阅读说明：本技术 一种高磁导率鳞片状铁硅铝磁粉的制备方法 (Preparation method of high-permeability scaly iron-silicon-aluminum magnetic powder ) 是由 刘立东 朱航飞 单震 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明属于吸波材料领域,公开了一种高磁导率鳞片状铁硅铝磁粉的制备方法。本发明所述高磁导率的鳞片状铁硅铝磁粉的制备方法包括以下步骤：选用粒度为80-180μm的铁硅铝磁粉作为原料粉,将磨球、溶剂和磁粉加入到搅拌式球磨机中,其中,溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或者二者的混合溶剂；利用球磨机加热装置,将溶剂和磁粉加热至80℃度后进行球磨,球磨过程中温度保持在80℃-130℃,球磨后的磁粉烘干,进行粒度分级,退火处理。该方法对传统的球磨工艺进行了优化,提高了高径厚比片状磁粉的径厚比和磁导率,同时大大提升了片状磁粉的成品率。(The invention belongs to the field of wave-absorbing materials, and discloses a preparation method of high-permeability scaly iron-silicon-aluminum magnetic powder. The preparation method of the scaly iron-silicon-aluminum magnetic powder with high magnetic conductivity comprises the following steps: selecting Fe-Si-Al magnetic powder with the granularity of 80-180 mu m as raw material powder, and adding grinding balls, a solvent and the magnetic powder into a stirring ball mill, wherein the solvent is one of or a mixed solvent of dimethylformamide and dimethyl sulfoxide; heating the solvent and the magnetic powder to 80 ℃ by using a heating device of a ball mill, carrying out ball milling, keeping the temperature at 80-130 ℃ in the ball milling process, drying the magnetic powder after ball milling, carrying out particle size grading, and annealing treatment. The method optimizes the traditional ball milling process, improves the diameter-thickness ratio and the magnetic conductivity of the high diameter-thickness ratio flaky magnetic powder, and greatly improves the yield of the flaky magnetic powder.)

一种高磁导率鳞片状铁硅铝磁粉的制备方法

技术领域

本发明涉及吸波材料领域，具体涉及一种高磁导率鳞片状铁硅铝磁粉的制备方法。

背景技术

随着电子信息技术的飞速发展，电磁兼容、电磁干扰问题日益突出。解决电子产品的电磁兼容问题有多种途径，例如合理布线、滤波、屏蔽等措施。吸波磁片材料是主要由鳞片状软磁合金磁粉与高分子粘结剂复合而成柔性薄片型材料，也被称为噪音抑制片。近年来，吸波磁片由于具有较高磁导率，使用方便，越来越受到电子工程师的青睐，吸波磁片材料越来越多的用于电子产品中，用来解决电磁干扰问题。

吸波磁片材料中鳞片状软磁合金磁粉的电磁特性是影响噪音抑制片性能最为关键的因素，目前鳞片状软磁合金主要使用铁硅铝合金体系。大量研究表明，为了使吸波磁片获得高的磁导率和损耗特性，鳞片状磁粉厚度应小于材料的趋肤深度，一般应小于1μm，同时径厚比越大，磁片的磁导率越高。目前，鳞片状铁硅铝磁粉主要通过球磨+热处理的工艺。首先选择合适的原料粉，然后将原料粉、磨球、球磨介质(溶剂，助磨剂等)等按照一定的比例放入球磨机中球磨，在磨球的高速撞击和碾压下，各向同性的磁粉逐渐变成薄片状，再对片状铁硅铝粉进行筛选，最后将鳞片状铁硅铝磁粉放入有气体保护的退火炉中进行热处理。

铁硅铝磁粉硬度很高，并且易碎，塑性变形能力较差。磁粉在磨球的反复挤压和撞击的作用下，一方面向薄片状转变，另一方面会破碎成细粉。因此，球磨后的鳞片状铁硅铝磁粉非常不均匀，高径厚比(鳞片状磁粉直径方向尺寸与厚度方向尺寸的比值)的磁粉较少，成品率较低。同时磁粉边缘不够光滑，带有毛刺，大大影响了磁粉的磁导率。此外，为了提高球磨的效率以及促进铁硅铝磁粉的变形，在球磨过程中通常需要加入分散剂或者助磨剂等辅料，这些材料在后续的处理过程中不易完全去除，对于磁粉磁导率也有着不利的影响。

