软磁复合材料及其制备方法和应用

文档序号:70919 发布日期:2021-10-01 浏览:17次 >En<

阅读说明:本技术 软磁复合材料及其制备方法和应用 (Soft magnetic composite material and preparation method and application thereof ) 是由 吕先松 郭峰 刘斌斌 汪贤 于 2021-06-02 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种软磁复合材料及其制备方法和应用,软磁复合材料包括如下重量份数的原料混合制备而成:90~110份的软磁粉末、2~5份的粘接剂以及0.1~3份的辅助添加剂,其中,粘接剂由树脂和固化剂组成,辅助添加剂选自端羧基丁腈橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯、650低分子聚酰胺树脂、651低分子聚酰胺树脂和双酚A型不饱和聚酯树脂中的至少一种。通过优化其原料的组成及比例,在软磁粉末和粘接剂中添加辅助添加剂,辅料添加剂的加入可以枝接在粘接剂的树脂或者固化剂分子链上,增加了树脂和固化剂反应的空间位阻,进而降低了反应活性,可以有效地提高软磁复合材料的稳定性,明显改善长时间室温存储下软磁复合材料的磁导率的衰减问题。(The invention provides a soft magnetic composite material and a preparation method and application thereof, wherein the soft magnetic composite material is prepared by mixing the following raw materials in parts by weight: the adhesive comprises 90-110 parts of soft magnetic powder, 2-5 parts of an adhesive and 0.1-3 parts of an auxiliary additive, wherein the adhesive comprises resin and a curing agent, and the auxiliary additive is selected from at least one of carboxyl-terminated nitrile rubber, polysulfide rubber, polyurethane, 650 low-molecular polyamide resin, 651 low-molecular polyamide resin and bisphenol A type unsaturated polyester resin. By optimizing the composition and proportion of the raw materials, the auxiliary additive is added into the soft magnetic powder and the adhesive, and the auxiliary additive can be grafted on a resin or curing agent molecular chain of the adhesive, so that the steric hindrance of the reaction of the resin and the curing agent is increased, the reaction activity is further reduced, the stability of the soft magnetic composite material can be effectively improved, and the problem of attenuation of the magnetic conductivity of the soft magnetic composite material under long-time room-temperature storage is obviously solved.)

软磁复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及金属材料粉末冶金制造

技术领域

,特别是涉及一种软磁复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

软磁材料是一类既容易磁化和退磁,并且具有很低矫顽力的材料。通常这类材料的主要特征及要求是:饱和磁通密度高、矫顽力低、磁导率高、(功率) 损耗低并且稳定性好。迄今为止,软磁材料已有近百年的发展历史。它的发展及其应用带动了许多相关

技术领域

的发展,尤其是电力电子技术等,对社会的进步做出了杰出贡献。在软磁材料的发展史上,最有代表性的材料是硅钢、铁氧体、坡莫合金、非晶及纳米合晶等。目前,在通讯设备、电力、工业自动化设备、计算机及其外设、电子仪器仪表等方面,软磁材料是品种最多同时还是应用最广的磁性材料。

软磁复合材料主要是利用粉末冶金工艺将金属磁粉与绝缘介质混合压制而成,相邻磁粉颗粒之间的是绝缘层。具有3D各向同性磁性能,饱和磁通密度高,工作频率范围较宽以及较低的损耗等特点,并且由于其采用了粉末冶金工艺来压制成型,可以制备出各种复杂的形状如C型、E型、I型、U型以及环型等,随着电子器件逐渐向小型化、高频化发展,软磁复合材料的应用将更加广泛。

在软磁材料中,金属软磁复合材料(也称作软磁粉芯)结合了软磁合金与铁氧体材料的优点,既保持较高的软磁性能,同时具有较高的电阻率。19世纪末,金属软磁材料开始在工业中应用。当时使用低碳钢制造电机和变压器。到了20世纪初,低碳钢开始被硅钢片取代,硅钢片降低了损耗,提高了变压器效率。直到现在,硅钢片的用量在电力工业的软磁合金中仍居首位。

二十世纪20年代,无线电技术开始兴起,高导磁材料快速发展,出现了坡莫合金等软磁合金。二十世纪40~60年代,科学技术飞速发展,集成电路、雷达以及电视广播等对软磁材料提出了更高的要求,诞生出了软磁合金薄带材料。在进入70年代,随着计算机、电讯以及自动控制等行业的迅速发展,磁头用软磁合金也被开发出来。除了传统的晶态软磁合金,又兴起了非晶态软磁合金和纳米晶软磁合金的研究和开发。常用的金属软磁复合材料有电工纯铁、硅钢、铁铝合金、铁硅铝合金和铁镍合金等。

