Fe類非晶質金屬粉末的制備方法及利用其的非晶質軟磁磁芯的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及利用Fe類非晶質金屬粉末的非晶質軟磁磁芯的制備方法，具體地，涉 及對通過快速凝固方法（RSP，RapidSolidificationProcess)制備的Fe類非晶帶進行粉 碎，從而在大電流中具有優秀的直流重疊特性，且磁芯損耗特性也良好的Fe類非晶質金屬 粉末的制備方法及利用其的非晶質軟磁磁芯的制備方法。
【背景技術】
[0002] 以往，通常用作高頻率用軟磁性體的Fe類非晶質軟磁性體的飽和磁通密度（Bs) 雖然高，但磁導率低，磁致伸縮大，高頻率特性不好，且Co類非晶質軟磁性體的飽和磁通密 度低，且因原料上的制約而存在高價的缺點。并且，非晶質軟磁合金很難加工成條形狀，在 形成為如環形（toroidal)形狀的產品方面存在制約，而鐵氧軟磁性體雖然高頻率損耗小， 但因飽和磁通密度小而很難實現小型化，且非晶質及鐵氧軟磁性體均因低的結晶化溫度而 在熱穩定性方面存在可靠性下降的問題。
[0003] 目前，使用卷繞有通過快速凝固方法制備的非晶帶作為軟磁磁芯，但在此情況下， 直流重疊特性及高頻率磁導率顯著低，且磁芯損耗也非常大。這是因為，在粉末磁芯產品的 情況下，氣隙均勻地分布于粉末和粉末之間，相反，在非晶帶卷繞型磁芯的情況下，帶內不 存在氣隙。為了獲得在高頻率中的磁導率和磁芯損耗特性優秀的磁芯，優選地，使用在內部 均勻地分布有氣隙的粉末磁芯。
[0004] 另一方面，用于抑制電子噪聲或平滑用扼流圈的軟磁磁芯通常在純鐵、Fe-Si-Al 合金（以下稱之為"鋁硅鐵粉（sendust) "）、Ni-Fe-Mo類透磁合金（以下稱之為"鉬坡莫 合金粉（MPP，MolyPermallyPowder)"）、Ni_Fe類透磁合金（以下，稱之為"高透量（high flux) ")、Fe類非晶質粉末磁芯或納米晶（Nano-crystalline)粉末磁芯等金屬磁性粉末涂 敷陶瓷絕緣體后，添加成型潤滑劑來加壓、成型后進行熱處理來制備。
[0005] 以往，當以這種方式制備上述軟磁磁芯時，在粉末和粉末之間形成絕緣層來均勻 地分布氣隙（airgap)，從而將在高頻率中使急劇增加的禍流損耗（eddycurrentloss)最 小化，在整體上維持氣隙來使直流重疊特性在大電流中變得良好。例如，在純鐵粉末磁芯的 情況下，用于抑制在切換頻率50KHz以下的切換模式供電裝置（SMPS)的扼流圈中高頻率電 流重疊的電子噪聲，鋁硅鐵磁芯用于在切換頻率lOOKHz~1MHz范圍的切換模式供電裝置 的二次平滑扼流圈用磁芯及噪聲抑制用磁芯。其中，"直流重疊特性"作為在將電源裝置的 交流輸入轉換為直流的過程中發生的微弱的交流中重疊直流的波形的磁芯的特性，通常在 交流重疊直流的情況下，與直流電流成比例地使磁芯的磁導率下降，此時，利用對于直流未 成重疊狀態的磁導率的直流重疊時的磁導率的比率（％U:percentpermeability)來評 價直流重疊特性。
[0006] 鉬坡莫合金粉和高通量磁芯也在與鋁硅鐵粉磁芯相同的頻率范圍中使用，且與鋁 硅鐵粉磁芯相比，具有優秀的直流重疊特性和低磁芯損耗特性，但存在價格較高的缺點。對 此，依然存在開發與鉬坡莫合金粉和高通量具有相同程度的特性且價格低廉的磁芯的必要 性。另一方面，用于這種用途的軟磁磁芯根據切換模式供電裝置的小型化、集成化、高可靠 性化的傾向而對所需特性越來越苛刻。
[0007] 切換模式供電裝置的平滑扼流圈用磁芯要求適當的感應系數L、低的磁芯損耗及 優秀的直流重疊特性等，為了達到這種要求，韓國特許第10-0545849號中提出了利用以使 100~+140網眼通過百分比（107~140ym)達到35~45%、使-140~+200網眼通過百 分比（74~107ym)達到55~65%的方式對鐵類非晶質粉末的粒度分布進行調節的混合 粉末的非晶質軟磁磁芯的制備方法。
