铁粉芯、用于铁粉芯的铁粉及铁粉芯的制备方法技术

从一种具有７５～２００μｍ的颗粒尺寸的铁粉制备的一种铁粉芯，所说的铁粉中添加了０．０１５～０．１５ｗｔ％的二氧化硅溶胶、０．０５～０．５ｗｔ％的硅氧烷树脂、和１０～５０ｗｔ％的有机钛化合物（以硅氧烷树脂为基准）。通过使所说的铁粉经过在５０～２５０℃下的固化处理、把粉末压块、在５５０～６５０℃在惰性气氛中退火、获得一种基本由具有７５～２００μｍ的颗粒尺寸的铁粉颗粒、０．０３～０．１ｗｔ％的Ｓｉ、１５～２１０ｐｐｍ的Ｔｉ、和３００～２，５００ｐｐｍ的氧组成的铁粉芯。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
铁粉芯、用于铁粉芯的铁粉及铁粉芯的制备方法本专利技术涉及一种用于变压器和感应器的磁芯、电动机的磁芯、和其它电磁部件的铁粉芯，涉及一种用于形成所说的铁粉芯的铁粉，以及制备所说的铁粉芯的方法。在现有技术中，通常用堆叠在一起的冲压的硅钢片组成的硅钢叠层磁芯作为电子设备的感应元件。但是，叠层磁芯难以使制造过程自动化。尤其是通过冲压钢片来制造用于电动机和其它驱动设备的磁芯时，由于这样的磁芯的形状复杂，材料的产率极低。为了制造三维的形状，需要许多加工工序。已知有铁粉芯或压粉铁芯，其中，用水玻璃等粘结剂把软磁金属粉末粘结在一起。铁粉、高导磁合金和铁铝硅粉是典型的软磁金属粉。即使铁粉芯具有复杂的形状，也可以整体成形和加工。材料的产率基本是100％。预期铁粉芯将成为叠层磁芯的替代品。但是，在软磁金属粉中，合金粉末如高导磁合金粉末和铁铝硅粉不能用作驱动设备中常用的硅钢叠层磁芯的替代品，因为这些粉末虽然有较低的矫顽磁力但具有较低的磁通密度。关于铁粉，市场上有用电解分解法和水雾化法等各种方法制备的不同形式的铁粉。它们具有大于2Oe的矫顽磁力，这没有低到可与硅钢相比的程度。气体雾化铁粉具有大约1Oe的矫顽磁力，但是极其昂贵，因此不足于用作硅钢叠层磁芯的替代品。软磁合金因其是合金，自然具有较高的硬度。当把所说的粉末压成块体时，压缩速度太低。因此相信这样的粉末不能得到与硅钢相比拟的高磁通密度。关于铁粉，如果颗粒尺寸为150μm的量级，其矫顽磁力可以降低到接近Magnetic Material Handbook，Asakura Shoten中所述的纯铁片的矫顽磁力(约0.40 Oe)的水平。因此相信铁粉具有同时满足低矫顽磁力和高磁通密度的要求的可能性。已经提出了一些改进铁粉芯的特性的建议。-->例如，日本专利申请公开(JP-A)72102/1987提出了一种用于铁粉芯的铁粉，其氧含量为0.15wt％-0.5wt％。平均颗粒尺寸为40～170μm，平均长径比为4/1～25/1。在铁颗粒上的氧化物涂层提供了颗粒之间的绝缘以减小涡流损失。因为目标是高于约1 MHz的高频带，所以氧含量较高。使用环氧树脂粘结剂制备的铁粉芯产生较高的磁滞损失，因为为了降低矫顽磁力必须在高温下进行退火处理。JP-A 222207/1986提出了一种通过使磁性金属粉末与氧化硅溶胶或氧化铝溶胶接触，然后干燥和成形来制备铁粉芯的方法。据描述，由于干燥引起氧化硅溶胶或氧化铝溶胶凝胶化，形成三维网络结构，高温下的热处理不会对金属颗粒之间的绝缘层有不良影响。