总的来说,与金属软磁合金相比,软磁复合材料由于其特有三维网状结构,因而具有各向同性的磁能,同时还具备较高的电阻率和三维成型技术。软磁复合材料具有高的饱和磁感应强度和高可靠性的优势。因此。软磁符合材料为电子产品提供了一个高磁通和低损耗的组合,并且随着电子产品朝着高精度、高灵敏度、多功能、大容量以及小型化的方向发展。具有大功率、低损耗以及高可靠性的软磁复合材料,可以用来制造特定环境使用的高性能电磁部件。

一体成型电感是软磁复合材料的重要应用之一。应用于一体成型电感的软磁复合材料中的粘接剂多采用环氧树脂粘接剂,由于环氧树脂粘接剂在室温长期存储过程中会发生部分交联反应,从而导致软磁复合材料在存储过程中出现磁导率及强度的衰减问题;为了改善软磁复合材料在存储过程中的磁导率衰减问题,传统方法常采用冷藏处理,但是这会大大的增加了软磁复合材料的生产成本;或是在设计软磁复合材料的原料配方时,往往会将磁导率设计值高于目标值,给软磁复合材料磁导率的衰减一定空间,但是这种方法又会牺牲软磁复合材料本身的电磁特性。

发明内容

基于此,有必要提供一种软磁复合材料及其制备方法和应用,使软磁复合材料的磁导率的抗衰减性能增强。

本发明提供一种软磁复合材料,包括如下重量份数的原料混合制备而成:

软磁粉末 90~110份、

粘接剂 2~5份、以及

辅助添加剂 0.1~3份;

其中,所述粘接剂包括树脂和固化剂,

所述辅助添加剂选自端羧基丁腈橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯、650低分子聚酰胺树脂、651低分子聚酰胺树脂和双酚A型不饱和聚酯树脂中的至少一种。

在其中一个实施例中,所述粘接剂中的所述树脂和所述固化剂的质量比为 (90~110):(4~20)。

在其中一个实施例中,所述软磁粉末选自羰基铁粉末、铁硅铬粉末、铁硅铝粉末、铁镍粉末和铁硅粉末中的至少一种;和/或

所述固化剂选自芳香胺类型固化剂、酸酐类型固化剂和咪唑类型固化剂中的至少一种。

在其中一个实施例中,所述树脂为热固性树脂。

在其中一个实施例中,所述热固性树脂选自环氧树脂、酚醛环氧树脂和氰酸酯中的至少一种。

本发明还进一步地提供一种软磁复合材料的制备方法,包括如下步骤:

将上述软磁复合材料的原料混合后进行干燥。

在其中一个实施例中,将所述粘接剂的所述树脂和所述固化剂与所述辅助添加剂混合于溶剂中,再加入所述软磁粉末混合,干燥。

在其中一个实施例中,所述干燥过程中,干燥温度为40℃~80℃,干燥时间为0.5小时~1.5小时。

更进一步地,本发明还提供如是哪个述的软磁复合材料在制备电子产品中的应用。

本发明还提供一种电子产品,包含如上述的软磁复合材料。

上述软磁复合材料,通过优化其原料的组成及比例,在软磁粉末和粘接剂中添加辅助添加剂,辅料添加剂的加入可以枝接在粘接剂的树脂或者固化剂分子链上,增加了树脂和固化剂反应的空间位阻,进而降低了反应活性,可以有效地提高软磁复合材料的稳定性,明显改善长时间室温存储下软磁复合材料的磁导率的衰减问题,提高了软磁复合材料的磁导率的抗衰减性能。进一步地,上述软磁复合材料还改善了长时间室温存储下软磁复合材料的磁导率的衰减问题,提高了软磁复合材料的磁导率的抗衰减性能。

具体实施方式

为了便于理解本发明,下面将对本发明进行更全面的描述。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中,“若干”的含义是至少一个,例如一个,两个等,除非另有明确具体的限定。

本发明中的词语“优选地”、更优选地”等是指,在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而,在相同的情况下或其他情况下,其他实施方案也可能是优选的。此外,对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用,也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。

当本文中公开一个数值范围时,上述范围视为连续,且包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地,当范围是指整数时,包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外,当提供多个范围描述特征或特性时,可以合并该范围。换言之,除非另有指明,否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种软磁复合材料,包括如下重量份数的原料混合制备而成:

