一種軟磁鐵氧體包覆金屬磁性粉末的方法及其軟磁復合材料制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于粉末冶金及磁性材料技術領域，特別涉及一種微米或亞微米軟磁鐵氧 體包覆金屬磁性粉末的方法，以及采用這種包覆粉末來制備軟磁復合材料的方法。
【背景技術】
[0002] 軟磁材料是一種重要的電子材料，在電力工業、電訊工程及高頻無線電技術等方 面均有重要的應用。金屬軟磁材料具有磁感應強度高的特點，但其電阻率低，中高頻損耗過 大。鐵氧體軟磁屬于非金屬亞鐵磁性軟磁材料，電阻率高(如NiZn鐵氧體電阻率為107? ?!!〇,飽和磁化強度比金屬低，且價格低廉。隨著電氣設備小型化、高能化、多功能化， 為了制備出能效更高、體積更小、重量更輕的磁粉芯材料，開發新型的軟磁復合材料成為熱 點，迫切要求提供一種具有很高電阻率的高效能軟磁復合材料。
[0003] 早期的軟磁復合材料是采用金屬磁性粉末和有機物混合進行包覆。如美國專 利USPatent874908就報道了采用鐵-樹脂復合做成軟磁材料。近年來，以超細甚至納 米金屬氧化物(如A1203、Ti02、Si02、Mg02等）作為無機物包覆層得到普遍采用。歐洲專利 EP434669報道在10-300iim的粉末中包覆一層不超過lOiim的堿金屬氧化物。中國發明專 利200610040493. 7報道了一種采用納米Si02包覆羰基鐵粉的制備方法。
[0004] 然而，采用金屬氧化物作為絕緣包覆層，雖然提高了材料的性能。但所采用的氧 化物或有機物均為非磁性物質，絕緣層增大了磁體的氣隙，因而降低了磁體的有效利用率。 于是，有人采用具有高電阻率的軟磁鐵氧體作為包覆層，用磁性物質來代替非磁性物質以 降低磁體的損耗和提高磁導率。如美國的DavidEarlGay申請的專利US2002/0088505A1 等采用顆粒細小的MgFe204和熱塑性聚丙烯酸脂作為絕緣層去包覆鐵粉顆粒，所得軟磁復 合材料具有更好的磁導率和電阻率。專利201010297482. 3報道采用控制氧化法在Fe粉表 面生成一層Fe304殼層以提高電阻率。文獻(楊紅川，于敦波，李世鵬，胡權霞，聞文龍，李擴 社.MnZn-FeNi復合燒結軟磁材料的燒結過程和性能研究.稀有金屬，2011，35 (1):28-34) 和專利200710063843. 6、專利201110046386. 6采用同等粒度的Fe-Ni系合金與軟磁鐵氧體 顆粒進行混合制成燒結軟磁復合材料。而專利200610124964. 2則是采用同等粒度的軟磁 鐵氧體與鐵基軟磁復合做成包覆的軟磁復合材料。但是這種同等粒度的兩種粉末中鐵氧體 用量都非常大，不利于磁體獲得高的磁導率。
[0005] 為此，逐步用納米級鐵氧體粉末代替原先的粗顆粒粉末來包覆鐵基粉末成為研 究的新方向 ° 文獻（Shenffu,AizhiSun,ffenhuanXu,QianZhang,FuqiangZhai,Philip Logan,AlexA.Volinsky.JournalofMagnetismandMagneticMaterials, 2012, 324(22) :3899-3905)和專利CN103151134.A采用溶膠-凝膠法在Fe粉表面包覆一層納米晶MnZn鐵 氧體，這種磁性物質的包覆層可以獲得比非磁性物質包覆層更高的磁導率。文獻（Zhiyong Zhong,QiWang,LongxuTao,LichuanJin,XiaoliTang，FeimingBai，andHuaiwuZhang. PermeabilityDispersionandMagneticLossofFe/NixZn1_xFe204SoftMagnetic Composites.IEEETransactionsonMagnetics, 2012, 48(11) :3622_3625)米用化學共沉淀 方法同樣制成了FeANiZn)Fe204納米包覆的軟磁復合材料。