CN116496068A - 一种磁性电感材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磁性电感材料及其制备方法，属于电感材料的制备技术领域。本发明提供的磁性电感材料按重量份计，包括以下组分：四氧化三锰3‑5份；硝酸锰1‑2份；磷酸5‑8份；氧化镁5‑10份；三氧化二铁10‑15份；氧化锌1‑2份；二氧化铈0.05‑0.1份。本发明还提供了该磁性电感材料的制备方法。本发明提供的磁性电感材料制备成的电感器具备稳定性好，电感量高，使用过程中不会出现漏磁，漏感率低，且磁导率高，转换效率高的特点。其很好解决了现有的电感磁性材料存在的温升幅度较大，产品损耗大，饱和电流小的问题。
Description
技术领域
本发明属于电感材料的制备技术领域，具体涉及一种磁性电感材料及其制备方法。
背景技术
集成电路产业自上世纪五十年代诞生以来，一直处于高速发展状态中。从小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）到超大规模集成电路（VLSI），集成度不断得到突破，晶体管特征尺寸也在不断缩小。
电感器是一种磁能存储器件，能够把电能转化为磁能而存储起来，其特性是通直流阻交流，可以对电信号起到滤波效果，是集成电路中极其重要的元件，简称为电感。电感一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁心或铁心等组成，绕组是指具有规定功能的一组线圈，它是电感的基本组成部分。根据电力要求和应用情况的不同，电感中使用的形状、尺寸和材料可能会有所不同。电感广泛应用于通讯设备、电脑设备、视频音频设备、消费类电子产品、电子自动化设备、电信广播设备等各类电子产品之中。
传统插装电感器主要采用绕线的工艺，即用导线空心绕几圈，或者在磁芯或铁芯上用导线绕几圈。随着电子终端产品不断向“小型化、高频化、集成化、复合化、大功率化、多功能化”方向发展，传统插装电感器已不能再适应下游电子产业的需求，从而向体积小、成本低、屏蔽性能优良、可靠性高、适合于高密度表面贴装的片式电感器发展。
虽然贴片式电感的发展解决了电子产品小型化、轻量化的问题，但对于现今高集成度的电子产品而言却远远不能满足。薄膜电感的出现，使电感器从三维结构往二维结构发展，不但降低电感器的体积和重量，还能降低能耗，同时由于各种高性能、低损耗软磁薄膜的研制成功，有效地提高薄膜电感器自身的性能，单位面积上获得更大的化感量。
随着电子元器件逐渐向小型化、集成化发展，对电感器件的电磁性能、力学性能以及几何外形尺寸等要求越来越高。由于对电感器的小型化需求，电感器的磁芯（由磁性材料构成的磁芯）的体积也随之减小，然而，这容易导致电感的降低和直流叠加特性（直流电流负荷时的电感）的恶化。因此，对电感的磁芯材料提出了越来越高的要求。
现有的电感磁性粉末材料，往往使用硝酸锰和羰基铁粉，这类磁性材料存在电阻率低、耐腐蚀性差且，温度稳定性较差的缺陷。在使用过程中存在温升幅度较大，产品损耗大，饱和电流小的问题。
如专利文献CN 114927304 B提供了一种电感用粉末及其制备方法，该电感粉末的软磁粉末由羰基铁粉及铁硅铬粉末组成；并添加了由氧化钴、镍化铁粉末、铁硅铝粉末及FeSiNbCuB晶粉末组成的增强剂，从而提高了磁芯的稳定性能。但该电感粉末制备的电感材料仍然存在温升幅度较大，产品损耗大的问题。
如专利文献CN 116013670 A公开了一种薄型电感器，其磁性粉体是以羰基铁粉、Fe-Si-Gr合金粉末、绝缘剂、热压环氧树脂、润滑剂和有机溶剂制备而成，通过混合、干燥、过筛得到一粉体，然后制备成电感。该材料制备的电感器具有体积小、DCR特性低、温升性能好，且具有良好的抗饱和特性。但是其仍然存在产品损耗大，饱和电流小的问题。