软磁粉末 90~110份、

粘接剂 2~5份、以及

辅助添加剂 0.1~3份;

其中,粘接剂包括树脂和固化剂。

优选地,软磁复合材料,包括如下重量份数的原料混合制备而成:

软磁粉末 95~105份、

粘接剂 2~4份、以及

辅助添加剂 0.5~3份。

可以理解地,树脂与固化剂反应形成网状立体聚合物,将软磁粉末包络在网状立体聚合物之中。

在一个具体示例中,辅助添加剂选自端羧基丁腈橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯、 650低分子聚酰胺树脂、651低分子聚酰胺树脂和双酚A型不饱和聚酯树脂中的至少一种,优选地,辅助添加剂选自聚硫橡胶和端羧基丁腈橡胶中的至少一种。

上述软磁复合材料,通过优化其原料的组成及比例,在软磁粉末和粘接剂中添加辅助添加剂,辅料添加剂的加入可以枝接在粘接剂的树脂或者固化剂分子链上,增加了树脂和固化剂反应的空间位阻,进而降低了反应活性,可以有效地提高软磁复合材料的稳定性,明显改善长时间室温存储下软磁复合材料的磁导率的衰减问题,提高了软磁复合材料的磁导率的抗衰减性能。

在一个具体示例中,粘接剂中树脂和固化剂的质量比为(90~110):(4~20)。

进一步地,粘接剂中树脂和固化剂的质量比可以但不限于是(95~102): (5~18)。

在一个具体示例中,软磁粉末选自羰基铁粉末、铁硅铬粉末、铁硅铝粉末、铁镍粉末和铁硅粉末中的至少一种。

在一个具体示例中,树脂为热固性树脂。

在一个具体示例中,热固性树脂选自环氧树脂、酚醛环氧树脂和氰酸酯中的至少一种,优选地热固性树脂选自氰酸酯和环氧树脂中的至少一种。

在一个具体示例中,固化剂选自芳香胺类型固化剂、酸酐类型固化剂和咪唑类型固化剂中的至少一种,优选地固化剂为芳香胺类型固化剂,具体选自4,4'- 二氨基二苯砜和间苯二胺中的至少一种。

可以理解地,上述软磁复合材料,包括如下重量份数的原料混合制备而成:

在一个具体示例中,溶剂为有机溶剂,优选的,溶剂可以但不限于为丙酮。

进一步地,本发明还提供一种如上述软磁复合材料的制备方法,首先按照软磁复合材料的原料进行备料;然后将原料混合后搅拌均匀制粒后进行干燥获得软磁复合材料。

具体地,将粘接剂的树脂和固化剂与辅助添加剂混合于溶剂中,再加入软磁粉末混合,干燥。

在一个具体示例中,上述干燥过程中,干燥温度为40℃~80℃,干燥时间为 0.5小时~1.5小时。

可以理解地,干燥温度可以但不限于是40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、 50℃、52℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃、72℃、74℃、 76℃、78℃或80℃。

进一步地,干燥时间可以但不限于是0.5小时、0.7小时、0.9小时、1.1小时、1.3小时或1.5小时。

可以理解地,上述干燥可以但不限于是烘烤。

上述软磁复合材料,通过优化其原料的组成及比例,在软磁粉末和粘接剂中添加辅助添加剂,辅料添加剂的加入可以枝接在粘接剂的树脂或者固化剂分子链上,增加了树脂和固化剂反应的空间位阻,进而降低了反应活性,可以有效地提高软磁复合材料的稳定性,明显改善长时间室温存储下软磁复合材料的磁导率。进一步地,上述软磁复合材料还改善了长时间室温存储下软磁复合材料的磁导率的衰减问题,提高了软磁复合材料的磁导率的抗衰减性能。

本发明还提供如上述的软磁复合材料在制备电子产品中的应用。

一种电子产品,包含上述的软磁复合材料。

在其中一些实施例中,电子产品可为但不限于是一体成型电感、继电器或互感器。

以下结合具体实施例作详细说明,以下具体实施例中,若无特殊说明,所有原料均可来源于市售。具体地,下述实施例与对比例中铁硅铬粉末(500目) 与铁镍粉末(500目)购于安泰科技股份有限公司,羰基铁粉末RZEL-1(D50=5um) 购于江苏天一超细金属粉末有限公司,端羧基丁腈橡胶购于上海立深行国际贸易有限公司,氰酸酯购于山东满航化工科技有限公司,4,4'-二氨基二苯砜购于络合高新材料有限公司,聚硫橡胶购于锦西化工研究院有限公司,环氧树脂E51 购于南亚树脂厂,间苯二胺购于络合高新材料有限公司。

