选0.01-5wt％。比例较高时绝缘包覆剂本身的脆性较大，从而增加残余应力。加入纳米氧化物后进行充分搅拌，原则是使其充分溶解在高温有机绝缘包覆剂中。
在此之后，需要加热使其溶剂完全挥发，并使粘结剂本身达到一定固化程度(不一定要完全固化)，确定的原则是粘结剂和金属粉末的混合物在常温下具有流动性。由此获得的粉末还具有造粒的特征，即小颗粒粉末黏附在大颗粒之上，形成大小均匀的粉末混合物。
(2)本发明绝缘包覆方法可以明显提高金属粉芯的强度及热处理温度，使传统有机高温绝缘包覆剂可以作为金属粉芯和吸波材料的绝缘包覆剂；利用此方法制备的金属粉芯强度比单独使用高温有机粘结剂时高出5MPa，同时损耗降低50mW/cm³(测试条件为0.1T，100kHz)以上。
附图说明
图1：绝缘包覆后具有造粒特征的铁硅铝粉末与粘结剂的混合物
具体实施方式
实施例1
本实施例粉末为采用雾化法制备的成分为Fe₈₀Si₁₆B₄的铁基非晶软磁性粉末，绝缘包覆剂选用双马来酰亚胺和氧化硅，氧化硅混合比例分别为双马来酰亚胺的0wt％、0.01wt％、1wt％、2wt％、5wt％、10wt％，其颗粒尺寸为50nm以下，整体绝缘包覆剂占非晶粉末的3％，压制压力为1800MPa。之后的金属粉芯在450℃真空退火。损耗用BH交流阻抗分析仪测试，弯曲强度采用万能拉伸试验机的三点弯曲方法测试。
表1不同氧化物混合比例对金属粉芯强度和损耗的改善

通过上表可知：当混入纳米氧化物后金属粉芯强度明显升高，且比例越大强度越高，但是当高于8wt％时由于应力增加损耗反而升高。
实施例2
本实施例粉末为采用雾化法制备的成分为Fe₈₀Si₁₆B₄的铁基非晶软磁性粉末，绝缘包覆剂选用氰酸酯和氧化铬，氧化铬混合比例分别为氰酸酯的0wt％、0.01wt％、1wt％、2wt％、5wt％、10wt％，其颗粒尺寸为50nm以下，整体绝缘包覆剂占非晶粉末的3％，压制压力为1800MPa。之后的金属粉芯在450℃真空退火。损耗用BH交流阻抗分析仪测试，弯曲强度采用万能拉伸试验机的三点弯曲方法测试。
表2不同氧化物混合比例对金属粉芯强度和损耗的改善

通过上表可知：当混入纳米氧化物后金属粉芯强度明显升高，且比例越大强度越高，但是当高于8wt％时由于应力增加损耗反而升高。
实施例3
本实施例粉末为采用雾化法制备的成分为Fe₈₀Si₁₆B₄的铁基非晶软磁性粉末，绝缘包覆剂选用聚酰亚胺和氧化铝，氧化铝混合比例分别为聚酰亚胺的0wt％、0.01wt％、1wt％、2wt％、5wt％、10wt％，其颗粒尺寸为50nm以下，整体绝缘包覆剂占非晶粉末的3％，压制压力为1800MPa。之后的金属粉芯在450℃真空退火。损耗用BH交流阻抗分析仪测试，弯曲强度采用万能拉伸试验机的三点弯曲方法测试。
表3不同氧化物混合比例对金属粉芯强度和损耗的改善

通过上表可知：当混入纳米氧化物后金属粉芯强度明显升高，且比例越大强度越高，但是当高于8wt％时由于应力增加损耗反而升高。
实施例4
本实施例粉末为采用雾化法制备的成分为Fe₈₀Si₁₆B₄的铁基非晶软磁性粉末，绝缘包覆剂选用双马来酰亚胺和氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化钙、氧化钡、氧化铬、氧化锌、混合比例为2wt％，其颗粒尺寸为50nm以下，整体绝缘包覆剂占非晶粉末的3％，压制压力为1800MPa。之后的金属粉芯在450℃真空退火。损耗用BH交流阻抗分析仪测试，弯曲强度采用万能拉伸试验机的三点弯曲方法测试。
表4不同氧化物混合比例对金属粉芯强度和损耗的改善

通过上表可知：不同氧化物纳米颗粒混合后，均可以同时提高强度和降低损耗。
实施例5
本实施例粉末为采用雾化法制备的成分为Fe₈₀Si₁₆B₄的铁基非晶软磁性粉末，绝缘包覆剂选用聚酰亚胺和氧化铝，氧化铝混合比例分别为聚酰亚胺的0wt％和2wt％，其颗粒尺寸为50nm以下，整体绝缘包覆剂占非晶粉末的3％，压制压力为1800MPa。之后的金属粉芯在200℃、300℃、400℃、450℃、500℃真空退火。弯曲强度采用万能拉伸试验机的三点弯曲方法测试。
表5不同氧化物混合比例对金属粉芯不同热处理温度处理后的强度和损耗的改善


通过上表可知：混入纳米氧化物后在同样的热处理温度下金属粉芯强度都有不同程度的提高，且混入比例越高，提高的程度越明显，仅仅在0.01wt％情况下，其450℃热处理后强度也高于未混合纳米氧化物时的强度。混合比例越高温度提高地越多。
实施例6
本实施例粉末为采用雾化法制备的成分为铁硅铝粉末，绝缘包覆剂选用氰酸酯和氧化铬，氧化铬混合比例分别为氰酸酯的0wt％、0.01wt％、1wt％、2wt％、5wt％、10wt％，其颗粒尺寸为50nm以下，整体绝缘包覆剂占非晶粉末的3％，压制压力为1800MPa。之后的金属粉芯在550℃真空退火。损耗用BH交流阻抗分析仪测试，弯曲强度采用万能拉伸试验机的三点弯曲方法测试。
表6不同氧化物混合比例对金属粉芯强度和损耗的改善

通过上表可知：当混入纳米氧化物后金属粉芯损耗有所降低，且比例越大损耗降低越多，但是当高于8wt％时由于应力增加损耗反而升高。