中国专利CN103350225A公布了一种多级棒磨的方法对软磁合金磁粉进行扁平化处理，这种方法可以提高磁粉的径厚比，提高成品率，但生产工序复杂，需要多级球磨，同时需要长时间球磨，生产效率较低。CN104249155A公布了一种多级球磨方法，与传统工艺相比，磁粉的扁平化率有了显著提升，然而该工艺过程中也需要多级球磨，球磨时间较长，生产效率较低，而且需要精确控制工艺参数，否则会严重影响磁粉的扁平化率。综上所述，传统的鳞片状铁硅铝磁粉制备工艺还存在着成品率低、形貌缺陷等问题，急需找到一种高效的鳞片状铁硅铝磁粉的制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种高磁导率的鳞片状铁硅铝磁粉的制备方法，该方法对传统的球磨工艺进行优化，提高了高径厚比片状磁粉的径厚比和磁导率，同时大大提升了片状磁粉的成品率。

为达到本发明的目的，本发明的高磁导率的鳞片状铁硅铝磁粉的制备方法包括以下步骤：

(1)选用粒度为80-180μm的铁硅铝磁粉作为原料粉；

(2)将磨球、溶剂和步骤(1)中的磁粉加入到搅拌式球磨机中，其中，溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或者二者的混合溶剂；

(3)利用球磨机加热装置，将溶剂和磁粉加热至80℃度后进行球磨，并且溶剂与磁粉的混合溶液在整个球磨过程中温度保持在80℃-130℃，球磨后的磁粉烘干；

(4)将步骤(3)中的磁粉进行粒度分级；

(5)对步骤(4)中分级后的磁粉进行退火处理。

进一步地，所述步骤(1)中的磁粉形貌为球状、块状或不规则形状。

优选地，所述步骤(1)中的磁粉粒度为100-150μm。

进一步地，所述步骤(1)中的铁硅铝磁粉按重量百分比计，合金成分为Si：9％-10％，Al：5％-6％，其余为Fe和杂质，且杂质元素量小于0.8％。

本发明中所述步骤(2)中磨球材质不限，优选钢球或者氧化锆球，磨球尺寸不限，优选直径2～7mm的磨球。

进一步地，所述步骤(2)中磁粉、溶剂和磨球的质量比为1：(3～5)：(20～50)。

本发明中所述步骤(2)中搅拌式球磨机具有加热功能，可采用热油或者其他加热方式，同时具有温度监控功能，可实时监控溶剂温度，要求温度监控范围须达到10℃-200℃，优选地，所述步骤(3)中溶剂与磁粉的混合溶液在整个球磨过程中温度保持在90℃-120℃，例如90℃-100℃。

进一步地，所述步骤(3)中球磨时间不限，优选为1.5-2.5h。

进一步地，所述步骤(3)中球磨机转速为100-200转/分钟。

进一步地，所述步骤(4)中粒度分级是采用气流分级技术，分别筛选出径厚比小于50：1，径厚比(50：1)～(100：1)，以及径厚比大于100：1的磁粉。

进一步地，所述步骤(5)中退火温度为650℃-750℃；优选地，退火时间为30min-90min；进一步优选地，退火气氛为氢气或者氩气。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明中采用了高极性的二甲基甲酰胺和/或二甲基亚砜作为溶剂，由于溶剂具有高的极性，其不仅可以起到溶剂的作用，同时也具有良好的助磨作用，因此，本发明中无需使用助磨剂或者分散剂，从而避免了助磨剂或分散剂残留在磁粉表面而恶化磁导率的现象发生；

(2)本发明选用高极性、高沸点的二甲基甲酰胺和二甲基亚砜作为溶剂，对铁硅铝磁粉进行高温球磨，并且将球磨温度控制在一定的范围内，结果显示，高温下，尤其是90℃-120℃条件下球磨的铁硅铝磁粉具有径厚比高、边缘平整无毛刺、成品率高等特点；同时，高温球磨可大大缩短球磨时间，提升了生产效率。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