但是，由于干燥的氧化硅溶胶或氧化铝溶胶没有较好的粘结作用，在热处理后只有很小的形状保持能力，从而导致了低强度。由于热处理温度限制在500℃或更低，所以不能取得足够的退火效果。JP-A 219902/1992提出了一种含有铁磁粉末的铁粉芯组合物，可以在高到600℃的温度下退火，用3.9wt％的SiO2作为粘结剂，使该组合物压实和成形。所说的二氧化硅通过硅酸乙酯水解而获得。但是，从硅酸乙酯水解得到的涂层没有足够的粘结作用，不能生产高机械强度的铁粉芯。所以，希望有一种铁粉芯，特征在于具有高磁通密度、低矫顽磁力和低损耗，尤其是在50～10,000Hz的频率范围内，并在电性能和物理性能方面能够代替传统的硅钢叠层磁芯。第一方面，本专利技术提供一种用于铁粉芯的铁粉组合物，包括由颗粒尺寸为75～200μm的颗粒组成的铁粉、按固体计0.015～0.15wt％(以铁粉为基准)的二氧化硅溶胶、0.05～0.5wt％(以铁粉为基准)的硅氧烷树脂、和10～50wt％(以硅氧烷树脂为基准)的有机钛化合物。铁粉组合物还可以包括最多29wt％的(以硅氧烷树脂和有机钛化合物的总量为基准)的分散剂。所说的分散剂优选的是乙基纤维素。优选的是铁粉经过氧化处理。第二方面，本专利技术提供一种铁粉芯，主要由颗粒尺寸为75～200μm的铁粉颗粒、0.03～0.1wt％的硅、15～210ppm的钛、和300～2,500ppm的氧组成。-->第三方面，本专利技术提供一种制备铁粉芯的方法，包括下列步骤：(1)提供一种在第一方面中定义的制备铁粉芯的铁粉组合物，(2)把所说的制备铁粉芯的铁粉组合物在50～250℃下进行固化处理，(3)把所说的粉末组合物压成块体，(4)在550～650℃把所说的块体在惰性气氛下退火。这样制得的铁粉芯就是在第二方面中定义的铁粉芯。优选的是提供制备铁粉芯的铁粉组合物的步骤(1)包括下列步骤：使原始的铁粉、耐热粉末、和原始铁粉重量的0.5～5％的碱土金属碳酸盐粉末的粉末混合物经过热处理进行退火，一般在氢气/氮气混合气氛下或纯氮气气氛下，在1,200～1,400℃下进行热处理，从而使碱土金属碳酸盐分解成碱土金属氧化物；任选地把热处理过的粉末混合物在非氧化气氛下粉碎；把耐热粉末和碱土金属氧化物粉末从粉末混合物中分离出来，留下退火的铁粉；在下面的添加步骤之前任意地使所说的退火的铁粉经过氧化处理：向所说的退火的铁粉中添加二氧化硅溶胶、硅氧烷树脂和有机钛化合物，以及任选的一种分散剂。根据本专利技术，通过适当地氧化高纯铁粉，并添加少量独特的绝缘粘结剂解决了上述的以及其它的问题，从而使非磁性部分的百分比最小，以防止任何磁性能的损失，并在铁颗粒之间保持足够的绝缘以及足够的磁芯强度。因此，所说的铁粉芯在50～10,000Hz，尤其是在50～1,000Hz的频带上性能良好，可以替代传统的硅钢叠层磁芯。本专利技术使用二氧化硅溶胶、硅氧烷树脂和有机钛化合物的混合物作为绝缘粘结剂。二氧化硅溶胶具有良好的绝缘性，但粘结性差。因此仅使用二氧化硅溶胶不能增大铁粉芯的机械强度。在退火过程中通过加热使硅氧烷树脂固化从而作为铁粉芯的粘结剂，克服了二氧化硅溶胶的缺点。但是由于二氧化硅溶胶在退火处理之前太软，所以二氧化硅和硅氧烷树脂生绝缘涂层在压块过程中容易裂开，在帮助压块的粉末保持其形状的效果较差。此外，硅氧烷树脂太粘使得铁颗粒可能产生团聚，降低铁粉块体的质-->量。