因此，如何提供一种电感的稳定性好，电感量高，且不会出现漏磁，磁导率高，转换效率高的电感用磁性材料，以解决现有的电性材料存在的温升幅度较大，产品损耗大，饱和电流小的问题，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述技术问题，从而提供一种磁性电感材料及其制备方法。本发明的技术目的在于，提供一种磁性电感材料及其制备方法，通过该磁性材料制备的电感器，具备稳定性好，电感量高，且不会出现漏磁，磁导率高，转换效率高，很好解决现有的电感磁性材料存在的温升幅度较大，产品损耗大，饱和电流小的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的目的之一是提供一种磁性电感材料，所述磁性电感材料按重量份计，包括以下组分：
四氧化三锰3-5份；
硝酸锰1-2份；
磷酸5-8份；
氧化镁5-10份；
三氧化二铁10-15份；
氧化锌1-2份；
二氧化铈0.05-0.1份。
本发明人对电感的磁芯材料进行了大量摸索和研究，经过大量试验，发现磁性材料中各原料的组合及配比对制备所得电感的性能有重要影响。其中硝酸锰可以作为磷化促进剂，磷酸作为溶质，能够对磁性材料进行磷化处理，大大提高了磁性电感材料的磁性能。另外，本发明的原料配方中添加的氧化镁和二氧化铈也起到了提升电感性能的作用。如本发明对比例所示，当未添加氧化镁和二氧化铈时，制备得到的电感性能较差，而当未添加二氧化铈时，对电感的性能仍然难以提升，且各原料的配比对电感的性能影响较大。
采用本发明的上述原料制备的磁性电感材料，其温升幅度较低，产品损耗小，饱和电流更大，具备很好的应用前景。
进一步的是，所述磁性电感材料还包括分散剂3-8份和粘合剂2-5份。
进一步的是，所述分散剂为乙二醇或丙三醇。
进一步的是，所述粘合剂为聚丙烯酸钠。
进一步的是，所述四氧化三锰的粒径为100~150目。
进一步的是，所述氧化镁和氧化锌的粒径为100~200目。
进一步的是，所述三氧化二铁的粒径为50~100目。
进一步的是，所述二氧化铈的粒径为200~500目。
本发明的目的之二是提供一种如上所述的磁性电感材料的制备方法，包括以下步骤：
按原料重量份，取四氧化三锰3-5份、氧化镁5-10份、三氧化二铁10-15份、氧化锌1-2份，加入乙醇溶液中混合均匀；
（2）将硝酸锰与磷酸进行混合，然后加入到步骤（1）的混合物中；
（3）向步骤（2）所得物中加入二氧化铈0.05-0.1份，搅拌均匀，得到浆料；
（4）将所得浆料倒入模具中，经热压，固化冷却后脱模，即得磁性电感材料。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种磁性电感材料及其制备方法，本发明提供的磁性电感材料制备的电感器稳定性好，不会发生漏磁，且电感的磁导率高，转换效率得到提升；
（2）本发明的磁性电感材料中各原料组分在磁芯中均发挥了重要的作用，缺少某一组分将会影响电感的性能。采用本发明的上述原料制备的磁性电感材料，其温升幅度较低，产品损耗小，饱和电流更大，具备很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的T+U core电感器的制备工艺流程图。
实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一种磁性电感材料，按重量份计，包括以下组分：
四氧化三锰3份；
硝酸锰1份；
磷酸5份；
氧化镁5份；
三氧化二铁10份；
氧化锌1份；
二氧化铈0.05份。
上述原料中，四氧化三锰的粒径为100目，氧化镁的粒径为100目，氧化锌的粒径为100目，三氧化二铁的粒径为50目，二氧化铈的粒径为200目。
该磁性电感材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取四氧化三锰、氧化镁、三氧化二铁、氧化锌，加入乙醇溶液中混合均匀；
（2）将硝酸锰与磷酸进行混合，然后加入到步骤（1）的混合物中；
（3）向步骤（2）所得物中加入二氧化铈，搅拌均匀，得到浆料；
（4）将所得浆料倒入模具中，经热压，固化冷却后脱模，即得磁性电感材料。
