給磁粉“穿上外衣”，攻克核心材料痛點！高端產(chǎn)業(yè)爭相采用

磁粉芯是采用粉末冶金工藝制造的一種軟磁復合型材料，具有良好的綜合性能，廣泛應用于通訊、能源、汽車工業(yè)、濾波器、互感器等各種電子元器件。隨著電子產(chǎn)品向小型化、高頻化、節(jié)能化、高靈敏度方向的發(fā)展，要求磁粉芯具有高磁導率、高磁性能穩(wěn)定性、高飽和磁感應強度和低損耗。

深圳鉑科新材磁粉芯

金屬磁粉芯的分類及應用

純鐵粉芯

鐵粉芯是由鐵粉經(jīng)絕緣介質(zhì)包覆后，在壓力機下壓制成型而成，其生產(chǎn)成本最低，工藝也最簡單。其飽和磁通密度高，但是其溫度穩(wěn)定性較差，電阻率也比較低。主要應用在汽車發(fā)動機中的點火線圈和高頻整流器件等領域。

鐵硅磁粉芯

鐵硅磁粉芯的磁導率一般在26~90范圍內(nèi)，具有較高的飽和磁感應強度和溫度波動范圍較小等優(yōu)點，使其廣泛應用于大功率光伏逆變器、中頻和低頻的扼流圈等高功率領域。

鐵硅鋁磁粉芯

鐵硅鋁磁粉芯磁導率在26~125之間，飽和磁化強度在1000 mT附近，磁致伸縮系數(shù)約在零附近，磁晶各向異性常數(shù)也約在零附近，所以在作業(yè)時發(fā)出的噪音很小，在高頻下使用非常合適，在開關電源相關的電感器、輸出電感和線路濾波器中得到了廣泛應用。

鐵鎳磁粉芯

鐵鎳磁粉芯組成成分主要為Fe-50wt.%Ni，人們也將其稱之為高磁通粉芯。該粉芯擁有非常高的飽和磁感應強度，最高可達1.5T，高磁場下也不容易被磁化到飽和，溫度波動范圍不大，這些優(yōu)良特性使其在高頻、高功率和高直流下應用非常適合，在脈沖變壓器、開關電源輸出濾波電感、功率因數(shù)校正和汽車電子等領域都有廣泛應用。

鐵鎳鉬磁粉芯

鐵鎳鉬粉芯組成成分主要為Fe-81 wt.%Ni-2wt.%Mo，人們也將其稱之為鉬坡莫粉芯。鉬坡莫粉芯的飽和磁感應強度比較低，大概在700mT左右，溫度穩(wěn)定性好，電阻率高，當電感處于高直流偏置場下時其穩(wěn)定性非常好，其優(yōu)異的特性使得在低損耗濾波器、功率電感器、品質(zhì)因數(shù)高的電感器中應用較多。

非晶、納米晶磁粉芯

非晶、納米晶磁粉芯的出現(xiàn)有效地解決了非晶納米晶帶材應用的問題，研究人員將非晶、納米晶帶材通過霧化或球磨的方式制備成粉末，再將軟磁粉末與粘接劑絕緣劑等混合通過粉末冶金工藝壓制成各種形狀的粉芯。非晶、納米晶磁粉芯具有良好的綜合性能，所以一些高精度和高頻電子元器件中都會含有非晶納米晶磁粉芯，從而保證擁有較好的性能。

金屬磁粉芯的制備工藝過程

金屬軟磁粉芯的制備工藝有幾個步驟，每個工藝都對其最終的磁電性能有影響，磁粉的尺寸、磁粉的種類、絕緣介質(zhì)的品種、成型壓力的大小、退火溫度的高低等等都會影響磁粉芯的磁電性能。

磁粉制備

磁粉性能的優(yōu)劣直接影響著磁粉芯的性能，粉末純度、粉末形貌、微觀結構及粉末粒度又與制備工藝密切相關。機械破碎法和霧化法是制備磁粉的兩種主要方式。機械破碎法是將熔煉好的合金塊進行破碎、壓碎，之后再利用球磨等物理手段將碎塊磨成粉末狀，其形狀呈多角形。霧化法是將熔煉爐中流下來的熔融態(tài)金屬經(jīng)過高速噴射的流體進行沖擊，使得它們經(jīng)過快速冷卻凝固后形成微小的金屬粉末的方法。

按流體來，霧化法有氣霧化法和水霧化法兩類，霧化法制作成本較低，制備工藝流程簡單，有利于企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。采用氣霧化法生產(chǎn)的磁粉顆?；旧铣是蛐吻冶砻婀饣逊e性比較好，水霧化法與其相比，有更高的冷卻速度，但其生產(chǎn)的磁粉顆粒表面比較粗糙而且容易被氧化。

絕緣包覆

隨著高新技術產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，許多電子元器件都需要在高頻高功率下運行，但是對于金屬軟磁材料來說，其本身電阻率不高，使得它們在這種條件下的渦流損耗很高，趨膚效應也會隨之產(chǎn)生，因此需要用絕緣介質(zhì)把磁粉包覆起來，其目的是降低它們在較大頻率下的渦流損耗。

