DE10348808A1

DE10348808A1 - Verfahren zur Herstellung von amorphen Metallpulvern auf Fe-Basis sowie Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Kerns unter Verwendung solcher Pulver

Info

Publication number: DE10348808A1
Application number: DE10348808A
Authority: DE
Inventors: Yong Sul Gwanak Song; Jae Hwa Guri Hong; Hie Jin Kimpo Kim
Original assignee: AMOTECH CO; Amotech Co Ltd
Current assignee: Amosense Co Ltd
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: DE10348808B4; JP2005057230A; KR100545849B1; JP4274897B2; US7172660B2; CN1232375C; CN1579681A; KR20050015563A; US20050028889A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Kerns unter Verwendung von amorphen Metallpulvern auf Fe-Basis bereitgestellt. Die amorphen weichmagnetischen Pulver erhält man durch Zerkleinern von amorphen Bändern, die unter Verwendung eines Schnellverfestigungsprozesses (RSP) hergestellt wurden. Zur Herstellung des magnetischen Kerns wird eine Wärmevorbehandlung der amorphen Metallbänder durchgeführt, die dann zerkleinert werden, wodurch sich amorphe Metallpulver ergeben, die klassiert und dann zu einer Verteilung von Pulverteilchen gemischt werden, die eine optimale gleichförmige Zusammensetzung haben. Die gemischten amorphen Metallpulver werden dann mit einem Bindemittel vermischt. Aus der Mischung wird ein Kern gebildet, der glühbehandelt und anschließend mit einem isolierenden Harz beschichtet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Kerns sowie auf ein Verfahren zur Herstellung von amorphen Metallpulvern zur Verwendung in einem weichmagnetischen Kern.

Zur Umwandlung von hochfrequentem Wechselstrom in Gleichstrom verwendet man das sogenannte SMPS-Verfahren (Switching Mode Power Supply). Dem dabei erzeugten Gleichstrom ist eine Wechselstromkomponente überlagert, die den Gleichstrom wellig macht. Diese Welligkeit wird in einem Filter mit zwei Kondensatoren und einer Drosselspule geglättet, wofür die Drosselspule einen Magnetkern mit einer sogenannten Gleichstromüberlappungseigenschaft beziehungsweise Gleichstromvormagnetisierungscharakteristik hat.

Die Eigenschaften, die eine solche, bei der SMPS-Methode eingesetzte glättende Drosselspule haben soll, sind eine geeignete Induktivität L, ein niedriger Kernverlust beziehungsweise Eisenverlust und eine hervorragende Gleichstromüberlappungscharakteristik.

Die Gleichstromüberlappungscharakteristik in dem hier verwendeten Sinn ist, wie erwähnt, eine Magnetkerncharakteristik bezogen auf eine vom einem schwachen Wechselstrom gebildete Wellenform, die bei der Umwandlung eines in eine Leistungsversorgung eingespeisten Wechselstroms in einen Gleichstrom erzeugt wird, auf den überlappt beziehungsweise überdeckt wird. Wenn der Gleichstrom über den Wechselstrom überdeckt wird, wird die magnetische Permeabilität des Kerns proportional zum Gleichstrom verringert. Die Gleichstromüberlappungscharakteristik wird hier als Verhältnis bestimmt (%μ Permeabilität), das als Gleichstromüberlappungspermeabilität bezogen auf eine Permeabilität in dem Zustand wiedergegeben wird, in dem der Gleichstrom nicht überlappt ist.

Ein amorpher weichmagnetischer Körper auf Fe-Basis, der als herkömmlicher weichmagnetischer Hochfrequenzkörper verwendet wird, hat eine hohe Sättigungs-Magnetfelddichte (Bs), jedoch eine geringe magnetische Permeabilität, eine starke magnetische Verformung sowie ein mittelmäßige Hochfrequenzcharakteristik. Ein amorpher weichmagnetischer Körper auf Co-Basis hat eine geringe Sättigungs-Magnetfelddichte und den Nachteil, dass das Rohmaterial teuer ist. Bei Verwendung einer amorphen weichmagnetischen Legierung kann diese zwar in eine Toroidform gebracht werden, es ist jedoch schwierig, ihr die Form eines Bandes zu geben. Da ein weichmagnetischer Ferritkörper einen niedrigen Hochfrequenzverlust und eine geringe Sättigungs-Magnetfelddichte hat, ist es schwierig, ein kompaktes Produkt zu erzielen. Sowohl der amorphe weichmagnetische Körper als auch der weichmagnetische Ferritkörper haben aufgrund einer niedrigen Kristallisierungstemperatur eine schlechte thermische Stabilität.