為獲得高的力學性能，中國發 明專利201010621275. 9采用金屬Fe或合金粉末與納米NiZn鐵氧體粉末復合，采用放電等 離子體燒結（SPS)技術進行固化磁體。這種方法可以提高磁體的力學性能，但是SPS技術 的缺點是制備成本高，難以批量制備。以上采用納米鐵氧體粉末的一個共同問題是，納米粉 末制備和分散困難，制備后留下的化學液處理困難，且制備成本高，限制了大批量的應用。
[0006]為了進一步改善金屬軟磁與鐵氧體軟磁復合材料的適用性、低成本性，本發明采 用微米或亞微米軟磁鐵氧體作為原料，將金屬磁性粉末與軟磁鐵氧體混合均勻后，在微波 場中將粉末高溫熱處理而形成包覆層，由于鐵氧體軟磁具有較高的介電常數，因而具有較 強的微波吸收特性，且微波加熱具有選擇性特點，因而在Fe粉還沒被加熱時鐵氧體就具有 了很高的溫度，從而促使微米或亞微米軟磁鐵氧體粘結到金屬磁性粉末表面上形成牢固結 合，形成包覆層，保證了制成的軟磁復合材料具有非常穩定的磁性能。并且，由于微米或 亞微米的鐵氧體粉末容易獲得，如可由各組成的金屬氧化物為原料，采用微波合成(專利 201210580954. 5)或普通的陶瓷法合成，合成后的料經粗破碎，在一定球料比的球磨罐中可 球磨至所需要的微米或亞微米鐵氧體軟磁粉末粒度。從而降低了金屬與鐵氧體軟磁復合材 料的制備難度、環保及成本的問題，使得該軟磁復合材料有利于工業化生產。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種微米或亞微米的軟磁鐵氧體包覆 金屬磁性粉末的方法，該方法工藝簡單易操作，且設備簡單，制得的包覆層薄而均勻致密。
[0008] 本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種軟磁復合材料的制備方法，采用上 述微米或亞微米鐵氧體包覆的金屬磁性粉末為原料，通過有機溶液的包覆、添加潤滑劑、成 形、退火處理等工藝而制備成。所制備的軟磁復合材料具有絕緣性好、性能穩定、制備工藝 簡單等特點，適合于大規模生產。
[0009] 本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種軟磁鐵氧體包覆金屬 磁性粉末的方法，其特征在于包括以下步驟：
[0010] 1)混料：將92-99wt%微米級的金屬磁性粉末與l-8wt%微米或亞微米級的鐵氧體 軟磁粉末在混料筒中混合30-120min得到混合粉末，混料轉速為80-150r/min;
[0011] 2)熱處理：將上述混合粉末經微波高溫熱處理而形成包覆層。由于鐵氧體軟磁具 有較高的介電常數，因而具有較強的微波吸收特性，且微波加熱具有選擇性特點，因而在Fe 粉還沒被加熱時鐵氧體就具有了很高的溫度，從而促使超細軟磁鐵氧體粘結到金屬磁性粉 末表面上形成牢固結合，形成包覆層。
[0012] 作為優選，所述步驟1)中的金屬磁性粉末是由純Fe、Fe-Si、Fe-Si-Al、Fe-Ni、 Fe-Ni-Mo或Fe-Co中的一種或多種組成，金屬磁性粉末的平均粒度為10?150iim。
[0013] 作為優選，所述步驟1)中的鐵氧體軟磁粉末是由Ni-Zn、Mn-Zn、Mg-Zn、Li-Zn或 Cu-Zn軟磁鐵氧體中的一種或多種組成，所述鐵氧體軟磁粉末的平均粒度為0. 5?2iim。
[0014] 作為改進，所述步驟2)的微波高溫