一種高電阻率鐵基納米晶軟磁材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高電阻率鐵基納米晶軟磁材料的制備方法，屬于軟磁材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步、社會的發(fā)展和新興領(lǐng)域的興起，人們對于各種高性能材料的研究也不斷深入。磁性材料作為一種重要的功能材料，能實(shí)現(xiàn)能量和信息的轉(zhuǎn)換、存儲和傳遞等重要功能，其應(yīng)用覆蓋能源、電器、電子等眾多領(lǐng)域，在社會發(fā)展中擔(dān)當(dāng)著重要角色。磁性材料可分為軟磁材料、永磁材料、壓磁材料和旋磁性材料等。軟磁材料作為磁性材料中的一種，具有高的飽和磁通、高磁導(dǎo)、低損耗等優(yōu)良特性，在工業(yè)和日常生活中有著廣泛應(yīng)用，可用于制造電機(jī)、變壓器、互感器、計(jì)算機(jī)磁芯、磁記錄磁頭等電子元器件。
[0003]軟磁材料的發(fā)展歷程經(jīng)歷了從純鐵、低碳鋼、鐵硅系合金、鐵鋁系合金、鐵硅鋁系合金、鎳鐵系合金等晶態(tài)軟磁材料，到近年來飛速發(fā)展的非晶態(tài)軟磁材料和納米晶態(tài)軟磁材料。二十世紀(jì)末發(fā)展起來的非晶納米晶軟磁材料因其具有優(yōu)異的綜合軟磁性能，如高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率、低損耗、低成本等特性，能大力促進(jìn)電子元器件向高頻化、輕量化方向發(fā)展，已經(jīng)成為世界各國學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0004]非晶合金是一種新型材料，因其在許多方面具有比常規(guī)合金更優(yōu)異的性能，不僅具有極高的強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性、耐蝕性和高電阻性，而且還表現(xiàn)出優(yōu)良的軟磁性、低磁損耗等特點(diǎn)，已經(jīng)在電子、機(jī)械、化工等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并隨著對非晶合金的進(jìn)一步研究而不斷擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
[0005]軟磁材料本身的磁性能很好，比如具有很高的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁導(dǎo)率等。缺點(diǎn)同樣明顯，由于軟磁材料都是由金屬構(gòu)成，其電阻率必定很低，而低的電阻率是高能量損耗的來源。能量損耗成為限制軟磁材料應(yīng)用和發(fā)展的最大障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對目前傳統(tǒng)軟磁材料都是由金屬組成，因此電阻率都很低，而低的電阻率會造成很高的能量損耗，成為限制軟磁材料應(yīng)用和發(fā)展最大障礙的現(xiàn)狀，提供了一種高電阻率鐵基納米晶軟磁材料的制備方法，該方法利用陶瓷粉末添加進(jìn)軟磁原料，經(jīng)噴霧造粉制成納米晶非晶粉末，最后通過放電等離子燒結(jié)法制得高電阻率鐵基納米晶軟磁材料，其中陶瓷粉末的加入既解決了傳統(tǒng)軟磁材料電阻率低，高能耗的缺陷，也使軟磁材料強(qiáng)度變高，同時(shí)納米晶的非晶結(jié)構(gòu)讓軟磁材料的綜合性能更加優(yōu)異，使其具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高磁導(dǎo)率、低損耗、低成本等特性，能大力促進(jìn)電子元器件向高頻化、輕量化方向發(fā)展。
[0007 ]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(I)取2?3kg破碎陶瓷片，放入顎式破碎機(jī)中進(jìn)行破碎，篩選出粒徑在I?3cm之間的碎片，繼續(xù)放入瑪瑙研缽中研磨成粉，過200?300目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到陶瓷片粉末； (2)按質(zhì)量比為70:2:3:9稱取總質(zhì)量為500?800g鐵粉、銅粉、鈮粉和硼粉放入中頻感應(yīng)熔煉爐中，向里通入氮?dú)猓ㄈ胨俾蕿?0?20mL/min，直至置換出所有空氣后，以5?6KHz的頻率進(jìn)行熔煉5?8h得到合金熔漿；
(3)將上述合金熔漿移入氣體霧化制粉裝置中，選用噴嘴直徑為I?3mm，噴氣壓力為30?50MPa，熔體溫度為1100?1300 °C進(jìn)行霧化噴制造粉，將制出的合金粉末采用旋轉(zhuǎn)式粉末篩分機(jī)進(jìn)行篩分，得到粒徑在20?30μηι的合金納米晶粉末；