[0008] 然而，在上述特許中采用的粒度分布中回升至100ym的尺寸大的粉末含量占據 較大比率，從而使粉末和粉末之間的孔隙的大小會變得過大。尤其，在非晶質粉末的情況 下，若考慮到因成型時的成型壓力而幾乎不發生塑性變形的事實，則在后續的成型過程中， 這種孔隙的大小實際上也未減少，從而限制直流重疊特性的提高。并且，若粉末和粉末間的 孔隙過大，則成型品的強度變小，從而對產品的處理性產生不良影響。作為另一問題，若粉 末的粒度變大，則會增加渦流損耗，因此，在整體上很難將磁芯損耗減少到l〇〇〇mW/Cm3以下 (參照韓國特許第10-0545849號的表1)。
[0009]另一方面，若粉末的尺寸極小的微粉占據相對較多的比率，則存在增加磁滯損耗 的問題，因此并不優選。一般情況下，磁芯損耗（coreloss)可分為磁滯損耗和渦流損耗， 磁滯損耗表示與滯后曲線的面積相對應的損失，渦流損耗表示基于通過感應電動勢來產生 的渦流的電力損耗。這種渦流損耗表示為，
[0010]
[0011] B=磁通密度（Fluxdensity)，f=頻率（Frequency)，d=厚度（thickness)。
[0012] 從而可知磁芯內部的粒子厚度（直徑）的平方成比例。因此，若在整體上減小粉 末的粒度，則可期待渦流損耗的減少，但相反，因磁導率的減少和滯后曲線的He增加而使 磁滯損失增加，從而需要有限地使用低于50ym的微細粉末的含量。
[0013] 進而，目前由服務器個人計算機（PC)、通訊電源（TelecomPower)等主導切換電 源裝置產業，主要制造商為IBM、DELL、HP等，根據個人計算機的大容量化、高級化及超薄 化，在電源裝置的設計規格方面也發生巨大變化。首先，中央處理器（CPU)規格實現高頻率 化、大電流化，以此，電源的穩定性供給成為焦點。并且，隨著個人計算機的多功能化，電源 裝置的容量增加，以此，義務性地采取力率改善電路的，且為了使力率改善電路的電源裝置 的體積增加最小化，要求大電流穩定性、頻率穩定性、低損耗粉末磁芯作為高性能的功率因 數校正（PFC)用扼流圈。為了滿足這種現實性要求，有必要按市場的要求水準來改善在上 述韓國特許第10-0545849號中提出的利用鐵類非晶質粉末的軟磁磁芯的磁特性。
[0014] 本發明人對在如上所述的背景中對Fe類非晶質軟磁磁芯的制備方法進行了研 宄，結果發現可有效控制構成軟磁磁芯的粉末的粒度分布來實現最優化，由此可以增加磁 芯成型體的成型密度，在大電流中提高直流重疊特性，改善磁芯損失特性，最終完成了本發 明。
【發明內容】
[0015] 技術問題
[0016] 因此，本發明的目的在于，提供為了利用通過快速凝固方法制備的Fe類非晶質金 屬帶來制備具有優秀直流重疊特性的非晶質軟磁磁芯而均勻地分布氣隙且具有優秀成型 性的粒度分布結構，由此可以提高大電流直流重疊特性及改善磁芯損耗特性的Fe類非晶 質金屬粉末的制備方法及利用其的非晶質軟磁磁芯的制備方法。
[0017] 解決問題的手段
[0018] 為了實現這種目的，根據本發明，提供非晶質軟磁磁芯的制備方法，其特征在于， 包括：對通過快速凝固方法制備的Fe類非晶質金屬帶進行預熱處理的步驟；對上述非晶 質金屬帶進行粉碎來得到非晶質金屬粉末的步驟；以及在對上述非晶質金屬粉末進行分級 后，以使粒度分布達到75~100ym: 10~85重量百分比、50~75ym: 10~70重量百分 比、5~50ym:5~20重量百分比的方式對非晶質金屬粉末進行混合來得到混合粉末的步 驟。
[0019] 根據上述本發明，優選地，上述非晶質金屬粉末用作制備直流重疊特性優秀的軟 磁磁芯的原料。
[0020] 并且，根據本發明，提供非晶質軟磁磁芯的制備方法，包括：對通過快速凝固方法 制備的Fe類非晶質金屬帶進行預熱處理的步驟；對上述非晶質金屬帶進行粉碎來得到非 晶質金屬粉末的步驟；在對上述非晶質金屬粉末進行分級之后，以使粒度分