此外，本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

步骤1：选用合适的气雾化球状铁硅铝磁粉作为原料粉，平均粒度为108μm；合金成分(重量百分比)：Fe 85.4％，Si 9.4％，Al 5.2％。

步骤2：将步骤1中的磁粉、磨球、溶剂加入到搅拌式球磨机中。溶剂为二甲基甲酰胺，搅拌式球磨机具有热油加热功能，磨球为钢球，磨球直径为6.3mm；磁粉、溶剂和磨球的质量比为1：4：25。

步骤3：将溶剂和磁粉加热至80℃度进行球磨，调控溶剂和磁粉混合溶液的温度，在整个球磨过程中温度保持在90℃-100℃，球磨机转速为150转/分钟，球磨时间为2.1小时，将球磨后的磁粉放入烘箱中进行烘干。

步骤4：将步骤3中的磁粉进行粒度分级，采用气流分级技术，分别筛选出径厚比小于50:1，(50：1)～(100：1)，大于100：1的磁粉。

步骤5：对步骤4中分级后的磁粉进行退火处理，退火温度为650℃，退火时间为60分钟，退火气氛为氢气。

对比实施例1

作为实施例1的对比实施例，整个球磨过程中溶剂和磁粉混合溶液的温度保持在130℃-140℃。

对比实施例2

作为实施例1的对比实施例，未对溶剂和磁粉的混合溶液进行加热及温度精确调控，球磨时间为2.1h。

对比实施例3

作为实施例1的对比实施例，未对溶剂和磁粉的混合溶液进行加热及温度精确调控，球磨时间为3h。

对比实施例4

作为实施例1的对比实施例，未对溶剂和磁粉的混合溶液进行加热及温度精确调控，球磨时间为4h。

对比实施例5

作为实施例1的对比实施例，未对溶剂和磁粉的混合溶液进行加热及温度精确调控，球磨时间为5h。

将粒度分级后的磁粉进行重量称量，计算各种粒度的磁粉的占比。同时利用扫描电子显微镜对径厚比大于100的磁粉进行形貌表征，观察磁粉的形貌和均匀性。将磁粉、乙酸乙酯以及聚氨酯按照9:12:1重量比例混合均匀，再将浆料均匀流延在PET膜上，然后对流延膜进行烘干加热，完全去除乙酸乙酯，取下流延片，裁切后放入平板硫化机上进行多层叠压，热压温度、热压时间、热压压力分别为150℃、6分钟、20MPa，压成后的磁片模切成外径14mm、内径8.5mm的圆环，利用安捷伦E991A阻抗分析仪和16454A夹具测试磁环的磁导率，用来表征磁粉的磁导率，由于径厚比小于50：1的磁粉磁导率较低，因此不做测试分析，仅对径厚比大于50:1的磁粉进行磁导率测试。结果如表1所示。

表1实施例1和对比实例1-5所得磁粉及磁导率测试结果

鳞片状铁硅铝磁粉是一种优良的电磁波吸收剂，磁粉径厚比、形貌等对于磁导率有着重要的影响。径厚比越高、磁粉边缘越平滑、杂质越少，磁导率越高。通过对比发现，实施例1更容易获得高径厚比、高磁导率的磁粉。

对比实例1的数据表明球磨温度不宜过高，需控制在一定范围之内。对比实例2-5为不加温并且对球磨温度不进行调控的系列实验，从结果上可以看出，对比实例4所制备的磁粉具有更高的径厚比，因此，最佳球磨时间为4h。

然而，通过与实例1进行对比发现，即使球磨时间最佳，通过高温及控温球磨更加容易获得高径厚比的磁粉，同时球磨时间可以大大缩短，有利于生产效率的提升。

此外，通过扫描电子显微镜分析，实例1中的磁粉形貌更加均匀，边缘平整、光滑无毛边，而对比实例1-5的磁粉均匀性较差，更为关键的是磁粉边缘粗糙，有明显的毛边，这是导致同样径厚比下实施例1磁导率明显高于其他磁粉的原因。

实施例2

步骤1：选用合适的气雾化球状铁硅铝磁粉作为原料粉，平均粒度为100.4μm，合金成分(重量百分比)：Fe 84.3％，Si 9.8％，Al 5.9％。

步骤2：将步骤1中的磁粉、磨球、溶剂加入到搅拌式球磨机中。溶剂为二甲基亚砜，搅拌式球磨机具有热油加热功能，磨球为钢球，磨球直径为5.6mm；磁粉、溶剂和磨球的质量比为1：4.5：35；