Es ist bekannt, einen weichmagnetischen Kern dadurch zu erzeugen, dass man ein amorphes Band mit einem Schnellverfestigungsprozess (RSP) herstellt und dieses Band zu einem Kern wickelt. Der so hergestellte weichmagnetische Kern hat eine bemerkenswert niedrige Gleichstromüberlappungscharakteristik und ein bemerkenswert niedrige Hochfrequenzcharakteristik sowie einen mittelmäßigen Kernverlust beziehungsweise Eisenverlust. Der Grund dafür besteht darin, dass ein als Pulver erzeugter Kern den Effekt eines gleichförmig verteilenden Luftspalts hat, in dem zwischen den Pulverteilchen eine isolierende Schicht gebildet wird, jedoch keine Luftspalte im Falle eines zu einem Kern gewickelten amorphen Bandes hat. Dadurch hat ein Kern, der unter Verwendung eines amorphen Bandes ausgebildet wird, um die Gleichstromüberlappungscharakteristik zu verbessern, einen dünnen Spalt. In diesem Fall sinkt der Wirkungsrad und eine elektromagnetische Welle kann aufgrund eines aus dem Spalt erzeugten Leckflusses andere elektronische Geräte und den menschlichen Körper beeinflussen.

Weichmagnetische Kerne, die in Drosselspulen zur Unterdrückung oder Glättung des elektronischen Rauschens verwendet werden, werden auch so hergestellt, dass magnetisches Metallpulver, beispielsweise reines Eisen, eine Fe-Si-Al-Legierung, im folgenden Sendust, eine Ni-Fe-Mo-Permalloy, im folgenden MPP, eine Ni-Fe-Permalloy, im folgenden Hiflux, mit keramischen Isolationsmaterialien beschichtet wird, anschließend dem beschichteten Metallpulver Formungsschmiermittel zugesetzt werden und daraufhin die Kerne mittels Druck und Wärmbehandlung ausgeformt wird.

Nach dem Stand der Technik wird zwischen den Pulverteilchen während der Herstellung eines weichmagnetischen Kerns eine Isolierschicht ausgebildet, um dadurch einen Luftspalt gleichmäßig zu verteilen. Dadurch werden Wirbelstromverluste, die bei Hochfrequenz stark zunehmen, minimiert. Der Luftspalt wird als Ganzes aufrechterhalten. Dadurch wird bei hohen Strömen eine ausgezeichnete Gleichstromüberlappungscharakteristik erreicht.

Beispielsweise wird ein Kern aus reinem Eisenpulver für eine Drosselspule bei einer Leistungszuführung im Umschaltmodus (SMPS) mit einer Schaltfrequenz von 50 kHz oder weniger verwendet, um ein elektronisches Rauschen zu unterdrücken, das durch überlappenden Hochfrequenzstrom erzeugt wird. Für eine sekundäre glättende Drosselspule oder eine Rauschunterdrückung in einer SMPS mit einer Schaltfrequenz im Bereich von 100 kHz bis 1 MHz verwendet man einen Kern aus Sendust.

Kerne aus MPP und Hiflux werden in einem Frequenzbereich eingesetzt, der dem des Sendust-Kerns entspricht. Sie haben eine bessere Gleichstromüberlappungscharakteristik und eine geringere Kernverlustcharakteristik als der Kern aus Sendust, jedoch den Nachteil, dass die Kerne sehr teuer sind.

Neuerdings verlangt man von weichmagnetischen Kernen ein komplizierteres Eigenschaftsbild im Hinblick auf Kompaktheit, Integration und hohe Zuverlässigkeit bei einer Leistungsversorgung mit Schaltmodus bei einer Verwendung von SMPS (Leistungsversorgung mit Schaltmodus).

