CN103046033A - 一种包覆型羰基铁粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种包覆型羰基铁粉的制备方法，属于粉末冶金制备磁性功能材料技术领域。工艺步骤为：首先将羰基铁粉置于酸性处理液中，在20～70℃温度下搅拌5～60min，经过滤、洗涤并干燥，再置于乙醇镁处理液中，通过溶胶凝胶法在50～80℃温度下搅拌30～120min，过滤洗涤，最后于50～120℃干燥，得到表面包覆有磷酸盐层和氧化镁层的复合型羰基铁粉。优点在于，所制备的磷酸盐和氧化镁膜层能提高材料的电阻率，起绝缘作用，大幅降低软磁粉芯的磁损耗，同时该绝缘膜耐高温性能较好，能经受550℃以上温度热处理而不会损坏。

Description

一种包覆型羰基铁粉的制备方法

技术领域

本发明属于粉末冶金制备磁性功能材料技术领域，特别涉及一种包覆型羰基铁粉的制备方法。 

背景技术

羰基铁粉是由五羰基铁通过热分解制取的平均粒径在1-10微米左右的洋葱头层状结构粉末，纯度高，活性大，具有在高频和超高频下的高磁通率，也被广泛应用于制造磁性材料，在制作高频铁粉芯中有不可替代的作用。尤其是用于高频下高品质因素高磁导率低损耗软磁材料，高频表面贴装（SMD）和抗电磁干扰（EMI）元件等方面，具有成本低、可靠性佳和易成型加工等优点。 

用羰基铁粉制备的电子元器件都要求高的品质因素，而品质因素反映的是软磁材料在交变磁化时能量的储存和损耗之比，也就是说，材料的磁导率越高，磁损耗越低，品质因素也就越大。为了降低软磁粉芯的磁损耗，通常通过在软磁粉末表面包覆绝缘膜层来提高材料的电阻率。因为较高频率时，软磁器件的磁损耗主要是指涡流损耗，并且频率越高越明显，而涡流损耗与其电阻率成反比。到目前为止，国内出现过一些关于铁粉表面包覆绝缘层的专利技术，比如，德国的罗伯特·博世有限公司（Robert Bosch GmbH）的专利（申请号：03811970.6，公开号：CN1656575A）和瑞典

 公司的专利（申请号：97192452.X，公开号：CN1211943A）（申请号：200480025248.8，公开号：CN1845805A）技术中均采用磷化工艺获得磷酸盐包覆层绝缘铁粉；日本JFE公司的专利（申请号：200480025248.8，公开号：CN1518011A）技术中采用磷酸铝盐包覆软磁粉末制得绝缘软磁粉。日本TDK株式会社（申请号：97102244.5，公开号：CN1167990A）通过在铁粉中添加二氧化硅、硅氧烷树脂和有机钛化合物成功制得了由铁粉和硅钛氧膜层组成的软磁包覆粉。北京科技大学的专利（申请号：200910093052.7，公开号：CN101658932A）也报道了一种通过磷化和皂化工艺制备了表面包覆有磷酸盐和硬脂酸锌，具有自润滑功能的绝缘铁粉。湖州科达磁电有限公司的技术（申请号：200710186855.8，公开号：CN101226807A）采用溶胶凝胶法制备了二氧化硅和有机聚合物复合绝缘包覆的软磁铁粉。对于羰基铁粉，江苏天一超细金属粉末有限公司的专利技术（申请号： 200610040493.7，公开号：CN1895820A）提供了一种用偶联剂、氨水改性羰基铁粉或二氧化硅表面后采用物理方法制备纳米二氧化硅包覆羰基铁粉的方法。 

以上技术获得的包覆层大部分是单一绝缘层，并且这些绝缘层都没有好的耐高温性能（一般不超过500℃），不能经受更高温度下的热处理。而软磁粉芯只有经过较高温度的热处理，才能更好的消除内应力，同时优化磁畴结构，提高软磁性能。同时，不断寻求具有更好耐高温性能的绝缘膜层也是软磁粉末包覆层重要的研究与发展方向。有研究资料([Journal of Magnetism and Magnetic Materials]2010(322)，808～813）表明氧化镁能经受600℃以上的热处理温度，耐高温性能很好，是用来作为软磁粉末绝缘包覆层的理想材料。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种包覆型羰基铁粉的制备方法。该制备方法具有包覆均匀、绝缘膜层耐高温性能好和成本低的特点。所制备的磷酸盐和氧化镁膜层能提高材料的电阻率，起绝缘作用，大幅降低软磁粉芯的磁损耗，同时该绝缘膜耐高温性能较好，能经受550℃以上温度热处理而不会损坏，为后续成型和热处理工艺创造了有利条件。较高温度下的热处理能更好地消除压制产生的内应力，优化磁畴结构，进而提高磁导率，降低磁滞损耗。 

