软磁性金属扁平粉末和使用了该粉末的树脂复合片材以及成型加工用树脂复合化合物

文档序号:348250 发布日期:2021-12-03 浏览:28次 >En<

阅读说明:本技术 软磁性金属扁平粉末和使用了该粉末的树脂复合片材以及成型加工用树脂复合化合物 (Soft magnetic metal flat powder, resin composite sheet using same, and resin composite compound for molding ) 是由 安井宏 日笠信彦 西山信一 行吉直也 于 2021-01-08 设计创作,主要内容包括:本发明提供具有高的磁导率且调整了磁导率的温度系数的软磁性金属扁平粉末和使用了该材料的树脂复合片材以及成型加工用树脂复合组合物。该软磁性金属扁平粉末的特征在于,Fe-Al-Si组成的软磁性金属扁平粉末的磁导率的温度系数K在-40℃~85℃的范围内满足下述式(1)(2)(3),矫顽力为70A/m以下。K=(μ(0℃)-μ(-40℃))/μ(-40℃)>0(1)K=(μ(40℃)-μ(0℃))/μ(0℃)>0(2)K=(μ(85℃)-μ(40℃))/μ(40℃)>0(3)K:温度系数,μ:磁导率(μ’:实数磁导率,μ”:虚数磁导率)另外,提供树脂复合片材、注塑成型用和挤出成型用的树脂复合组合物,树脂复合片材的特征在于,上述软磁性金属扁平粉末由树脂构成,矫顽力为80A/m以下。(The invention provides a soft magnetic metal flat powder having high magnetic permeability and a temperature coefficient of the magnetic permeability adjusted, a resin composite sheet using the same, and a resin composite composition for molding. The flat soft magnetic metal powder is characterized in that the flat soft magnetic metal powder composed of Fe-Al-Si has a temperature coefficient K of magnetic permeability satisfying the following expressions (1), (2) and (3) in the range of-40 ℃ to 85 ℃, and has a coercive force of 70A/m or less. K ═ μ (0 ℃) — μ (-40 ℃))/μ (-40 ℃) &gt; 0(1) K ═ μ (40 ℃) — μ (0 ℃)/μ (0 ℃) &gt; 0(2) K ═ μ (85 ℃) - μ (40 ℃)/μ (40 ℃) &gt; 0(3) K: temperature coefficient, μ: magnetic permeability (μ&#39;: real magnetic permeability, μ: imaginary magnetic permeability) and a resin composite sheet, a resin composite composition for injection molding and extrusion molding, wherein the soft magnetic metal flat powder is made of a resin and has a coercive force of 80A/m or less.)

软磁性金属扁平粉末和使用了该粉末的树脂复合片材以及成 型加工用树脂复合化合物

技术领域

本发明涉及软磁性金属扁平粉末和使用了该粉末的树脂复合片材以及成型加工用树脂复合组合物,该软磁性金属扁平粉末被用于为了防止在通信设备和各种电子设备中产生的不需要的电磁波向外部的泄漏和在内部电路间的干涉、且外部电磁波导致的故障等的影响而使用的噪声抑制部件、利用了电磁感应的移动设备的笔输入和在非接触充电模块中使用的磁屏蔽部件。

背景技术

从通信设备和各种电子设备产生不需要的电磁波,由外部和内部干涉引起的设备的故障和通信障碍成为问题,虽然进行了各种对策,但问题在5G、WiFi6通信方式的普及中进一步显著。

另外,通信设备和各种电子设备的薄型化、小型化不断发展,电子部件的安装密度大幅变高,由此,部件间或电路基板间的电磁干涉所引起的问题频发,为此使用噪声应对用电子部件或柔性磁性片材(树脂复合片材)。

另一方面,电磁波的有效利用不断发展,利用了电磁感应方式的移动设备的笔输入和非接触充电不断普及,为了防止与金属部件的干涉及有效利用磁场,在与线圈部件的组合中使用磁屏蔽材料。

在为了抑制电磁波噪声和磁屏蔽而使用的柔性磁性片材(树脂复合片材)或挤出、注塑成型品中使用软磁性金属扁平粉末。这是由于,通过加工成扁平状,反磁场系数变小,面内方向的磁导率变高。另外,超过Snoek的极限能够将磁导率维持至更高的频率。为了抑制电磁波噪声,利用表示磁导率的磁损耗的虚数磁导率μ”,在磁屏蔽中利用磁导率的实数磁导率μ’。

但是,由于近年来的装置的薄型化、小型化的发展,抑制电磁波噪声和磁屏蔽部件的安装空间受到限制,迄今为止,对磁导率高的软磁性金属扁平粉末和柔性磁性片材(树脂复合片材)以及成型加工用树脂复合组合物的要求变高。