Für die Herstellung eines glättenden Drosselkerns für eine Leistungsversorgung im Umschaltmodus (SMPS) verwendet man eine Vielzahl von Metallpulvern in unterschiedlichen Formen für jeden Einsatz unter Berücksichtigung der Kosten, des Kernverlusts, der Gleichstromüberlappungscharakteristik und der Kerngröße.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, im Hinblick auf die Nachteile beim Stand der Technik ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Kerns bereitzustellen, der eine ausgezeichnete Gleichstromüberlappungscharakteristik hat, dessen Herstellungskosten niedrig sind und der auch mit einer komplizierten Form gefertigt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Ansprüchen angegebenen Maßnahmen und insbesondere durch ein Verfahren zur Herstellung von amorphen Metallpulvern auf Fe-Basis sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Kerns unter Verwendung der amorphen Metallpulver auf Fe-Basis gelöst, wobei das amorphe weichmagnetische Pulver dadurch erhalten wird, dass unter Einsatz eines Schnellverfestigungsprozesses (RSP) erhaltene amorphe Bänder zerkleinert werden, wodurch sich eine hervorragende Gleichstromüberlappungscharakteristik bei einem starken Stromfluss und ein ausgezeichneter Kernverlust ergeben.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Kerns, bei welchem amorphe Metallpulver auf Fe-Basis mit einer hohen Zusammensetzungsgleichförmigkeit und einem niedrigen Oxidationspegel durch Zerkleinern der amorphen Bänder erhalten werden, die durch Einsatz eines Schnellverfestigungsprozesses (RSP) erzeugt wurden, wird eine weichmagnetischer Kern durch Verwendung der amorphen Metallpulver auf Fe-Basis hergestellt, der in weitem Umfang in dem Bereich verwendet werden kann, in welchem eine ausgezeichnete Gleichstromüberlappungscharakteristik bei einem starken Stromfluss mit einem nachteiligen Einsatzzustand gefordert wird, und in welchem ein glättender Drosselkern für eine Leistungszufuhr im Umschaltmodus (SMPS) hergestellt wird.

Erfindungsgemäß kommt ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Kerns zum Einsatz, der eine hervorragende Gleichstromüberlappungscharakteristik hat sowie billig herzustellen ist, wofür ein amorphes Metallband auf Fe-Basis verwendet wird, das unter Einsatz eines Schnellverfestigungsprozesses (RSP) erzeugt wird. Die bekannte amorphe Legierung auf Fe-Basis hat dabei Fe als Basiskomponente und als Zusatzkomponente wenigstens ein metalloides Element, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus P, C, B, Si, Al und Ge besteht.

Bei der Herstellung des amorphen weichmagnetischen Kerns wird eine Wärmevorbehandlung von amorphen Metallbändern aus einer amorphen Metalllegierung auf Fe-Basis unter Verwendung eines Schnellverfestigungsprozesses (RSP) ausgeführt, werden die amorphen Metallbänder zerkleinert, um dadurch amorphe Metallpulver zu erhalten, werden die amorphen Metallpulver klassiert und anschließend zu einer Verteilung der Pulverteilchen vermischt, die eine optimale gleichförmige Zusammensetzung hat, werden die gemischten amorphen Me tallpulver mit einem Bindemittel gemischt, wird anschließend ein Kern gebildet und wird daraufhin der gebildete Kern glühbehandelt und anschließend mit einem isolierenden Harz beschichtet.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, in denen

1 in einem Ablaufdiagramm die erfindungsgemäßen Schritte von der Herstellung amorpher Metallpulver bis zur Bildung eines Induktors zeigt,

2 in einem Diagramm die Änderung der magnetischen Permeabilität entsprechend einer Gleichstromüberlappung bei einer Induktivität von 100 kH und einer Spannung 1 V nach der Ausformung zeigt und

3 in einem Diagramm den Kernverlust bei einer Frequenz von 25 kHz, 50 kHz beziehungsweise 100 kHz zeigt.

Entsprechend dem Ablaufdiagramm von 1 wird ein Band aus amorphem Metall, das im Schritt S1 durch einen Schnellverfestigungsprozess (RSP) hergestellt wird, im Schritt S2 über mehr als eine Stunde bei einer Temperatur von 100°C bis 400°C für die anschließende Herstellung von amorphen Metallpulvern auf Fe-Basis thermisch vorbehandelt und dann im Schritt S3 zerkleinert.

Der Grund für die Einstellung der Temperatur auf den Bereich von 100°C bis 400°C für die Wärmevorbehandlung besteht darin, dass bei einer Temperatur von weniger als 100°C sich kein Wärmevorbehandlungseffekt einstellt und das bei einer Temperatur von mehr als 400°C auch der innere Teil des amorphen Metallbands kristallisiert werden kann.