本发明的主要工艺过程：羰基铁粉→酸性处理液处理→过滤→洗涤→烘干→溶胶凝胶包覆→干燥→绝缘铁粉。工艺步骤为：首先将羰基铁粉置于酸性处理液中，在20～70℃温度下搅拌5～60min，经过滤、洗涤并干燥，再置于乙醇镁处理液中，通过溶胶凝胶法在50～80℃温度下搅拌30～120min，过滤洗涤，最后于50～120℃干燥，得到表面包覆有磷酸盐层和氧化镁层的复合型羰基铁粉。 

本发明所述的羰基铁粉是指通过羰基法制备的超细金属铁粉末，平均粒径为1～10微米。 

本发明所述的羰基铁粉在酸性处理液和乙醇镁处理液中的浓度为0.1～5g/ml。 

本发明所述的酸性处理液组成成分为磷酸锌铁盐、磷酸、六氟钛酸、去离子水和乙醇。控制磷酸盐的浓度为0.02～0.5g/ml，磷酸和六氟钛酸浓度为0.002～0.05g/ml，去离子水体积分数为5～15%，其余为乙醇。 

本发明所述的溶胶凝胶法包覆氧化镁绝缘层的具体步骤为： 

（1）将氧化镁溶胶前驱体乙醇镁在乙醇和去离子水的混合溶液中水解，加入氨水作为催化剂制备氧化镁溶胶； 

（2）在溶胶中加入需处理的羰基铁粉，50～80℃温度下不断搅拌，保持均匀混合，逐渐生成凝胶，直至溶剂全部挥发； 

（3）所得氧化镁凝胶包覆羰基铁粉在50～120℃干燥2～6小时。 

本发明所述的溶胶凝胶法中，乙醇镁的浓度为0.02～0.2g/ml，氨水浓度为0.002～0.02g/ml，去离子水体积分数为5～15%，其余为乙醇。 

本发明所述的包覆型羰基铁粉具有磷酸盐层和氧化镁绝缘层并存的复合包覆结构。 

作为优选，磷酸盐的浓度最好为0.05～0.2g/ml，磷酸和六氟钛酸浓度最好为0.005～0.02g/ml，去离子水体积分数最好为5～10%。 

作为优选，酸性处理液中的处理温度最好为20～50℃，处理时间最好为10～30min。 

作为优选，溶胶生成温度最好为70～80℃，凝胶干燥温度最好为70～90℃。 

因磷酸盐包覆层有高的电阻率，能有效降低软磁复合材料粉芯的磁损耗，氧化镁包覆层在增强绝缘性的同时能提高包覆粉的耐热性能，为后续粉末冶金成型和热处理工艺创造有利条件。同时，粉芯综合磁性能可通过控制绝缘层厚度来调整。 

本发明将液相法和溶胶凝胶法进行结合，实现了对羰基铁粉的复合包覆，优点在于： 

1、羰基铁粉表面的绝缘层具有好的耐高温性能，改善了绝缘铁粉一直以来受限于绝缘层而热处理温度太低的问题； 

2、本发明所制备的软磁粉芯具有高的电阻率和低的磁损耗，并且可以根据实际需要通过调整绝缘膜层的厚度来调节粉芯的软磁性能。 

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但实施例不限制本发明，且发明中未述及之处适用于现有技术。 

实施例1 

原料铁粉采用平均粒径1微米的高纯羰基铁粉，控制其浓度为2g/ml。取一定量磷酸锌铁盐、磷酸、六氟钛酸和去离子水加入到乙醇中配成酸性处理液。控制磷酸盐的浓度为0.02g/ml，磷酸浓度为0.05g/ml，六氟钛酸浓度为0.002g/ml，去离子水体积分数为5%。将铁粉加入到酸性处理液中70℃机械搅拌反应5min，用无水乙醇过滤洗涤3次后置于80℃充分干燥。取一定量乙醇镁加入到乙醇和去离子水的混合 溶液中进行水解，同时加入一定量氨水作为催化剂制备溶胶。控制乙醇镁的浓度为0.2g/ml，氨水浓度为0.02g/ml，去离子水体积分数为15%。在溶胶中加入先前处理的羰基铁粉，80℃温度下不断搅拌120min，保持均匀混合，逐渐生成凝胶，直至溶剂全部挥发，再置于50℃干燥6小时得到磷酸盐和氧化镁绝缘层复合包覆的羰基铁粉。铁粉经绝缘化处理后表面变得更加光滑，光泽度也更好，且包覆层均匀完整，没有裂缝。对比包覆处理前后铁粉所制成环状磁芯的性能发现，磁芯的电阻率由3μΩ·m增大至58μΩ·m，1MHz频率下的磁导率由11.5将至10.8，品质因素由42增大到106。 

