專利名稱：磁性粉末材料、低損耗復合磁性材料和磁性元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及磁性粉末材料、包含所述磁性粉末材料的低損耗復合磁性材料和使用所述低損耗復合磁性材料的磁性元件。
背景技術：
近年來，對在大電流下可用的功率電感器的需求與低電壓電源的開發一起日益增力口。特別地，將高頻電源用于筆記本電腦、PDA和其它電子器件。代替迄今使用的金屬磁性材料粉末，鐵素體由于其成本上大優勢目前常用于生產多種扼流線圈和噪聲濾波器等。另一方面，鐵素體不適于生產尺寸小型化和在大電流下可用的磁性元件，這是因為鐵素體的飽和磁通密度過低。因此，存在再次使用金屬磁性材料粉末以生產磁性元件的芯的傾向；這是因為金屬磁性材料的飽和磁通密度足夠高。作為用于磁性兀件的金屬磁性材料粉末，例如為Fe粉末和主要組分為Fe的合金粉末，如Fe-Si合金粉末和Fe-Si-Al合金粉末。通常，由于使用該金屬磁性粉末的磁性兀件具有大的芯損，提出通過將非晶質和結晶的合金粉末混合而降低芯損的技術(參見專利文獻I (其稱為“現有技術I”))。此外，還提出通過添加結晶的合金粉末至非晶質的合金粉末以增加這些金屬粉末在模具中的填充比，從而改進所生產磁性元件的磁導率和強度的其它技術(參見專利文獻
2(其稱為“現有技術2”))。[專利文獻I] JP 2OO7-IIM38IA[專利文獻2] JP 2010-118486A
發明內容
現有技術I中公開的技術具有通過使用具有不同結晶性質的兩種合金粉末和絕緣粘合劑而降低芯損的優點。當提出鐵芯(dust core)的生產作為例子時，由鐵芯的原料產生的芯損基本上80-90%由滯后損耗引起。此類滯后損耗可通過使用具有小矯頑力的非晶質粉末而改進。通常，通過在常溫下混合金屬粉末與粘合劑以進行加壓成型而生產由合金粉末制成的磁性元件。然而，當非晶質粉末用作合金粉末時，需要高成型壓力以獲得預定密度的成型體，這是因為非晶質合金粉末過硬以致不能進行塑性變形。另外，存在當進行成型時非晶質粉末用高成型壓力可能引起大的芯損的問題。因此，存在對能利用非晶質粉末的低矯頑力特性，同時進行低壓力成型的低損耗磁性材料的社會需求。鑒于上述說明情況進行本發明，本發明的目的在于提供磁性粉末材料、包含所述磁性粉末材料的低損耗復合磁性材料和使用所述低損耗復合磁性材料的磁性元件，所述磁性粉末材料具有良好的電性質并能夠改進磁性元件的生產率。即，本發明的第一方面提供磁性粉末材料，其包含相對于磁性粉末材料的重量為45-80wt%的非晶質粉末和55-20wt%的結晶粉末。優選磁性粉末材料應當包含相對于磁性粉末材料的重量為45-55wt%的非晶質粉末和55-45wt%的結晶粉末。本發明的磁性粉末材料包含相對 于磁性粉末材料的質量為4. 605-6. 60質量％的 Si ；2. 64-3. 80 質量 ％ 的 Cr ；0. 225-0. 806 質量 ％ 的 C ；0. 018-0. 432 質量 ％ 的 Mn ；0. 99-2. 24質量％的B ;等于或小于0. 0248質量％的P ;等于或小于0. 0165質量％的S ;等于或小于0. 0165質量％的Co ；以及余量的Fe和不可避免的雜質。根據本發明的磁性粉末材料，非晶質粉末包含相對于磁性粉末材料的質量為不小于6. 2質量％但不大于7. 2質量％的Si ;不小于2. 3質量％但不大于2. 7質量％的Cr ；不小于0. 5質量％但不大于I. 