Die Wärmevorbehandlung beeinträchtig die Eigenschaft des Metallpulvers nicht, erhöht jedoch den Zerkleinerungswirkungsgrad um 20% bis 30%. Da das durch Verwendung der physikalischen Zerkleinerung erhaltene Metallpulver eine gute Zusammensetzungsgleichförmigkeit und einen niedrigen Oxidationspegel verglichen mit Metallpulver hat, das nach einem Fluidsprühverfahren erhalten wird, hat ein unter Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Metallpulvers gefertigtes Produkt eine hervorragende Gleichförmigkeit. Das bedeutet, dass das Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern mittels eines Zerkleinerungsprozesses das Problem löst, dass die in Masse gefertigten Produkte aufgrund der Absenkung der Gleichförmigkeit des Pulvers aus dem herkömmlichen Fluidsprühprozess unzureichende Eigenschaften haben.

Wie erwähnt, wird nach der Wärmevorbehandlung des amorphen Metallbandes im Schritt S2 im Schritt S3 durch Zerkleinern des amorphen Metallbandes in einer Zerkleinerungseinrichtung amorphes Metallpulver hergestellt. Wenn bei der Zerkleinerung die Zerkleinerungsgeschwindigkeit und die Zerkleinerungszeit richtig eingestellt werden, erhält man verschiedene Arten von Pulver mit einer Vielfalt von Pulverteilchen in einer Vielfalt von Formen und einem unregelmäßigen Atomanordnungszustand.

Im Schritt S4 wird danach das zerkleinerte amorphe Metallpulver einer Pulverklassifizierung unterworfen und dadurch als Pulver klassiert, das durch ein Sieb mit 100 bis 140 mesh und durch ein Sieb mit 140 bis 200 mesh hindurchgeht, wobei die zugehörigen Maschenweiten den Siebwerten des US Bureau of Standards entsprechen, d.h. 100 mesh entsprechen einer lichten Maschenweite von 150 μm, 140 mesh 100 μm und 200 mesh 74 μm.

Eine bevorzugte Verteilung der Pulverteilchen ergibt 35 bis 45% Pulver, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm hindurchgegangen ist und ein Pulver mit 55 bis 65%, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 100 μm bis 74 μm hindurchgegangen ist. Mit einem solchen Zusammensetzungsverhältnis der Pulverteilchen erhält man optimale physikalische Eigenschaften und eine optimale Zusammensetzungsgleichförmigkeit. Im Falle der bevorzugten Zusammensetzung zeigt das amorphe Metallpulver die höchste Dichte von etwa 80 bis 82%.

Der Grund für die Einstellung der Teilchenverteilung des Metallpulvers für 35 bis 45% Pulver, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm hindurchgeht, und für 55 bis 65% Pulver, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 100 μm bis 74 μm hindurchgeht, besteht darin, dass eine gewünschte magnetische Permeabilität nicht erreicht werden kann, wenn weniger als 35% Pulver verwendet wird, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm hindurchgegangen ist, und dass ein Kern mit gezielten Eigenschaften nicht bei einem Riss erhalten werden kann, der bei der Herstellung auftritt, wenn mehr als 45% Pulver verwendet wird, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm hindurchgegangen ist.

Anschließend wird beim Schritt S5 das wie erwähnt hergestellte amorphe Metallpulver zu einem weichmagnetischen Kern geformt, wofür 0,5 Gewichtsprozent bis 2 Gewichtsprozent Phenol, Polyimid oder Epoxy als Bindemittel vor dem anschließenden Trocknen zugemischt wird.

Bei der Trocknung im Schritt S6 wird ein Lösungsmittel verwendet, wenn Phenol, Polyimid oder Epoxy zugemischt worden ist, um das Phenol, Polyimid oder Epoxy zu trocknen. Nach dem Trocknen werden die Pulverklumpen gemahlen und erneut zerkleinert. Dabei wird dem durch Mahlen neu zerkleinerten Pulver ein Schmiermittel zugesetzt und anschließend gemischt, wobei das Schmiermittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zn, ZnS und Stearat besteht. Bevorzugt wird Zn-Stearat mit 2 Gewichtsprozent oder weniger zugemischt.

Im Schritt S7 wird anschließend ein toroidförmiger Kern mit einem Formdruck von etwa 22 bis 26 t/cm² mit Hilfe einer Pressform hergestellt, wobei das zugemischte Schmiermittel die Reibungskraft zwischen den Pulverteilchen sowie zwischen dem gebildeten Körper und der Pressform verringert.