步骤3：将溶剂和磁粉加热至80℃度进行球磨，调控溶剂和磁粉混合溶液的温度，在整个球磨过程中温度保持在110℃-120℃，球磨机转速为200转/分钟，球磨时间为1.7小时，将球磨后的磁粉放入烘箱中进行烘干。

步骤4：将步骤3中的磁粉进行粒度分级，采用气流分级技术，分别筛选出径厚比小于50：1，(50：1)～(100：1)，大于100：1的磁粉。

步骤5：对步骤4中分级后的磁粉进行退火处理，退火温度为650℃，退火时间为60分钟，退火气氛为氩气。

将粒度分级后的磁粉进行重量称量，计算各种粒度的磁粉的占比。同时利用扫描电子显微镜对径厚比大于100的磁粉进行形貌表征，观察磁粉的形貌和均匀性。将磁粉、乙酸乙酯以及聚氨酯按照9:12:1重量比例混合均匀，再将浆料均匀流延在PET膜上，然后对流延膜进行烘干加热，完全去除乙酸乙酯，取下流延片，裁切后放入平板硫化机上进行多层叠压，热压温度、热压时间、热压压力分别为150℃、6分钟、20MPa，压成后的磁片模切成外径14mm、内径8.5mm的圆环，利用安捷伦E991A阻抗分析仪和16454A夹具测试磁环的磁导率，用来表征磁粉的磁导率，由于径厚比小于50：1的磁粉磁导率较低，因此不做测试分析，仅对径厚比大于50:1的磁粉进行磁导率测试。结果如表2所示。

表2实施例2所得磁粉及磁导率测试结果

通过扫描电子显微镜观察，实施例2的磁粉形貌均匀，边缘平整光滑，由上表结果可知，磁粉中高径厚比的磁粉占比非常高，同时磁导率较高。

实施例3

步骤1：选用合适的气雾化球状铁硅铝磁粉作为原料粉，平均粒度为95.6μm，合金成分(重量百分比)：Fe 85.7％，Si 9.1％，Al 5.2％。

步骤2：将步骤1中的磁粉、磨球、溶剂加入到搅拌式球磨机中，溶剂为二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液，二者的体积比为1：1，搅拌式球磨机具有热油加热功能，磨球为钢球，磨球直径为6.3mm；磁粉、溶剂和磨球的质量比为1：3.5：20。

步骤3：将溶剂和磁粉加热至80℃度进行球磨，调控溶剂和磁粉混合溶液的温度，在整个球磨过程中温度保持在90℃-100℃，球磨机转速为130转/分钟，球磨时间为2.2小时，将球磨后的磁粉放入烘箱中进行烘干。

步骤4：将步骤3中的磁粉进行粒度分级，采用气流分级技术，分别筛选出径厚比小于50：1，(50：1)～(100：1)，大于100：1的磁粉。

步骤5：对步骤4中分级后的磁粉进行退火处理，退火温度为650℃，退火时间为60分钟，退火气氛为氩气。

将粒度分级后的磁粉进行重量称量，计算各种粒度的磁粉的占比。同时利用扫描电子显微镜对径厚比大于100的磁粉进行形貌表征，观察磁粉的形貌和均匀性。将磁粉、乙酸乙酯以及聚氨酯按照9:12:1重量比例混合均匀，再将浆料均匀流延在PET膜上，然后对流延膜进行烘干加热，完全去除乙酸乙酯，取下流延片，裁切后放入平板硫化机上进行多层叠压，热压温度、热压时间、热压压力分别为150℃、6分钟、20MPa，压成后的磁片模切成外径14mm、内径8.5mm的圆环，利用安捷伦E991A阻抗分析仪和16454A夹具测试磁环的磁导率，用来表征磁粉的磁导率，由于径厚比小于50：1的磁粉磁导率较低，因此不做测试分析，仅对径厚比大于50：1的磁粉进行磁导率测试。结果如表3所示。

表3实施例3所得磁粉及磁导率测试结果

通过扫描电子显微镜观察，实施例3的磁粉形貌均匀，边缘平整光滑，由表3结果可知，磁粉中高径厚比的磁粉占比非常高，同时磁导率较高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。