实施例1

本实施例提供一种软磁复合材料,以重量份计原料包括100份500目的铁硅铬粉末、粘接剂3份、辅助添加剂端羧基丁腈橡胶0.5份以及丙酮15份,其中粘接剂中由质量比为100:6的树脂和固化剂组成,树脂为氰酸酯,固化剂为 4,4'-二氨基二苯砜。

上述软磁复合材料的制备方法具体为:将粘接剂中的氰酸酯和4,4'-二氨基二苯砜以及辅助添加剂端羧基丁腈橡胶先溶解于丙酮中,混合均匀后再倒入铁硅铬粉末中搅拌均匀后进行制粒,随后在60℃下烘烤1小时后制备得到本实施例的软磁复合材料。

实施例2

本实施例提供一种软磁复合材料,以重量份计原料包括100份的500目铁镍粉末、粘接剂2.5份、辅助添加剂端羧基丁腈橡胶2份以及丙酮15份,其中粘接剂中由质量比为100:6的树脂和固化剂组成,树脂为氰酸酯,固化剂为4,4'- 二氨基二苯砜。

上述软磁复合材料的制备方法具体为:将粘接剂中的氰酸酯和4,4'-二氨基二苯砜以及辅助添加剂端羧基丁腈橡胶先溶解于丙酮中,混合均匀后再倒入 FeNi粉末中搅拌均匀后进行制粒,随后在60℃下烘烤1小时后制备得到本实施例的软磁复合材料。

实施例3

本实施例提供一种软磁复合材料,以重量份计原料包括100份的羰基铁粉末RZEL-1(D50=5um)、粘接剂3.5份、辅助添加剂聚硫橡胶1份以及丙酮15份,其中粘接剂中由质量比为100:6的树脂和固化剂组成,树脂为氰酸酯,固化剂为 4,4'-二氨基二苯砜。

上述软磁复合材料的制备方法具体为:将粘接剂中的氰酸酯和4,4'-二氨基二苯砜以及辅助添加剂聚硫橡胶先溶解于丙酮中,混合均匀后再倒入羰基铁粉末中搅拌均匀后进行制粒,随后在60℃下烘烤1小时后制备得到本实施例的软磁复合材料。

实施例4

本实施例提供一种软磁复合材料,以重量份计原料包括100份500目的铁硅铬粉末、粘接剂3.5份、辅助添加剂端羧基丁腈橡胶3份以及12份丙酮,其中粘接剂中由质量比为100:15的树脂和固化剂组成,树脂为环氧树脂E51,固化剂为间苯二胺。

上述软磁复合材料的制备方法具体为:将粘接剂中的环氧树脂E51和间苯二胺以及辅助添加剂端羧基丁腈橡胶先溶解于丙酮中,混合均匀后再倒入500 目的铁硅铬粉末中搅拌均匀后进行制粒,随后在60℃下烘烤1小时后制备得到本实施例的软磁复合材料。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于不加入辅助添加剂端羧基丁腈橡胶。

本对比例提供一种软磁复合材料,以重量份计原料包括100份500目的铁硅铬粉末、粘接剂3份以及丙酮15份,其中粘接剂中由质量比为100:6的树脂和固化剂组成,树脂为氰酸酯,固化剂为4,4'-二氨基二苯砜。

上述软磁复合材料的制备方法具体为:将粘接剂中的氰酸酯和4,4'-二氨基二苯砜先溶解于丙酮中,混合均匀后再倒入铁硅铬粉末中搅拌均匀后进行制粒,随后在60℃下烘烤1小时后制备得到本对比例的软磁复合材料。

对比例2

本对比例与实施例2的区别在于不加入辅助添加剂端羧基丁腈橡胶。

本对比例提供一种软磁复合材料,以重量份计原料包括100份500目的铁镍粉末、粘接剂2.5份以及丙酮15份,其中粘接剂中由质量比为100:6的树脂和固化剂组成,树脂为氰酸酯,固化剂为4,4'-二氨基二苯砜。

上述软磁复合材料的制备方法具体为:将粘接剂中的氰酸酯和4,4'-二氨基二苯砜先溶解于丙酮中,混合均匀后再倒入铁镍粉末中搅拌均匀后进行制粒,随后在60℃下烘烤1小时后制备得到本对比例的软磁复合材料。