Im Schritt S8 wird dann der toroidförmige Kern glühbehandelt, d. h. in der Atmosphäre bei einer Temperatur von 300°C bis 500°C geglüht, um Restspannungen und Restverformungen zu entfernen.

Zum Schutz des Kerns vor Feuchte und der Atmosphäre wird dann im Schritt S9 Polyester oder Epoxyharz auf die Oberfläche des Kerns aufgebracht, wodurch der weichmagnetische Kern fertiggestellt ist. Die Dicke der Epoxyharzschicht beträgt gewöhnlich 50 bis 200 μm.

In einem Schritt S10 wird dann der so gefertigte weichmagnetische Kern verschiedenen Tests unterworfen.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Ein amorphes Band, das eine Zusammensetzung von Fe₇₈-Si₁₃-B₉ hat und unter Verwendung eines schnellen Verfestigungsprozesses (RSP) hergestellt wurde, wurde eine Stunde bei 300°C in der Atmosphäre thermisch vorbehandelt. Nach dem anschließenden Zerkleinern des amorphen Metallbandes mit Hilfe einer Zerkleinerungseinrichtung erhält man durch Klassieren 40% Pulver, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm hindurchgeht, und 60% Pulver, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 100 μm bis 74 μm hindurchgeht.
Das so erzeugte amorphe Metallpulver wird dann mit 1,5 Gewichtsprozent Phenol vermischt und getrocknet. Nach dem Trocknen wird das Pulver unter Verwendung einer Kugelmühle wieder zerkleinert, anschließend 0,5 Gewichtsprozent Zn-Stearat zugesetzt und mit dem zerkleinerten Pulver vermischt. Aus dem mit dem Zn-Stearat vermischten Pulver wird bei einem Formdruck von 24t/cm² unter Verwendung einer Kernform ein toroidförmiger Kern hergestellt.
Der so hergestellte Kernkörper wird einer Glühbehandlung 30 Minuten bei einer Temperatur von 450°C unterworfen und dann mit Epoxyharz auf seiner Oberfläche mit einer Dicke von 100 um beschichtet. Anschließend wird die magnetische Permeabilität, die Gleichstromüberlappungscharakteristik und die Kernverlustcharakteristik gemessen, was in Tabelle 1 zusammengefasst ist.
Zum Vergleich sind in Tabelle 1 auch entsprechende Werte von herkömmlichen Vergleichsmaterialien 1 und 2 in Form von Sendust 1 und Sendust 2 aufgeführt, wobei die Vergleichswerte für einen entsprechenden toroidförmigen Kern den Katalogen der anbietenden Firmen entnommen sind. Sendust 1 und Sendust 2 sind kristallische Materialien aus einer Fe-Al-Si-Legierung, wobei Sendust 1 von der Magnetics Company und Sendust 2 von der ChangSung Corporation in Korea hergestellt sind.
Die magnetische Eigenschaft wird wie folgt bestimmt.
Lackierter Kupferdraht wird in dreißig Windungen gelegt und dann die Induktivität L (μH) unter Verwendung eines genauen LCR-Messgeräts gemessen. Anschließend wird die magnetische Permeabilität (μ) aus einer Beziehung für den toroidförmigen Kern ermittelt, die lautet L = (0.4 π μN2A×10–2)/I).
Dabei ist N die Anzahl der Windungen, A die Querschnittsfläche des Kerns und I eine mittlere Länge der Magnetbahnen. Messbedingungen sind eine Frequenz von 100 kHz, eine Wechselspannung von 1V und der Zustand, bei dem der Gleichstrom nicht überlappt, d.h. I_DC= 0A.
Der Wert des Gleichstroms wird verändert und die Änderung der magnetischen Permeabilität gemessen sowie eine Gleichstromüberlappungscharakteristik geprüft. Die Messbedingungen sind eine Frequenz von 100 kHz, eine Wechselspannung von 1 V und eine Messmagnetisierungsstärke H_DC von 20 Oe. Der Spitzenmagnetisierungsstrom I wird durch die Gleichung berechnet HDC = 0.4 π NI/I.
Der Kernverlust wird mit einem B-H-Analysator gemessen. Dabei werden primär und sekundär Wicklungen mit dreißig Windungen beziehungsweise fünf Windungen gelegt und anschließend gemessen.
In der nachstehenden Tabelle 1 sind die magnetische Permeabilität, die Gleichstromüberlappungscharakteristik und die Kernverlustcharakteristik verglichen mit den herkömmlichen Materialien aufgezeigt.
Tabelle 1
Aus 2 ist ersichtlich, dass der mit dem schwarzen Dreieck gekennzeichnete weichmagnetische Kern, der unter Verwendung eines amorphen Metallpulvers nach der Erfindung hergestellt wurde, eine Gleichstromüberlappungscharakteristik hat, die größer ist als die der weichmagnetischen Kerne nach Sendust 1, gezeigt als schwarzer Punkt, und Sendust 2, gezeigt als schwarzes Dreieck.