目前,作为使用了Fe基合金粉末的软磁性金属扁平粉末,已知被称为铝硅铁粉的Fe-Al-Si组成的扁平粉末的磁导率高。特别是结晶磁各向异性和磁致伸缩均为零的Fe-Al-Si组成为Al:5.4wt%、Si:9.6wt%附近,余部为Fe和不可避免的杂质。因此,具有考虑了扁平粉末表面氧化来调整组成的专利第3722391(专利文献1)。另一方面,在专利第6592424(专利文献2)、特开2005-281783(专利文献3)中提出通过积极调整Al、Si的组成,能够得到更高的磁导率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利第3722391

专利文献2:日本专利第6592424

专利文献3:日本特开2005-281783

发明内容

发明所要解决的问题

在实际使用通信设备和各种电子设备时,具有周边温度的变化或发热,具有在汽车中为-40~150℃,其他用途中为-40~85℃的性能保证的要求。因此,最低需要在-40~85℃的温度区域内确保稳定的电磁波噪声抑制和磁屏蔽性能。但是,通常,磁导率的测定仅在常温下进行,在专利文献1、2和3中,没有与本发明中所说的在实际的使用温度范围内稳定地得到高的磁导率相关的记载。

另外,在专利文献2中记载了通过从Fe-5.4wt%Al-9.6wt%Si调整组成,而提高磁导率。通常,为了提高磁导率,增大径厚比而减少反磁场和降低矫顽力是有效的,但通过调整组成,矫顽力增加至100A/m(施加磁场144kA/m)以上,在现有技术中,成为难以应对进一步高磁导率化的要求的状况。另外,在专利文献2和3的实施例中未记载满足本发明中所说的Al+Si的合计含量和矫顽力的内容。另外,径厚比在测定的每个粉末中因扁平加工度不同而各异,因此,如果不规定测定的粉末的长边方向的尺寸,则没有任何意义,但没有与这些相关的记载。另外,如果仅关注径厚比,则存在成为过粉碎,微粉的比例增加,矫顽力增加的问题,但也没有与其相关的记载。

本发明是鉴于上述课题而研发的,要提供通过磁导率在-40℃~85℃的范围内呈现正的温度系数,且将矫顽力维持得低而磁导率高的软磁性金属扁平粉末和树脂复合片材以及成型加工用树脂复合组合物。

本发明解决上述的现有的Fe-Al-Si组成的软磁性金属扁平粉末和使用了该材料的树脂复合片材以及成型加工用树脂复合组合物具有的课题。

用于解决问题的技术方案

根据本发明,得到一种软磁性金属扁平粉末,其特征在于,Fe-Al-Si组成的软磁性金属扁平粉末的磁导率的温度系数K在-40℃~85℃的范围内满足下述式(1)(2)(3),矫顽力为70A/m以下。

K=(μ(0℃)-μ(-40℃))/μ(-40℃)>0(1)

K=(μ(40℃)-μ(0℃))/μ(0℃)>0(2)

K=(μ(85℃)-μ(40℃))/μ(40℃)>0(3)

K:温度系数,μ:磁导率(μ’:实数磁导率,μ”:虚数磁导率)

另外,根据本发明,得到软磁性金属扁平粉末,其特征在于,在上述软磁性金属扁平粉末中,平均粒径D50附近粒径的粉末的径厚比为20~200的扁平状,其组分含有Al:6~7.5wt%、Si:8.5~9.5wt%,余部:由Fe及不可避免的杂质构成的成分,其中,Al和Si的合计含量为15~16.5wt%。

另外,根据本发明,得到一种树脂复合片材,其特征在于,含有上述软磁性金属扁平粉末和树脂,矫顽力为80A/m以下。

另外,根据本发明,得到一种注塑成型用和挤出成型用的树脂复合组合物,其特征在于,由上述软磁性金属扁平粉末和树脂构成。

发明效果

本发明要提供具有高的磁导率且调整了磁导率的温度系数的软磁性金属扁平粉末和树脂复合片材以及成型加工用树脂复合组合物。

附图说明

图1是表示配合50vol%的Fe-5.4wt%Al-9.6wt%Si组成的软磁性金属扁平粉末、且将磁导率不同的等级的软磁性金属扁平粉末的树脂复合片材的实数磁导率的温度依赖性的图。