(4)將上述制得的合金納米金粉末和陶瓷片粉末以及納米鐵氧體粉末按質(zhì)量比為5:2:1進(jìn)行混合，混合后放入瑪瑙研缽中研磨20?30min，使納米鐵氧體粉末包覆在合金陶瓷粉表面；
(5)將上述包覆好的粉末裝入不銹鋼模具中，用鋼板以0.3?0.5MPa的壓力對粉末進(jìn)行預(yù)壓，使模具中的底料粉末壓實(shí)以便后續(xù)燒結(jié)，將預(yù)壓后的模具放入放電等離子燒結(jié)爐中，對燒結(jié)爐進(jìn)行抽真空，使?fàn)t內(nèi)壓力達(dá)到500?700Pa;
(6)在真空狀態(tài)下，啟動(dòng)燒結(jié)爐維持脈沖電流為5000?7000A，以10?20°C/min的速率程序升溫至600?700°C，用30?50MPa的壓力壓制模具中粉末，保溫?zé)Y(jié)4?6h，減壓去模，得到直徑為20mm，厚為1mm的軟磁體，用電火花線切割設(shè)備切成外徑15mm，內(nèi)徑1mm的磁環(huán)，即為一種尚電阻率鐵基納米晶軟磁材料。
[0008]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法:將本發(fā)明制得的高電阻率鐵基納米晶軟磁材料用在能源、電器、電子等領(lǐng)域，經(jīng)檢測本發(fā)明制得的軟磁材料磁導(dǎo)率達(dá)到80?90，矯頑力為1000?1100A/m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.7?0.8T，電阻達(dá)到30?40m Ω，與傳統(tǒng)軟磁材料相比，電阻提高了
40?50%D
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明制得的高電阻率鐵基納米晶軟磁材料制備工藝簡單，原料易得，成本低廉，既解決了傳統(tǒng)軟磁材料電阻率低，高能耗的缺陷，也使軟磁材料強(qiáng)度變高，同時(shí)納米晶的非晶結(jié)構(gòu)讓軟磁材料的綜合性能更加優(yōu)異。
【具體實(shí)施方式】
[0010]取2?3kg破碎陶瓷片，放入顎式破碎機(jī)中進(jìn)行破碎，篩選出粒徑在I?3cm之間的碎片，繼續(xù)放入瑪瑙研缽中研磨成粉，過200?300目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到陶瓷片粉末;按質(zhì)量比為70:2:3:9稱取總質(zhì)量為500?800g鐵粉、銅粉、鈮粉和硼粉放入中頻感應(yīng)熔煉爐中，向里通入氮?dú)?，通入速率?0?20mL/min，直至置換出所有空氣后，以5?6KHZ的頻率進(jìn)行熔煉5?8h得到合金熔漿;將上述合金熔漿移入氣體霧化制粉裝置中，選用噴嘴直徑為I?3mm，噴氣壓力為30?50MPa，熔體溫度為1100?1300 °C進(jìn)行霧化噴制造粉，將制出的合金粉末采用旋轉(zhuǎn)式粉末篩分機(jī)進(jìn)行篩分，得到粒徑在20?30μπι的合金納米晶粉末;將上述制得的合金納米金粉末和陶瓷片粉末以及納米鐵氧體粉末按質(zhì)量比為5: 2:1進(jìn)行混合，混合后放入瑪瑙研缽中研磨20?30min，使納米鐵氧體粉末包覆在合金陶瓷粉表面;將上述包覆好的粉末裝入不銹鋼模具中，用鋼板以0.3?0.5MPa的壓力對粉末進(jìn)行預(yù)壓，使模具中的底料粉末壓實(shí)以便后續(xù)燒結(jié)，將預(yù)壓后的模具放入放電等離子燒結(jié)爐中，對燒結(jié)爐進(jìn)行抽真空，使?fàn)t內(nèi)壓力達(dá)到500?700Pa;在真空狀態(tài)下，啟動(dòng)燒結(jié)爐維持脈沖電流為5000?7000A，以10?20°C/min的速率程序升溫至600?700°C，用30?50MPa的壓力壓制模具中粉末，保溫?zé)Y(jié)4?6h，減壓去模，得到直徑為20mm，厚為1mm的軟磁體，用電火花線切割設(shè)備切成外徑15mm，內(nèi)徑1mm的磁環(huán)，即為一種高電阻率鐵基納米晶軟磁材料。
[0011]實(shí)例I
取2kg破碎陶瓷片，放入顎式破碎機(jī)中進(jìn)行破碎，篩選出粒徑在Icm之間的碎片，繼續(xù)放入瑪瑙研缽中研磨成粉，過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到陶瓷片粉末;按質(zhì)量比為70:2: 3:9稱取總質(zhì)量為500g鐵粉、銅粉、鈮粉和硼粉放入中頻感應(yīng)熔煉爐中，向里通入氮?dú)?，通入速率?mL/min，直至置換出所有空氣后，以5KHz的頻率進(jìn)行熔煉5h得到合金熔漿;將上述合金熔漿移入氣體霧化制粉裝置中，選用噴嘴直徑為1mm，噴氣壓力為30MPa，熔體溫度為IlOOcC進(jìn)行霧化噴制造粉，將制出的合金粉末采用旋轉(zhuǎn)式粉末篩分機(jī)進(jìn)行篩分，得到粒徑在20μπι的合金納米晶粉末;將上述制得的合金納米金粉末和陶瓷片粉末以及納米鐵氧