将上述磁性电感材料作为磁芯，按照本发明图1的工艺流程，通过绕线方法（T+Ucore）制备成电感器。
实施例2
一种磁性电感材料，按重量份计，包括以下组分：
四氧化三锰5份；
硝酸锰2份；
磷酸8份；
氧化镁10份；
三氧化二铁15份；
氧化锌2份；
二氧化铈0.1份。
上述原料中，四氧化三锰的粒径为150目，氧化镁的粒径为200目，氧化锌的粒径为200目，三氧化二铁的粒径为100目，二氧化铈的粒径为500目。
该磁性电感材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取四氧化三锰、氧化镁、三氧化二铁、氧化锌，加入乙醇溶液中混合均匀；
（2）将硝酸锰与磷酸进行混合，然后加入到步骤（1）的混合物中；
（3）向步骤（2）所得物中加入二氧化铈，搅拌均匀，得到浆料；
（4）将所得浆料倒入模具中，经热压，固化冷却后脱模，即得磁性电感材料。
将上述磁性电感材料作为磁芯，通过绕线方法制备成电感材料。
实施例3
一种磁性电感材料，按重量份计，包括以下组分：
四氧化三锰4份；
硝酸锰1份；
磷酸6份；
氧化镁8份；
三氧化二铁12份；
氧化锌1份；
二氧化铈0.08份；
分散剂乙二醇3份；
粘合剂聚丙烯酸钠2份。
上述原料中，四氧化三锰的粒径为120目，氧化镁的粒径为150目，氧化锌的粒径为150目，三氧化二铁的粒径为70目，二氧化铈的粒径为300目。
该磁性电感材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取四氧化三锰、氧化镁、三氧化二铁、氧化锌，加入乙醇溶液中混合均匀；
（2）将硝酸锰与磷酸进行混合，然后加入到步骤（1）的混合物中；
（3）向步骤（2）所得物中加入二氧化铈，搅拌均匀，得到浆料；
（4）将所得浆料倒入模具中，经热压，固化冷却后脱模，即得磁性电感材料。
将上述磁性电感材料作为磁芯，通过绕线方法制备成电感材料。
实施例4
一种磁性电感材料，按重量份计，包括以下组分：
四氧化三锰4份；
硝酸锰2份；
磷酸7份；
氧化镁9份；
三氧化二铁14份；
氧化锌2份；
二氧化铈0.09份；
分散剂丙三醇8份；
粘合剂聚丙烯酸钠5份。
上述原料中，四氧化三锰的粒径为100目，氧化镁的粒径为200目，氧化锌的粒径为200目，三氧化二铁的粒径为100目，二氧化铈的粒径为500目。
该磁性电感材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取四氧化三锰、氧化镁、三氧化二铁、氧化锌，加入乙醇溶液中混合均匀；
（2）将硝酸锰与磷酸进行混合，然后加入到步骤（1）的混合物中；
（3）向步骤（2）所得物中加入二氧化铈，搅拌均匀，得到浆料；
（4）将所得浆料倒入模具中，经热压，固化冷却后脱模，即得磁性电感材料。
将上述磁性电感材料作为磁芯，通过绕线方法制备成电感材料。
对比例1
参照实施例1，不同之处在于，将原料中的5份氧化镁去除。
对比例2
参照实施例2，不同之处在于，将原料中的0.1份二氧化铈去除。
对比例3
参照实施例3，不同之处在于，将原料中的1份硝酸锰去除。
对比例4
参照实施例4，不同之处在于，将原料中的磷酸去除。
实验例1
以上述实施例1-4和对比例1-4制备所得材料为磁芯，通过绕线方法制备成电感器。并参照专利CN115642030A中的方法，以制备1412065-R47规格的电感器为例，对采用不同磁芯材料制备得到相同电感量的电感器进行转换效率测试，转换效率测试方法为将各组电感器分别安装在同一降压模块电路上，在相同频率和输入电压条件下测试。并以现有方法一（专利CN115642030A）和现有方法二（CN114758868A）中实施例的制备方法作为对比，各电感器的测试结果如表1所示：
表1
| 对象 | 固定电感量（μH） | 转换效率（%） |
| 实施例1 | 0.47 | 92.11 |
| 实施例2 | 0.47 | 91.96 |
| 实施例3 | 0.47 | 91.84 |
| 实施例4 | 0.47 | 92.23 |