图2是表示软磁性金属扁平粉末为Fe-5.4wt%Al-9.6wt%Si组成和Fe-4.5wt%-9.0wt%Si组成的情况下的实数磁导率的温度依赖性的图。

具体实施方式

以下,关于本发明,对具体的最佳方式进行说明。

Fe-Al-Si组成的软磁性合金原料粉末能够通过水雾化法、气体雾化法、铸锭粉碎法等普遍已知的各种方法进行制作,但没有特别限定。

优选Fe-Al-Si组成的软磁性合金原料粉末含有Al:6~7.5wt%、Si:8.5~9.5wt%,Al和Si的合计含量为15~16.5wt%。进一步优选为15.5~16wt%的范围。在Al和Si的合计含量低于15wt%的情况下,矫顽力增加,因此,磁导率变低,当超过16.5wt%时,磁导率在85℃的温度系数成为负。另外,软磁性合金原料粉末也可以除了Fe-Al-Si以外,根据需要添加Mn、Mo、Ca、O、C等微量成分。

扁平加工没有特别限制,能够使用磨碎机、球磨机、振动磨机等在蒸馏水或有机溶剂的存在下实施。作为有机溶剂,能够使用甲苯、己烷、醇、乙二醇等,加工中也可以调整装置内的气氛。另外,作为扁平化助剂,也可以添加硬脂酸等。另外,也可以在进行扁平加工之前,将软磁性合金原料粉末进行热处理后使用。

扁平化处理后,为了去除在加工中产生的结晶应变,优选在不活性气氛中进行热处理,热处理温度优选为500~900℃。这是由于,若是500℃以下,则除应变不充分,当超过900℃时,局部产生凝聚或烧结。

软磁性金属扁平粉末的平均粒径D50附近的粉末中的径厚比优选为20~200,更优选为30~150。若是径厚比低于20,则由于反磁场的影响,在制成树脂复合片材以及成型加工用树脂复合组合物时,磁导率降低,当超过200时,加工性降低。

另外,体积密度/真密度优选为0.036~0.086的范围。当比0.036变小时,过于扁平化,操作处理变得困难。另一方面,当超过0.086时,扁平化不充分,因此,磁导率降低。体积密度的测定基于JISZ2504实施。真密度使用岛津制作所制造的AccuPyc1330测定。

扁平粉末的平均粒径D50的测定在Sympatec公司制造的HELOS/BR-multi中使用R4进行测定。相对于得到的平均粒径D50,通过空气分级提取±10%的粒径范围的扁平粉末,埋入环氧树脂且进行镜面研磨,得到厚度测定用的样品。径厚比为扁平粉末的长径/厚度,但长径取平均粒径D50的值,通过扫描电子显微镜测量粉末扁平粉末的厚度,从而求得径厚比。径厚比也可以通过将树脂复合磁性片材或成型件埋入环氧树脂,并通过扫描电子显微镜测量平均的长径和厚度而求得。

矫顽力使用东北特殊钢制的自动测量矫顽力计K-HC1000在施加磁场148kA/m中进行测定。将扁平粉末约10mg以不使其飞散的方式,通过非磁性的胶带进行包覆而制成测定用样品。树脂复合片材和树脂组合物的成型件的矫顽力测定中使用了磁导率测定用的样品。

磁导率的测定使用Keysight公司制造的阻抗分析仪E4991B、磁性材料测试固定器16454A和耐热测试组件,在恒温恒湿机中-40℃~85℃的温度范围进行。

测定用样品使用了树脂复合片材和将成型加工用树脂复合组合物注塑成型的物品。

就树脂复合片材而言,也可以配合软磁性金属扁平粉末和高分子材料,通过公知的各种方法制成油墨状,通过刮刀涂布、逗号涂布、丝网印刷等制作片状的物品,进一步通过各种辊或压制机进行压缩。另外,可以通过捏合机等进行混炼并通过辊成型而制作,也可以进一步通过压制进行压缩。在制作片材时施加磁场,并控制软磁性金属扁平粉末的取向,由此,能够提高磁导率。

树脂复合片材的矫顽力优选为80A/m以下。更优选为70A/m以下。优选相对于全固体成分,软磁性金属扁平粉末的含量为35vol%~65vol%。更优选为40vol%~55vol%。在低于35vol%的情况下,即使矫顽力为80A/m以下,磁导率也会变低,当超过65vol%时,片材化变得困难,磁导率降低。

作为高分子树脂,能够将聚氨酯系、丙烯酸系、硅系、环氧系、氯化聚乙烯系、氯丁二烯系橡胶等单独或组合使用,但不限定于此。热塑性、热固化性也没有限定。另外,能够在不损坏本发明目的的范围内,根据需要通过偶联剂、分散剂、防锈剂等进行各种表面处理,或根据需要添加抗氧化剂、颜料、非磁性充填剂、导热性充填剂等各种添加剂。

