一种复合软磁材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种复合软磁材料及其制备方法。所述复合软磁材料包括金属磁粉、铁氧体磁粉和有机材料，所述金属磁粉包括R

【技术实现步骤摘要】
一种复合软磁材料及其制备方法
本专利技术属于磁性材料
，涉及一种复合软磁材料及其制备方法。
技术介绍
随着电子技术的迅猛发展以及5G时代的到来，对于电子器件的高频化、小型化的要求越来越高，同时也对其核心元件软磁材料提出了更高的要求。目前市场上常见的软磁材料有铁氧体(锰锌、镍锌)、铁粉芯(Fe)、合金磁粉芯(Fe-Si、Fe-Si-Al、Fe-Si-Cr、Fe-Ni等)以及非晶纳米晶材料。软磁铁氧体由于导电性低，在高频工作状态下的涡流损耗较低，因此能够在1MHz的频率下工作。但是，这种材料由于饱和磁化强度较低，不利于器件的小型化发展。与之相比，铁粉芯及合金粉芯一般采用纯铁粉末或合金粉末与少量的粘结剂压制而成，具有很高的饱和磁化强度，有利于器件的小型化。但是，由于金属及合金的导电性很好，在高频工作条件下涡流损耗很大，因此一般都是只能在较低频率下工作。为了降低材料高频工作条件下的涡流损耗，人们提出将金属粉末或合金粉末采用绝缘性良好的材料进行包覆，以降低整个材料体系的导电性。这种方法可以有效的降低材料在高频工作状态下的涡流损耗，但是，目前经绝缘包覆过的合金粉末材料的有效工作频率仍然在1MHz以下。此外，非晶/纳米晶材料也是近年来广受关注的软磁材料，这种材料不仅具有很高的饱和磁化强度，同时还可以在100kHz左右工作，因此逐渐在电网变压器、无线充电等领域得到应用。但是，这种材料的工作频率也无法达到1MHz。近年来，兰州大学与中国科学院宁波材料通过测试稀土-铁-氮系化合物(如Ce-Fe-N、Nd-Fe-N)的高频软磁特性，发觉这种材料的截止频率非常高，达到6GHz，超过了微波铁氧体的截止频率。基于这一发现，他们提出将这种材料用于高频的吸波器件(利用其损耗特性)。但是，到目前为止，这种材料由于高频下磁损耗、涡流损耗及介电损耗仍然较大，所以其磁特性仍然无法得到充分的利用。CN110047637A提出稀土类-铁-氮系复合磁性材料制备方法，制备出了Nd-Fe-N复合稀土材料，并测试了材料的电磁吸收及屏蔽特性。但是该方法的材料性能仍有待提高。CN109982791A公开了一种耐热性以及磁特性、特别是矫顽力和磁化强度优异的稀土类铁氮系磁性粉末及其制造方法。该方案的稀土类铁氮系磁性粉末，其是以稀土类元素R、铁Fe、氮N为主要构成成分且具有Th2Zn17型、Th2Ni17型、TbCu7型中的任一种晶体结构的平均粒径为1μm以上10μm以下的磁性粉末，在粉末的颗粒表面形成有壳层，该壳层具有相同的晶体结构，1原子％以上20原子％以下的Fe被Cr取代，N为10原子％以上20原子％以下，厚度为10nm以上且不足200nm，且厚度小于粉末平均粒径的2％。但是上述材料由于合金成分及微观组织的差异，永磁特性很好，软磁特性不足。PeterKollár等(Kollár,Peter,etal."Steinmetzlawforacmagnetizediron-phenolformaldehyderesinsoftmagneticcomposites."JournalofMagnetism&MagneticMaterials424(2017):245-250.)公开了制备Ce2Fe17N3-δ化合物的方法，并测试了材料的高频(GHz)吸收特性。但是，该方法制备的材料高频涡流损耗与介电损耗仍然较高。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合软磁材料及其制备方法。本专利技术提供的复合软磁材料可以在1-6GHz条件下使用，可满足各种高频电子器件，尤其是在1-6GHz条件下工作的电子器件的使用。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种复合软磁材料，所述复合软磁材料包括金属磁粉、铁氧体磁粉和有机材料，所述金属磁粉包括R2FexSiyNz，其中R包括Ce，x、y、z分别为Fe、Si、N的原子含量，x的范围为15-24，y的范围为0-1，z的范围为2-3.5。其中，x的范围为15-24，例如15、18、20、22或24等，y的范围为0-1，例如0、0.2、0.4、0.6、0.8或1等，z的范围为2-3.5，例如2、2.2、2.4、2.6、2.8、3、3.3或3.5等。本专利技术中，金属磁粉R2FexSiyNz的截止频率高，而且在高频条件下涡流损耗小，因此对于本专利技术提供的复合软磁材料在1-6GHz条件下使用发挥了最重要的作用，为了进一步降低金属磁粉R2FexSiyNz的损耗，本专利技术中采用铁氧体磁粉分布在金属磁粉之间，减少金属磁粉颗粒的接触，从而降低涡流损耗。本申请中，使用有机材料让金属磁粉和铁氧体磁粉能够复合在一起，而且通过该有机材料的包覆，使得磁粉的绝缘性进一步优化，从而降低材料的高频涡流损耗。本专利技术所提供的复合软磁材料及采用该材料所制备的器件的最佳使用频段为1-6GHz。本专利技术中，Ce的作用在于与其它元素形成R2FexSiyNz化合物，Ce对于本专利技术提供的R2FexSiyNz化合物是必须的。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述金属磁粉中，R还包括Sm、Nd、Pr或Ho中的任意一种或至少两种的组合。但并不仅限于上述元素，其他可以起到相同作用的稀土元素也可用于本专利技术。优选地，所述金属磁粉的粒径D50为0.8-4.0μm，例如0.8μm、1.0μm、2.0μm、3.0μm或4.0μm等，优选为1.0-2.0μm。0.8-4.0μm的D50会使金属磁粉具有细小的粒径，可降低材料的涡流损耗。1.0-2.0μm的D50可以更好地优化高频特性。除此之外，为了防止磁粉的表面缺陷降低包覆层的绝缘效果，从而增加高频涡流损耗，要求金属磁粉表面的缺陷(如棱角、凸起、凹陷)较少，而且金属磁粉的微观形貌最好是近球形。优选地，所述铁氧体磁粉包括锌锰铁氧体磁粉和/或镍锌铁氧体磁粉。本专利技术中，为了提高复合材料的高频特性，优选镍锌铁氧体磁粉。优选地，所述铁氧体磁粉的粒径D50小于所述金属磁粉的粒径D50。这样的粒径关系保证了铁氧体磁粉是分布在金属磁粉周围的，这更有利于使铁氧体磁粉形成对金属磁粉的均匀包覆，形成一层绝缘性较好的铁氧体磁性层，以更好地提升本专利技术所述复合软磁材料的高频性能。优选地，所述金属磁粉和铁氧体磁粉均经过表面改性。表面改性的目的在于使金属磁粉和铁氧体磁粉更好地与有机材料相结合。优选地，所述表面改性包括在表面形成钝化层和/或在表面包覆偶联剂。为了更好地其到改性作用，优选既在材料表面形成钝化层又包覆偶联剂。优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述有机材料包括聚丙烯和/或石蜡。上述有机材料介电常数较低，可降低所述复合软磁材料的高频介电损耗。而为了使复合软磁材料具备一定的强度，从而更加具有实用性，该有机材料优选为聚丙烯。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合软磁材料，其特征在于，所述复合软磁材料包括金属磁粉、铁氧体磁粉和有机材料，所述金属磁粉包括R