0質量％的C ;不小于0. 04質量％但不大于0. 49質量％的Mn ;不小于2. 2質量％但不大于2. 8質量％的8 ;以及余量的Fe和不可避免的雜質；結晶粉末包含相對于磁性粉末材料的質量為不小于3. 3質量％但不大于4. 2質量％的Si ;不小于4. 0質量％但不大于4. 7質量％的Cr ;等于或小于0. 03質量％的C ;等于或小于0. 20質量％的Mn ;等于或小于0. 045質量％的P ;等于或小于0. 03質量％的S ;等于或小于0. 03質量％的Co ;以及余量的Fe和不可避免的雜質。非晶質粉末的平均粒徑(D5qa)小于45 u m,結晶粉末的平均粒徑(D5cc)小于13 u m，以及比例05(14/1)5(€不小于2. 18。本發明的第二方面提供復合磁性材料，其包含粘合劑和上述說明的加壓成型中的磁性粉末材料。這里，粘合劑可以為選自由以下組成的組中的熱固性樹脂環氧類樹脂、硅酮類樹脂和酚醛類樹脂。優選粘合劑的含量相對于磁性粉末材料的重量為2. 0-4. 0wt%。當在磁通密度為50mT和有效頻率為250kHz的條件下測量時，通過壓制成型的復合磁性材料的芯的芯損不大于1400kw/m3和相對磁導率超過20。本發明的第三方面提供通過使用上述說明的復合磁性材料生產的磁性元件。磁性元件可以為例如金屬復合電感器。根據本發明，能夠生產具有優異性質的復合磁性粉末。通過使用該復合磁性粉末，能夠獲得可在低壓下成型的具有低芯損的磁性元件。
具體實施例方式以下將更詳細解釋本發明。本發明的磁性粉末材料包含相對于磁性粉末材料的重量為45_8(^丨％的非晶質粉末和55-20wt%的結晶粉末。優選磁性粉末材料包括相對于磁性粉末材料的重量為45-55wt %的非晶質粉末和55-45wt %的結晶粉末。如果合金中非晶質粉末的量小于45wt%和結晶粉末的量超過55wt%,則芯損的改進不充分。合金中結晶粉末的量小于2(^1:%和非晶質粉末的量超過80wt%的情況也是如此。
優選磁性粉末材料分別以預定的配混比包含硅(Si)、鉻(Cr)、碳(C)、錳(Mn)、硼(B)、磷(P)、硫(S)和鈷(Co)，并且還包含余量的Fe和不可避免的雜質。更具體地，優選磁性粉末材料包含相對于磁性粉末材料的質量為4. 605-6. 60質量％的Si，2. 64-3. 80質量％的 Cr, 0. 225-0. 806 質量 ％ 的 C，0. 018-0. 432 質量 ％ 的 Mn, 0. 99-2. 24 質量 % 的 B，不大于0. 0248質量％的P，不大于0. 0165質量％的S，不大于0. 0165質量％的Co，余量的Fe和不可避免的雜質。通常，C為結晶粉末中的雜質。然而，由于其為非晶質粉末中的必要元素，因此優選在本發明的磁性粉末材料中C含量為0. 225-0. 806質量％。當在復合磁性粉末中C含量小于0. 225質量％時，不能獲得非晶質粉末,而當C含量超過0. 806質量％時,復合磁性粉末具有聞矯頑力和劣化的芯損。