Aus 3 ist zu ersehen, dass der Kernverlust bei der Herstellung des Kerns nach der vorliegenden Erfindung und veranschaulicht durch das schwarze Quadrat ebenfalls nicht kleiner ist als der der Materialien des Sendust 1, schwarzer Punkt beziehungsweise Sendust 2, schwarzes Dreieck.
Beispiel 2
Es wird ein amorphes Band wie in Beispiel 1 hergestellt. 70% des Pulvers gehen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm, 30% des Pulvers durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 100 μm bis 74 μm. Aus diesem Pulverteilchen wird ein Kern durch Extrudieren hergestellt. An der Oberfläche des Kerns zeigen sich dabei Risse. Deshalb bricht der Kern nach der Wärmebehandlung.
Wenn mehr als 45% Pulver, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm hindurchgegangen ist, verwendet wird, zeigen Versuche mit geänderter Verteilung der Pulverteilchen des Metallpulvers, dass Risse bei der Ausformung auftreten und ein Kern mit den gewünschten Eigenschaften nicht erhalten werden kann.
Beispiel 3
Es wird ein amorphes Band wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Pulverteilchen des amorphen Metallpulvers gehen zu 10% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm und mit 90% durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 100 μm bis 74 μm. Nach dem Beschichten wird die magnetische Eigenschaft bestimmt. Die magnetische Permeabilität beträgt 45, ist also um 20% kleiner als die des Kerns von Beispiel 1, wo 40% Pulver, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm hindurchgegangen ist, und 60% Pulver verwendet werden, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 100 μm bis 74 μm hindurchgegangen ist.
Wenn weniger als 35% Pulver verwendet werden, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm hindurchgegangen ist, zeigen Versuche, dass durch die Veränderung der Verteilung der Pulverteilchen des Metallpulvers die gewünschte magnetische Permeabilität nicht erreichte werden kann.
Beispiel 4
Es wird ein amorphes Band gemäß Beispiel 1 hergestellt. Es wird Bindemittel mit einem Gehalt von 0,3, 0,7, 2 beziehungsweise 2,5 Gewichtsprozent eingesetzt.
Bei einem Kern mit einem Bindemittelzusatz von 0,3 Gewichtsprozent tritt nach dem Ausformen des Kerns eine Endkappenerscheinung auf, d. h. eine ausgeformte Fläche bricht nach dem Ausformen weg, was im allgemeinen auftritt, wenn der Gehalt an Bindemittel sehr gering ist.
Im Falle des Kerns mit 3 Gewichtsprozent zugesetztem Bindemittel zeigt sich ein Rückfederungsphänomen nach Ausformung des Kerns. Das Rückfederungsphänomen tritt auf, wenn organische Zusätze, wie ein Bindemittel oder ein Schmiermittel sich durch einen einwirkenden Druck zusammenziehen und dann nach Freigabe des Drucks elastisch in ihren Ausgangszustand zurückkehren. Als Folge können sich Risse bilden, was insgesamt auftritt, wenn der Bindemittelgehalt sehr groß ist.
Bei einem Kern, bei dem Bindemittel in der Größe von 0,7 und 2 Gewichtsprozent zugesetzt wurde, haben sich keine Probleme ergeben.
Beispiel 5
Es wird ein amorphes Band wie bei Beispiel 1 hergestellt. Bei der Ausführung des Glühprozesses werden unterschiedliche Temperaturen für die Wärmebehandlung verwendet, nämlich 290, 300, 400, 500 und 510°C, während die Wärmebehandlungszeit von zehn Minuten bis auf acht Stunden geändert wird. Tabelle 2 zeigt die Änderung der magnetischen Permeabilität abhängig von den Wärmebehandlungstemperaturen der Wärmebehandlungszeit.
Tabelle 2
Wie aus Tabelle 2 zu sehen ist, kann eine magnetische Permeabilität von 60 oder mehr bei 300, 400 und 500°C verwirklicht werden. Jedoch kann eine magnetische Permeabilität von 60 oder mehr bei 290 und 510°C nicht erreicht werden. Das bedeutet, dass eine Glühbehandlung bei einer Temperatur von 300°C oder mehr beziehungsweise 500°C oder weniger durchzuführen ist.