树脂复合组合物通过混合软磁性金属扁平粉末和高分子树脂,并通过捏合机或双轴混炼机进行混炼,但没有特别限定,能够通过公知的各种方法进行,但优选软磁性金属扁平粉末的含量相对于全固体成分为35vol%~65vol%。更优选为45vol%~55vol%。在低于35vol%的情况下,成型物的磁导率变低,当超过65vol%时,成型变得困难,磁导率降低。

作为高分子材料,能够将热固化性的环氧系、丙烯酸系、尿素系树脂等和热塑性的聚酰胺系、芳香族聚酰胺系、聚苯硫醚系、氟系、聚醚系、聚酯系树脂等单独或组合使用,但不限定于此。另外,能够在不损坏本发明目的的范围内,根据需要通过偶联剂、分散剂、防锈剂等进行各种表面处理,或根据需要添加抗氧化剂、颜料、非磁性充填剂、导热性充填剂等各种添加剂。

树脂复合组合物能够使用挤出成型机、挤出成型机等成型加工成各种形状。在成型时,也可以一边施加磁场一边成型。

实施例

以下,通过实施例具体地说明本发明。

就实施例1~14、比较例1~8中使用的软磁性金属扁平粉末而言,使用通过铸锭粉碎法制作的平均粒径D50=100μm的Fe-Al-Si组成的原料粉末,利用磨碎机以成为规定的体积密度/真密度的方式进行扁平加工。实施例1~14中,以矫顽力成为70A/m以下的方式调整了加工条件。扁平加工使用乙醇并在湿式条件下进行。扁平加工后,干燥除去乙醇,在Ar气氛中以800℃进行2小时的用于除应变的热处理。

使用实施例1~12、比较例1~6中得到的软磁性金属扁平粉末,以相对于全固体成分成为50vol%的方式将热固化型聚氨酯树脂配合分散于通过甲苯进行了稀释的树脂溶液中。将该分散液通过逗号涂布机涂布成100μm厚度,进行磁场取向后,以50℃干燥,除去溶剂。层叠干燥后的片材,以150℃且10MPa的压力进行热压制,得到厚度200μm的性能评价用的树脂复合片材。接着,切出成外形20mm、内径10mm的环状,并测定矫顽力和磁导率。

将以上的实施例1~12和比较例1~6的扁平粉末的组成、矫顽力、平均粒径D50、径厚比、体积密度/真密度和树脂复合片材中的矫顽力、在0℃的实数磁导率、在0℃的虚数磁导率、各温度范围下的温度系数在表1集中表示。实数磁导率设为在1MHz时的值,虚数磁导率设为在500MHz时的值。

使用实施例13~14、比较例7~8中得到的软磁性金属扁平金属和聚酰胺12,并使用双轴混炼机进行加热混炼,由此,得到树脂复合组合物。软磁性扁平粉末使用了通过硅烷偶联剂预先进行了表面处理的物品。接着,使用注塑成型机,成型为外形20mm、内径10mm、厚度1mm的环状,测定矫顽力和磁导率。

将上述的实施例13~14、比较例7~8的树脂复合组合物中使用的扁平粉末组成、矫顽力、径厚比、和树脂复合组合物中的扁平粉末配合量、成型体中的矫顽力、在0℃的实数磁导率、在0℃的虚数磁导率、各温度范围内的温度系数在表2和3中集中表示。

表1

根据表1,实施例1~12中,实数和虚数磁导率的温度系数K在-40℃~85℃下均为正,在0℃下具有比比较例1~5高的实数和虚数磁导率。在比较例6的Fe-5.4wt%Al-9.6wt%Si组成中,在0℃的实数和虚数磁导率高,但超过0℃时,温度系数成为负,实数和虚数磁导率急剧降低。另外,在Fe-5.4wt%Al-9.6wt5%Si组成中,如图1所示,在0℃的实数磁导率越高,在85℃的实数磁导率的降低越显著。

当比较在85℃的实数磁导率时,实施例1~12均成为200以上,但比较例6的实数磁导率为145,具有较大的差。另外,如图2所示,即使在本实施例的范围外调整Fe-Al-Si合金组成,也能够调整实数磁导率的温度系数,但在0℃的实数磁导率过低,不能应对高磁导率化的要求。

表2

表3

根据表2和3,在树脂复合组合物的注塑成型体中,实施例13~14的实数和虚数磁导率的温度系数K在-40℃~85℃为正。另外,当超过0℃时,比较例7的Fe-5.4wt%Al-9.6wt%Si呈现负的温度系数,因此,在85℃的磁导率降低至70。比较例8的粉末配合量过多而不能成型,由此表述为不能成型。

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