对比例3

本对比例与实施例3的区别在于不加入辅助添加剂聚硫橡胶。

本对比例提供一种软磁复合材料,以重量份计原料包括100份的羰基铁粉末RZEL-1(D50=5um)、粘接剂3.5份以及丙酮15份,其中粘接剂中由质量比为100:6的树脂和固化剂组成,树脂为氰酸酯,固化剂为4,4'-二氨基二苯砜。

上述软磁复合材料的制备方法具体为:将粘接剂中的氰酸酯和4,4'-二氨基二苯砜先溶解于丙酮中,混合均匀后再倒入羰基铁粉末中搅拌均匀后进行制粒,随后在60℃下烘烤1小时后制备得到本对比例的软磁复合材料。

对比例4

本对比例与实施例4的区别在于不使用端羧基丁腈橡胶作为辅助添加剂。

本对比例提供一种软磁复合材料,以重量份计原料包括100份500目的铁硅铬粉末、粘接剂3.5份以及12份丙酮,其中粘接剂中由质量比为100:15的树脂和固化剂组成,树脂为环氧树脂E51,固化剂为间苯二胺。

上述软磁复合材料的制备方法具体为:将粘接剂中的环氧树脂E51和间苯二胺先溶解于丙酮中,混合均匀后再倒入500目的铁硅铬粉末中搅拌均匀后进行制粒,随后在60℃下烘烤1小时后制备得到本对比例的软磁复合材料。

对比例5

本对比例与实施例4的区别在于少量的辅助添加剂端羧基丁腈橡胶。

本对比例提供一种软磁复合材料,以重量份计原料包括100份500的铁硅铬粉末、粘接剂3.5份、辅助添加剂0.05份以及12份丙酮,其中粘接剂中由质量比为100:6的树脂和固化剂组成,树脂为环氧树脂E51,固化剂为间苯二胺。

上述软磁复合材料的制备方法具体为:将粘接剂中的环氧树脂E51和间苯二胺以及辅助添加剂先溶解于丙酮中,混合均匀后再倒入铁硅铬粉末中搅拌均匀后进行制粒,随后在60℃下烘烤1h后制备得到本对比例的软磁复合材料。

对比例6

本对比例与实施例4的区别在于加入过量的辅助添加剂端羧基丁腈橡胶。

本对比例提供一种软磁复合材料,以重量份计原料包括100份500目的铁硅铬粉末、粘接剂3.5份以及辅助添加剂3.5份,其中粘接剂中由质量比为100: 15的树脂和固化剂组成,树脂为环氧树脂E51,固化剂为间苯二胺。

上述软磁复合材料的制备方法具体为:将粘接剂中的环氧树脂E51和间苯二胺以及辅助添加剂先溶解于丙酮中,混合均匀后再倒入铁硅铬粉末中搅拌均匀后进行制粒,随后在60℃下烘烤1h后制备得到本对比例的软磁复合材料。

测试与结果讨论

分别对上述各实施例以及对比例中获得的软磁复合材料在25℃室温下进行存储一个月前后磁导率的检测,并计算磁导率下降率。

存储前磁导率H/m 存储1月后磁导率H/m 磁导率下降率
实施例1 32.5 30.8 5.23%
实施例2 35.4 34.8 1.82%
实施例3 27.2 26.3 3.3%
实施例4 29.5 29.1 1.3%
对比例1 32.8 30.1 8.20%
对比例2 36.5 33.62 7.9%
对比例3 28.1 25.5 9.3%
对比例4 31.2 28.2 9.5%
对比例5 30.8 28.1 8.7%
对比例6 27.8 27.4 1.3%

经过分别对上述各实施例1~4以及对比例1~4获得的软磁复合材料在室温下存储一个月前后的磁导率进行检测后可以发现,在没有加入辅助添加剂的情况下的对比例制备得到的磁导率下降率明显增加,证明了辅助添加剂的加入可以有效减少树脂以及固化剂地进一步交联,可以有效减少软磁复合材料的磁导率损失。

由实施例4、对比例5以及对比例6进行对比可知,少量添加辅助添加剂可以提高磁导率,但是经存储一个月后其磁导率下降明显;添加过量辅助添加剂虽然可以有效减少软磁复合材料的磁导率损失,但会牺牲一定软磁复合材料的磁导率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,便于具体和详细地理解本发明的技术方案,但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。应当理解,本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上,通过合乎逻辑地分析、推理或者有限的实验得到的技术方案,均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准,说明书可以用于解释权利要求的内容。

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