一種高電阻率鐵基納米晶軟磁材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發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域。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步、社會的發展和新興領域的興起，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，能實現能量和信息的轉換、存儲和傳遞等重要功能，其應用覆蓋能源、電器、電子等眾多領域，在社會發展中擔當著重要角色。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、低損耗等優良特性，在工業和日常生活中有著廣泛應用，可用于制造電機、變壓器、互感器、計算機磁芯、磁記錄磁頭等電子元器件。
[0003]軟磁材料的發展歷程經歷了從純鐵、低碳鋼、鐵硅系合金、鐵鋁系合金、鐵硅鋁系合金、鎳鐵系合金等晶態軟磁材料，到近年來飛速發展的非晶態軟磁材料和納米晶態軟磁材料。二十世紀末發展起來的非晶納米晶軟磁材料因其具有優異的綜合軟磁性能，如高飽和磁感應強度、高磁導率、低損耗、低成本等特性，能大力促進電子元器件向高頻化、輕量化方向發展，已經成為世界各國學者關注的焦點。
[0004]非晶合金是一種新型材料，因其在許多方面具有比常規合金更優異的性能，不僅具有極高的強度、硬度、韌性、耐磨性、耐蝕性和高電阻性，而且還表現出優良的軟磁性、低磁損耗等特點，已經在電子、機械、化工等行業得到廣泛的應用，并隨著對非晶合金的進一步研究而不斷擴大其應用范圍。
[0005]軟磁材料本身的磁性能很好，比如具有很高的磁感應強度和磁導率等。缺點同樣明顯，由于軟磁材料都是由金屬構成，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用和發展的最大障礙。
【發明內容】
[0006]本發明主要解決的技術問題:針對目前傳統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用和發展最大障礙的現狀，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軟磁原料，經噴霧造粉制成納米晶非晶粉末，最后通過放電等離子燒結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軟磁材料電阻率低，高能耗的缺陷，也使軟磁材料強度變高，同時納米晶的非晶結構讓軟磁材料的綜合性能更加優異，使其具有高飽和磁感應強度、高磁導率、低損耗、低成本等特性，能大力促進電子元器件向高頻化、輕量化方向發展。
[0007 ]為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:
(I)取2?3kg破碎陶瓷片，放入顎式破碎機中進行破碎，篩選出粒徑在I?3cm之間的碎片，繼續放入瑪瑙研缽中研磨成粉，過200?300目標準篩，得到陶瓷片粉末； (2)按質量比為70:2:3:9稱取總質量為500?800g鐵粉、銅粉、鈮粉和硼粉放入中頻感應熔煉爐中，向里通入氮氣，通入速率為10?20mL/min，直至置換出所有空氣后，以5?6KHz的頻率進行熔煉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進行霧化噴制造粉，將制出的合金粉末采用旋轉式粉末篩分機進行篩分，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量比為5:2:1進行混合，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的壓力對粉末進行預壓，使模具中的底料粉末壓實以便后續燒結，將預壓后的模具放入放電等離子燒結爐中，對燒結爐進行抽真空，使爐內壓力達到500?700Pa;
(6)在真空狀態下，啟動燒結爐維持脈沖電流為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，保溫燒結4?6h，減壓去模，得到直徑為20mm，厚為1mm的軟磁體，用電火花線切割設備切成外徑15mm，內徑1mm的磁環，即為一種尚電阻率鐵基納米晶軟磁材料。
[0008]本發明的具體應用方法:將本發明制得的高電阻率鐵基納米晶軟磁材料用在能源、電器、電子等領域，經檢測本發明制得的軟磁材料磁導率達到80?90，矯頑力為1000?1100A/m，磁感應強度為0.7?0.8T，電阻達到30?40m Ω，與傳統軟磁材料相比，電阻提高了
40?50%D
[0009]本發明的有益效果是:本發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，既解決了傳統軟磁材料電阻率低，高能耗的缺陷，也使軟磁材料強度變高，同時納米晶的非晶結構讓軟磁材料的綜合性能更加優異。
【具體實施方式】
[0010]取2?3kg破碎陶瓷片，放入顎式破碎機中進行破碎，篩選出粒徑在I?3cm之間的碎片，繼續放入瑪瑙研缽中研磨成粉，過200?300目標準篩，得到陶瓷片粉末;按質量比為70:2:3:9稱取總質量為500?800g鐵粉、銅粉、鈮粉和硼粉放入中頻感應熔煉爐中，向里通入氮氣，通入速率為10?20mL/min，直至置換出所有空氣后，以5?6KHZ的頻率進行熔煉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進行霧化噴制造粉，將制出的合金粉末采用旋轉式粉末篩分機進行篩分，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量比為5: 2:1進行混合，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的壓力對粉末進行預壓，使模具中的底料粉末壓實以便后續燒結，將預壓后的模具放入放電等離子燒結爐中，對燒結爐進行抽真空，使爐內壓力達到500?700Pa;在真空狀態下，啟動燒結爐維持脈沖電流為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，保溫燒結4?6h，減壓去模，得到直徑為20mm，厚為1mm的軟磁體，用電火花線切割設備切成外徑15mm，內徑1mm的磁環，即為一種高電阻率鐵基納米晶軟磁材料。
[0011]實例I
取2kg破碎陶瓷片，放入顎式破碎機中進行破碎，篩選出粒徑在Icm之間的碎片，繼續放入瑪瑙研缽中研磨成粉，過200目標準篩，得到陶瓷片粉末;按質量比為70:2: 3:9稱取總質量為500g鐵粉、銅粉、鈮粉和硼粉放入中頻感應熔煉爐中，向里通入氮氣，通入速率為1mL/min，直至置換出所有空氣后，以5KHz的頻率進行熔煉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進行霧化噴制造粉，將制出的合金粉末采用旋轉式粉末篩分機進行篩分，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