【技术特征摘要】
1.一种复合软磁材料，其特征在于，所述复合软磁材料包括金属磁粉、铁氧体磁粉和有机材料，所述金属磁粉包括R2FexSiyNz，其中R包括Ce，x、y、z分别为Fe、Si、N的原子含量，x的范围为15-24，y的范围为0-1，z的范围为2-3.5。


2.根据权利要求1所述的复合软磁材料，其特征在于，所述金属磁粉中，R还包括Sm、Nd、Pr或Ho中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述金属磁粉的粒径D50为0.8-4.0μm，优选为1.0-2.0μm；
优选地，所述铁氧体磁粉包括锌锰铁氧体磁粉和/或镍锌铁氧体磁粉；
优选地，所述铁氧体磁粉的粒径D50小于所述金属磁粉的粒径D50；
优选地，所述金属磁粉和铁氧体磁粉均经过表面改性；
优选地，所述表面改性包括在表面形成钝化层和/或在表面包覆偶联剂；
优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述有机材料包括聚丙烯和/或石蜡。


3.根据权利要求1或2所述的复合软磁材料，其特征在于，所述复合软磁材料中，金属磁粉的质量分数为10-30％，铁氧体磁粉的质量分数为5-10％，有机材料的质量分数为65-80％；
优选地，所述铁氧体磁粉和有机材料包覆在金属磁粉表面；
优选地，所述复合软磁材料为颗粒状。


4.如权利要求1-3任一项所述复合软磁材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)制备金属磁粉，所述金属磁粉包括R2FexSiyNz，其中R包括Ce，x、y、z分别为Fe、Si、N的原子含量，x的范围为15-24，y的范围为0-1，z的范围为2-3.5；
(2)将配方量的步骤(1)所述金属磁粉与铁氧体磁粉和有机材料混合并进行加工处理，得到所述复合软磁材料。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述制备金属磁粉的方法包括：
(a)将配方量的Fe-Si合金、Fe2O3和R2O3在酸中混合，得到混合溶液；其中R包括Ce；
(b)将步骤(a)所述混合溶液与络合剂混合，加入pH调节剂，加热干燥，得到粉末；
(c)对步骤(b)所述粉末进行灼烧，对得到的烧成物进行破碎，得到破碎产物；
(d)用氢气对步骤(c)所述破碎产物进行一次还原，得到一次还原产物；
(e)将步骤(d)所述一次还原产物与金属还原剂以及溃散剂混合，进行二次还原，渗氮，得到所述金属磁粉。


6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)所述酸包括硝酸；
优选地，步骤(b)所述络合剂包括柠檬酸；
优选地，步骤(b)所述络合剂与混合溶液的质量比为(0.8-1.2):1；
优选地，步骤(b)所述pH调节剂包括氨水；
优选地，步骤(b)所述pH调节剂将溶液的pH值调节至6.8-7.2；
优选地，步骤(b)所述加热干燥的温度为180-220℃；
优选地，步骤(c)所述灼烧的温度为1000-1250℃；
优选地，步骤(c)所述灼烧的时间为2.5-3.5h；
优选地，步骤(c)所述破碎包括粗破碎和球磨；
优选地，步骤(c)所述破碎产物的粒径D50为0.8-4.0μm。


7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(d)所述氢气的流量为17-23L/min；
优选地，步骤(d)所述一次还原的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉平，李军华，孙永阳，孔佳元，
申请(专利权)人：横店集团东磁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33