在軟磁粉芯制作的過程中，用絕緣介質(zhì)把磁粉包覆起來是影響其磁電性能至關重要的一步，絕緣包覆層還能提升磁粉顆粒之間的粘結性和優(yōu)化磁粉顆粒表面的形貌特征，對增強磁粉芯的機械強度有利。用于絕緣包覆的物質(zhì)主要有有機物、無機物以及兩者的混合物。

常見的有機絕緣包覆劑主要包括環(huán)氧樹脂、耐高溫有機硅樹脂、酚醛樹脂以及聚丙烯硅樹脂等。有機包覆劑流動性強，具有較好包覆粘結能力，包覆后的軟磁顆粒的電阻率會顯著提高，而且包覆過程簡單，但是有機物在高溫下易揮發(fā)，所以有機包覆劑制備磁粉芯不能在較高溫度下退火，這也限制了有機包覆劑的應用。

相比較于有機包覆劑，無機包覆劑具有耐高溫性，制備的磁粉芯可以在高溫下退火處理。但是無機物不具有粘結性，所以包覆時效果不好，影響磁粉芯的最終性能。鐵氧體、硅酸鹽和各種電阻率較高的氧化物是經(jīng)常使用的無機包覆劑。

絕緣包覆是用絕緣介質(zhì)、粘接劑通過不同方法在磁性顆粒表面形成絕緣包覆層，包覆方法不同，得到的絕緣層質(zhì)量不同，得到磁粉芯的性能也不同。磁粉芯常用的無機包覆的方法：濕化學法和干化學。

濕化學法是通過將磁粉加入磷酸溶液中，使其充分反應，達到絕緣包覆的效果。這種方法的影響因素很多，包括溶液的成分、濃度、pH、磷化溫度和磷化時間，而且退火溫度不宜過高，溫度過高會導致鈍化效果的絕緣性惡化。絕緣粘接劑的含量對磁粉芯的性能影響很大。絕緣粘結劑種類不同也影響磁粉芯的磁性能。在實際應用中，通常采用有機和無機絕緣包覆劑進行復合包覆的方法，如利用磷酸鹽-有機硅樹脂進行復合包覆。有實驗表明利用氧化鋁-溶膠方法包覆磁粉芯可以降低磁粉芯的磁損耗。

壓制成型

經(jīng)絕緣介質(zhì)包覆后的磁粉需要和粘結劑、脫模劑混合攪拌均勻，然后用液壓機壓制成型。

粘結劑可以提高磁粉之間的粘性，使磁粉芯更加容易成型。粘結劑有兩種，一種是有機粘結劑，另一種是無機粘結劑。使用較多的有機粘結劑大致為酚醛樹脂、聚乙烯醇和環(huán)氧樹脂等，樹脂類粘結劑粘性好，可以增強磁粉芯的致密度，但其在高溫下不穩(wěn)定，容易發(fā)生分解，這樣會使得磁粉芯內(nèi)部產(chǎn)生大量氣隙，降低磁粉芯的致密度，惡化磁粉芯的磁電性能。無機粘結劑市場上使用最多的是水玻璃，其粘性雖然沒有有機粘結劑那么好，但是其在高溫下受熱穩(wěn)定，不容易分解。

脫模劑的添加可以使得磁粉經(jīng)壓制成型后容易脫模，避免磁粉芯生坯產(chǎn)生拉?，F(xiàn)象造成模具的損壞。市場上可選擇的脫模劑有硬脂酸鋇、硬脂酸鋅和石墨等。

退火熱處理

磁粉經(jīng)壓制成型后內(nèi)部會殘留大量內(nèi)應力，因此需要進行退火熱處理進行消除，除此之外，退火熱處理還可以去除磁粉芯內(nèi)部添加的潤滑劑、粘結劑等有機物，在高溫熱處理時這些有機物會分解并隨著通入管式爐的氣體排出。保溫時間、升溫速率、退火溫度等熱處理工藝參數(shù)對磁粉芯的磁電性能都會產(chǎn)生影響。

金屬磁粉芯行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

磁粉芯歷史悠久，但二十世紀八十年代才開始真正形成產(chǎn)業(yè)化。目前，國內(nèi)代表性金屬磁粉芯生產(chǎn)企業(yè)主要包括深圳鉑科新材、浙江東睦科達、佛山中研非晶、惠州安可遠、順絡電子、京泉華、臺灣三禮等企業(yè)；國外代表性企業(yè)有韓國阿莫泰克（Amotech）、韓國昌星電子（CSC）、美國微金屬（Micrometal）、美磁（Magnetics）、日本TDK、古河（Frukama）、愛普生（EPSON）等科技公司。

與國外頂尖企業(yè)相比，國內(nèi)企業(yè)在金屬粉體制備和形貌調(diào)整，如鐵基非晶機械破碎片狀粉、FeSi/FeSiAl霧化圓球粉、還原羥基鐵粉、水汽聯(lián)合霧化非晶球形粉，及其相應的磁粉芯（包括常規(guī)圓環(huán)粉芯、貼片及異形電感）軟磁性能穩(wěn)定性控制等方面均存一定技術差距。

參考來源：

[1]孫士豹：納米氧化物包覆金屬軟磁粉芯及其磁電性能研究，合肥工業(yè)大學

[2]王敬慧：鐵基磁粉芯粉體絕緣界面設計、摻雜工藝及其軟磁性能研究，武漢科技大學

[3]黃壘：FeSiB磁粉芯的制備工藝與性能研究，華南理工大學