实施例2 

原料铁粉采用平均粒径3微米的高纯羰基铁粉，控制其浓度为0.1g/ml。取一定量磷酸锌铁盐、磷酸、六氟钛酸和去离子水加入到乙醇中配成酸性处理液。控制磷酸盐的浓度为0.5g/ml，磷酸浓度为0.002g/ml，六氟钛酸浓度为0.002g/ml，去离子水体积分数为15%。水浴加热处理液至50℃，将铁粉加入到酸性处理液中机械搅拌反应30min，用无水乙醇过滤洗涤3次后置于80℃充分干燥。取一定量乙醇镁加入到乙醇和去离子水的混合溶液中进行水解，同时加入一定量氨水作为催化剂制备溶胶。控制乙醇镁的浓度为0.02g/ml，氨水浓度为0.002g/ml，去离子水体积分数为5%。在溶胶中加入先前处理的羰基铁粉，50℃温度下不断搅拌30min，保持均匀混合，逐渐生成凝胶，直至溶剂全部挥发，再置于120℃干燥2小时得到磷酸盐和氧化镁绝缘层复合包覆的羰基铁粉。所制成环状磁芯的电阻率为68μΩ·m，1MHz频率下的磁导率为10.2，品质因素增大至115。 

实施例3 

原料铁粉采用平均粒径5微米的高纯羰基铁粉，控制其浓度为1g/ml。取一定量磷酸锌铁盐、磷酸、六氟钛酸和去离子水加入到乙醇中配成酸性处理液。控制磷酸盐的浓度为0.1g/ml，磷酸浓度为0.01g/ml，六氟钛酸浓度为0.05g/ml，去离子水体积分数为10%。将铁粉加入到酸性处理液中室温（20℃）机械搅拌反应60min，用无水乙醇过滤洗涤3次后置于80℃充分干燥。取一定量乙醇镁加入到乙醇和去离子水的混合溶液中进行水解，同时加入一定量氨水作为催化剂制备溶胶。控制乙醇镁的浓度为0.1g/ml，氨水浓度为0.01g/ml，去离子水体积分数为5%。在溶胶中加入先前处理的羰基铁粉，60℃温度下不断搅拌，保持均匀混合，逐渐生成凝胶，直至溶剂全部挥发，再置于80℃干燥4小时得到磷酸盐和氧化镁绝缘层复合包覆的羰基 铁粉。所制成环状磁芯的电阻率为24μΩ·m，1MHz频率下的磁导率10.7，品质因素为96。 

实施例4 

原料铁粉采用平均粒径10微米的高纯羰基铁粉，控制其浓度为5g/ml。取一定量磷酸锌铁盐、磷酸、六氟钛酸和去离子水加入到乙醇中配成酸性处理液。控制磷酸盐的浓度为0.2g/ml，磷酸浓度为0.02g/ml，六氟钛酸浓度为0.01g/ml，去离子水体积分数为5%。将铁粉加入到酸性处理液中室温机械搅拌反应30min，用无水乙醇过滤洗涤3次后置于80℃充分干燥。取一定量乙醇镁加入到乙醇和去离子水的混合溶液中进行水解，同时加入一定量氨水作为催化剂制备溶胶。控制乙醇镁的浓度为0.1g/ml，氨水浓度为0.01g/ml，去离子水体积分数为10%。在溶胶中加入先前处理的羰基铁粉，80℃温度下不断搅拌120min，保持均匀混合，逐渐生成凝胶，直至溶剂全部挥发，再置于80℃干燥6小时得到磷酸盐和氧化镁绝缘层复合包覆的羰基铁粉。所制成环状磁芯的电阻率为35μΩ·m，1MHz频率下的磁导率10.6，品质因素为120。 

Claims (8)

1.一种包覆型羰基铁粉的制备方法，其特征在于，工艺步骤为：首先将羰基铁粉置于酸性处理液中，在20～70℃温度下搅拌5～60min，经过滤、洗涤并干燥，再置于乙醇镁处理液中，通过溶胶凝胶法在50～80℃温度下搅拌30～120min，过滤洗涤，最后于50～120℃干燥，得到表面包覆有磷酸盐层和氧化镁层的复合型羰基铁粉。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的羰基铁粉是指通过羰基法制备的超细金属铁粉末，平均粒径为1～10微米。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的羰基铁粉在酸性处理液和乙醇镁处理液中的浓度为0.1～5g/ml。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的酸性处理液组成成分为磷酸锌铁盐、磷酸、六氟钛酸、去离子水和乙醇。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的酸性处理液中，磷酸盐的浓度为0.02～0.5g/ml，磷酸和六氟钛酸浓度为0.002～0.05g/ml，去离子水体积分数为5～15%，其余为乙醇。

6.根据权利要求1～5所述的制备方法，其特征在于：所述的溶胶凝胶法包覆氧化镁绝缘层的具体步骤为：

（1）将氧化镁溶胶前驱体乙醇镁在乙醇和去离子水的混合溶液中水解，加入氨水作为催化剂制备氧化镁溶胶；

（2）在溶胶中加入需处理的羰基铁粉，50～80℃温度下不断搅拌，保持均匀混合，逐渐生成凝胶，直至溶剂全部挥发；

（3）所得氧化镁凝胶包覆羰基铁粉在50～120℃干燥2～6小时。

7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于：所述的溶胶凝胶法中，乙醇镁的浓度为0.02～0.2g/ml，氨水浓度为0.002～0.02g/ml，去离子水体积分数为5～15%，其余为乙醇。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的包覆型羰基铁粉具有磷酸盐层和氧化镁绝缘层并存的复合包覆结构。