| 对比例1 | 0.47 | 88.17 |
| 对比例2 | 0.47 | 87.90 |
| 对比例3 | 0.47 | 86.34 |
| 对比例4 | 0.47 | 85.87 |
| 现有方法一 | 0.47 | 87.90 |
| 现有方法二 | 0.47 | 86.12 |
对本发明实施例1-4和对比例1-4以及现有方法一和现有方法二制备的电感器进行电感量的测试，电感量的测试方法参考“谭克研. 基于线圈电感量推导公式的电感器测量方法探析[J]. 通讯世界, 2017(24):2.”中提及的RLC测量方法。设定频率为1MHz，测得的各电感的电感量如表2所示。
表2
| 对象 | 电感量（μH） |
| 实施例1 | 1.75 |
| 实施例2 | 1.72 |
| 实施例3 | 1.74 |
| 实施例4 | 1.76 |
| 对比例1 | 1.62 |
| 对比例2 | 1.63 |
| 对比例3 | 1.60 |
| 对比例4 | 1.61 |
| 现有方法一 | 1.56 |
| 现有方法二 | 1.62 |
按照文献“靳艳娇, 曾洪涛, 李芳义,等. 高频变压器漏感计算方法及优化设计研究[J]. 电力电子技术, 2020, 54(5):5.”中的方法计算制备的电感器是否出现漏感，分别将实施例1-4和对比例1-4以及现有方法一和现有方法二制备的电感器各取1000个样品进行检测，并统计样品的漏感率，结果如表3所示：
表3
| 对象 | 漏感率（%） |
| 实施例1 | 0.3 |
| 实施例2 | 0.2 |
| 实施例3 | 0.2 |
| 实施例4 | 0.1 |
| 对比例1 | 0.6 |
| 对比例2 | 0.7 |
| 对比例3 | 0.8 |
| 对比例4 | 0.8 |
| 现有方法一 | 1 |
| 现有方法二 | 2 |
采用本发明实施例1-4的粉体材料按照图1所示的方法制备的电感器，其温升幅度较低，不超过5℃，产品基本无损耗，饱和电流可达12A以上。
而采用对比例1-4的粉体材料按照图1所示的方法制备的电感器，其温升幅度较高，达到10℃以上，产品损耗情况严重，饱和电流最高仅达到8A。
Claims (9)
1.一种磁性电感材料，其特征在于，所述磁性电感材料按重量份计，包括以下组分：
四氧化三锰3-5份；
硝酸锰1-2份；
磷酸5-8份；
氧化镁5-10份；
三氧化二铁10-15份；
氧化锌1-2份；
二氧化铈0.05-0.1份。
2.根据权利要求1所述的磁性电感材料，其特征在于，所述磁性电感材料还包括分散剂3-8份和粘合剂2-5份。
3.根据权利要求2所述的磁性电感材料，其特征在于，所述分散剂为乙二醇或丙三醇。
4.根据权利要求2所述的磁性电感材料，其特征在于，所述粘合剂为聚丙烯酸钠。
5.根据权利要求1所述的磁性电感材料，其特征在于，所述四氧化三锰的粒径为100~150目。
6.根据权利要求1所述的磁性电感材料，其特征在于，所述氧化镁和氧化锌的粒径为100~200目。
7.根据权利要求1所述的磁性电感材料，其特征在于，所述三氧化二铁的粒径为50~100目。
8.根据权利要求1所述的磁性电感材料，其特征在于，所述二氧化铈的粒径为200~500目。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的磁性电感材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按原料重量份，取四氧化三锰3-5份、氧化镁5-10份、三氧化二铁10-15份、氧化锌1-2份，加入乙醇溶液中混合均匀；
（2）将硝酸锰与磷酸进行混合，然后加入到步骤（1）的混合物中；
（3）向步骤（2）所得物中加入二氧化铈0.05-0.1份，搅拌均匀，得到浆料；
（4）将所得浆料倒入模具中，经热压，固化冷却后脱模，即得磁性电感材料。
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