如果硅氧烷树脂在压块之前完全固化，那么可以避免铁粉在压块之前的团聚和绝缘涂层在压块过程中的开裂，但是失去了硅氧烷树脂的粘结作用，从而使所说的块体不能完全保持其形状。因此，本专利技术在硅氧烷树脂中添加一种有机钛化合物作为硅氧烷树脂的交联剂，并且在压块之前，在较低的温度下进行固化处理使硅氧烷树脂的交联反应进行到一定程度。这种部分固化不仅避免了铁粉在压块之前的团聚和绝缘涂层在压块过程中的开裂，而且改进了所说的块体的保形性。压块后进行退火处理，使硅氧烷树脂在作为交联剂的有机钛化合物的存在下完全固化。因此所说的退火处理导致了铁粉芯具有极高的机械强度。二氧化硅溶胶和硅氧烷树脂是耐热的，使得即使在高温退火处理使铁粉释放应力以减小矫顽磁力，在铁颗粒之间仍能保持足够的绝缘以防止涡流损耗增大。本专利技术的铁粉芯是高度可靠的，其中即使在恶劣的条件下，例如在高温高湿以及明显温度变化的环境中，长期使用后其磁芯损耗几乎不增大。 参考下列描述和附图，将会清楚本专利技术的这些特点和其它特点，其中：图1是一个示例的电动机定子磁芯的示意透视图。图2是表示当使磁芯经受高温环境时，铁粉芯的磁滞损失(Ph)随时间的变化图。图3是表示当使磁芯经受高温环境时，铁粉芯的磁芯损耗(P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铁粉芯的铁粉组合物，包括由具有７５～２００μｍ的颗粒尺寸的颗粒组成的铁粉、按固体计０．０１５～０．１５ｗｔ％（以铁粉为基准）的二氧化硅溶胶、０．０５～０．５ｗｔ％的硅氧烷树脂（以铁粉为基准）、和１０～５０ｗｔ％的有机钛化合物（以硅氧烷树脂为基准）。

【技术特征摘要】
JP 1996-1-16 23141/96;JP 1996-8-29 247076/961、一种用于铁粉芯的铁粉组合物，包括由具有75～200μm的颗粒尺寸的颗粒组成的铁粉、按固体计0.015～0.15wt％(以铁粉为基准)的二氧化硅溶胶、0.05～0.5wt％的硅氧烷树脂(以铁粉为基准)、和10～50wt％的有机钛化合物(以硅氧烷树脂为基准)。2、根据权利要求1的铁粉组合物，还包括最多20wt％的分散剂，以硅氧烷树脂和有机钛化合物的总重量为基准。3、根据权利要求2的铁粉组合物，其中，所说的分散剂是乙基纤维素。4、根据权利要求2的铁粉组合物，其中，所说的铁粉已经过氧化处理。5、一种铁粉芯，它基本由颗粒尺寸为75～200μm的铁粉颗粒、0.03～0.1wt％的硅、15～210ppm的钛、和300～2,500ppm的氧组成。6、一种制备铁粉芯的方法，包括下列步骤：制备一种用于制备磁芯的铁粉组合物，包括由75～200μm的颗粒尺寸的颗粒组成的铁粉、按固体计0.015～0.15wt％(以铁粉为基准)的二氧化硅溶胶、0.05～0.5wt％的硅氧烷树脂(以铁粉为基准)、和10～50wt％的有机钛化合物(以硅氧烷树脂为基准)，使所说的铁粉组合物在50～250℃经过固化处理，把所说的粉末组合物压成压块，把所说的压块在550...

【专利技术属性】
技术研发人员：田岳夫，金杉将明，宫下正孝，冈田和弘，山口纪繁，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]