此外，優選用于磁性粉末材料的非晶質粉末分別以預定的配混比包含硅(Si)、鉻(Cr)、碳(C)、錳(Mn)和硼(B)，并且還包含余量的Fe和不可避免的雜質。更具體地，優選非晶質粉末包含相對于磁性粉末材料的質量為不小于6. 2質量％但不大于7. 2質量％的Si,不小于2. 3質量％但不大于2. 7質量％的Cr,不小于0. 5質量％但不大于I. 0質量％的C,不小于0. 04質量％但不大于0. 49質量％的Mn,不小于2. 2質量％但不大于2. 8質量％的B，以及作為余量的Fe和不可避免的雜質。優選結晶粉末分別以預定的配混比包含Si、Cr、C、Mn、P、S和Co，并且還包含作為余量的Fe和不可避免的雜質。更具體地，優選結晶粉末包含相對于磁性粉末材料的質量為不小于3. 3質量％但不大于4. 2質量％的Si,不小于4. 0質量％但不大于4. 7質量％的Cr,不大于0. 03質量％的C,不大于0. 20質量％的Mn,不大于0. 045質量％的P,不大于
0.03質量％的S，不大于0. 03質量％的Co，以及作為余量的Fe和不可避免的雜質。用于生產磁性粉末材料的結晶粉末可以通過如水霧化、氣體霧化和離心式霧化等的方法而生產。它們中，例如，水霧化為通過將高壓水噴霧至從在漏斗底部的開孔流出的熔融金屬而獲得結晶粉末的技術。此外，非晶質粉末可以通過作為水霧化和氣體霧化的組合并具有冷卻速度為106K/s的超急冷霧化而生產。優選非晶質粉末的平均粒徑(D5cia)小于45 u m，結晶粉末的平均粒徑(D5cc)小于13 ii m，和比例D50A/D50C不小于2. 18。當D5oa超過45 y m和D50c超過13 y m時，即使比例D5oa/D5cc不小于2. 18也不改進芯損。此外，即使非晶質粉末的平均粒徑(D5cia)不大于45 pm和結晶粉末的平均粒徑(D5cc)不大于13 u m，當比例D5(ia/D5(C小于2. 18時也不改進芯損。優選非晶質粉末和結晶粉末的各平均粒徑通過激光衍射-散射粒徑分布測量設備來測量。為了高精確的測量，優選使用例如LA-920(由HORIBA，Ltd.制造)作為測量設備。優選用于本發明復合磁性材料的粘合劑為熱固性樹脂如環氧類樹脂、硅酮類樹脂和酚醛類樹脂。它們中，優選使用硅酮類樹脂，這是因為其具有相對高的耐熱溫度。優選與復合磁性粉末混合的粘合劑的含量相對于磁性粉末材料的重量為2. 0-4. Owt%。如果含量小于2. Owt%，則成型體的強度不充分，而如果含量超過4. Owt%,則不能實現相對磁導率目標。本發明的磁性元件如下生產。
將通過超急冷霧化制備的非晶質粉末和通過水霧化制備的結晶粉末分別稱重并混合以使得非晶質粉末相對于混合的磁性粉末材料的重量為4 5 -8 Owt %和結晶粉末為55-20wt%。接著，將所得粉末用熱固性樹脂噴霧，從而獲得樹脂涂覆的復合磁性粉末。將如上所述獲得的復合磁性材料進行加壓成型，以獲得環芯。接著，將所得成型體在150-250°C溫度下加熱30分鐘至I. 5小時以固化粘合劑；從而獲得鐵芯。在磁性元件中，將線圈形銅絲成型為 復合磁性材料。實施例本發明將通過使用以下實施例更詳細地說明，但本發明不限于這些實施例。(實施例1)C的含暈的研究(I)磁性粉末材料的制備用于該實施例的非晶質粉末和結晶粉末的各成分示于下表I中。具有表I中所示的組成的非晶質粉末通過超急冷霧化制備。表I中所示的結晶粉末通過水霧化制備。首先，將如上所述獲得的金屬粉末通過超聲波分散設備借助于使用MeOH作為分散介質而分散。其后，這些樣品的平均粒徑通過激光衍射-散射粒徑分布測量設備LA-920(H0RIBALtd.)測量以獲得平均粒徑(D5tl)。當給定的粉末樣品不是真球形時，設定該測量設備以由樣品粉末最長軸的長度和最短軸的長度確定平均尺寸作為粒徑。表I
權利要求
1.一種磁性粉末材料，其包括相對于所述磁性粉末材料的重量為45-80wt%量的非晶質粉末和55-20Wt%量的結晶粉末。