Wie vorstehend beschrieben wird ein weichmagnetischer Kern durch Verwendung von amorphen Metallpulvern hergestellt, die man ausgehend von einem amorphen Metallband auf Fe-Basis erhält, wobei dieses Ausgangsmaterial billig ist und eine ausgezeichnete Gleichstromüberlappungseigenschaft bei starkem Strom hat. Dadurch ist der weichmagnetische Kern kostengünstiger als der herkömmliche Kern aus MPP und Hiflux.
Die amorphen Metallpulver, die man durch Zerkleinern des unter Verwendung eines schnellen Verfestigungsprozesses (RSP) erhaltenen amorphen Bandes erhält, haben eine höhere Zusammensetzungsgleichförmigkeit und einen geringen Oxidationspegel als Pulver, die nach dem herkömmlichen Fluidsprühverfahren erzeugt werden. Wenn aus den amorphen Metallpulvern ein weichmagnetischer Kern hergestellt wird, kann er in weitem Bereich als glättender Drosselkern bei einer Leistungsversorgung im Schaltmodus (SMPS) sowie dann eingesetzt werden, wenn eine ausgezeichnete Gleichstromüberlappungscharakteristik mit großem Stromfluss eingesetzt wird, was ein ungünstiger Einsatzzustand ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines amorphen weichmagnetischen Kerns mit ausgezeichneter Gleichstromüberlappungscharakteristik, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Ausführen einer Wärmevorbehandlung an durch Verwendung eines Schnellverfestigungsprozesses (RSP) aus einer amorphen Metalllegierung auf Fe-Basis hergestellten amorphen Metallbändern, – Zerkleinern der amorphen Metallbänder zu amorphen Metallpulvern, – Klassieren der amorphen Metallpulver und dann Vermischen zu einer Verteilung der Pulverteilchen, die eine optimale Gleichförmigkeitszusammensetzung hat, – Mischen der gemischten amorphen Metallpulver mit einem Bindemittel mit anschließender Ausbildung eines Kerns sowie – Glühbehandlung des gebildeten Kerns und anschließende Beschichtung des Kerns mit einem isolierenden Harz.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem eine Verteilung der Pulverteilchen aus 35 bis 45% eines ersten Pulvers, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm (100 bis 140 mesh US Bureau of Standards) hindurchgegangen ist, und aus 55 bis 65% eines zweiten Pulvers erfolgt, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 100 μm bis 74 μm (140 bis 200 mesh US Bureau of Standards) hindurchgegangen ist.
Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, bei welchem das Bindemittel 0,5 bis 2 Gewichtsprozent beträgt und aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Phenol, Polyimid und Epoxy besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Glühbehandlung 0,3 bis 4,3 h bei einer Temperatur von 300 bis 500°C in der Atmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung von amorphen Metallpulvern zur Verwendung bei einem weichmagnetischen Kern, der eine hervorragende Gleichstromüberlappungscharakteristik hat, wobei das Verfahren die Schritte aufweist – Ausführen einer Wärmevorbehandlung von amorphen Metallbändern auf Fe-Basis, die unter Verwendung eines Schnellverfestigungsprozesses hergestellt sind, – Zerkleinern der amorphen Metallbänder zur Erzielung von amorphen Metallpulvern und – Klassieren der amorphen Metallpulver, die dann zu einer Verteilung von Pulverteilchen vermischt werden, die eine optimale Gleichförmigkeitszusammensetzung der Pulverteilchen haben, wozu 35 bis 45% eines ersten Pulvers, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 150 μm bis 100 μm (100 bis 140 mesh US Bureau of Standards) hindurchgegangen ist, und 55 bis 65% eines zweiten Pulvers gehören, das durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 100 μm bis 74 μm (140 bis 200 mesh US Bureau of Standards) hindurchgegangen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das amorphe Metallband auf Fe-Basis aus einer amorphen Metalllegierung hergestellt wird, die Fe als Basiszusammensetzung und als zusätzliches Element wenigstens ein Element aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus P, C, B, Si, Al und Ge besteht.