2.根據權利要求I所述的磁性粉末材料，其中所述磁性粉末材料包括相對于所述磁性粉末材料的重量為45-55wt%的所述非晶質粉末和55-45wt%的所述結晶粉末。
3.根據權利要求2所述的磁性粉末材料，其中所述磁性粉末材料包括相對于所述磁性粉末材料的質量為4.605-6. 60 質量％的 Si ；2.64-3. 80 質量 ％的 Cr ；O. 225-0. 806 質量 ％的 C ；O. 018-0. 432 質量 ％的 Mn ；O. 99-2. 24 質量 ％的 B ； 等于或小于O. 0248質量％的P ； 等于或小于O. 0165質量％的S ； 等于或小于O. 0165質量％的Co ;和 余量的Fe和不可避免的雜質。
4.根據權利要求1-3任一項所述的磁性粉末材料，其中 所述非晶質粉末包括相對于所述磁性粉末材料的質量為 不小于6. 2質量％但不大于7. 2質量％的Si ； 不小于2. 3質量％但不大于2. 7質量％的Cr ； 不小于O. 5質量％但不大于I. O質量％的C ； 不小于O. 04質量％但不大于O. 49質量％的Mn ； 不小于2. 2質量％但不大于2. 8質量％的B ;和 余量的Fe和不可避免的雜質，和 所述結晶粉末包括相對于所述磁性粉末材料的質量為 不小于3. 3質量％但不大于4. 2質量％的Si ； 不小于4. O質量％但不大于4. 7質量％的Cr ； 等于或小于O. 03質量％的C ; 等于或小于O. 20質量％的Mn ； 等于或小于O. 045質量％的P ； 等于或小于O. 03質量％的S ； 等于或小于O. 03質量％的Co ;和 余量的Fe和不可避免的雜質。
5.根據權利要求1-4任一項所述的磁性粉末材料，其中所述非晶質粉末的平均粒徑(D5oa)等于或小于45 μ m，所述結晶粉末的平均粒徑(D5cc)等于或小于13 μ m，以及比例D5cia/D50C等于或大于2. 18。
6.一種復合磁性材料，其包括粘合劑和根據權利要求1-5任一項所述的磁性粉末材料，所述粘合劑為選自以下組的樹脂硅酮類樹脂；和酚醛類樹脂。
7.根據權利要求6所述的復合磁性材料，其中，當壓制和成型所述復合磁性材料時，當在磁通密度為50mT和有效頻率為250kHz的條件下測量時芯損等于或小于1400kw/m3和相對磁導率超過20。
8.—種磁性元件,其使用根據權利要求7所述的復合磁性材料而生產。
9.根據權利要求8所述的磁性元件，其中所述磁性元件是金屬復合電感器。
全文摘要
本發明提供了磁性粉末材料、低損耗復合磁性材料和磁性元件。本發明的目的在于提供一種磁性粉末材料，其能夠用于低壓成型，并且其具有低芯損同時維持非晶質粉末高矯頑力的特性。提供包含相對于其重量為45-80wt％的非晶質粉末、55-20wt％的結晶粉末和粘合劑的磁性粉末材料。磁性粉末材料包含相對于其質量為4.605-6.60質量％的Si，2.64-3.80質量％的Cr，0.225-0.806質量％的C，0.018-0.432質量％的Mn，0.99-2.24質量％的B，等于或小于0.0248質量％的P，等于或小于0.0165質量％的S，等于或小于0.0165質量％的Co，以及余量的Fe和不可避免的雜質。
文檔編號H01F1/047GK102623120SQ20121001639
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月18日 優先權日2011年1月28日
發明者中村昭彥 申請人:勝美達集團株式會社