软磁性复合材料及相应的制备软磁性复合材料的方法

本发明提供一种软磁性复合材料及相应的制备软磁性复合材料的方法。

背景技术

印刷品International Materials Reviews(国际材料评论)2013 第58卷 第3号第131至166页描述了一种铁基大块金属玻璃。

现有的软磁性复合材料具有良好的磁性，在所有三个维度上具有增加的阻抗，其中该材料同时具有机械稳定性的缺乏。而电热片具有良好的机械稳定性，其中同时阻抗仅在一个维度上增加。在本文中，尺寸应理解为空间方向，即在传统电气用钢板的情况下，磁通量在两个维度（在平面中）上引导，其中其阻抗正交，即指向第三维度。

然而，为了在致动器或电机中的应用，需要具有结合了高饱和极化强度，低矫顽磁力，高磁导率，低涡流损耗和机械稳定性的软磁性复合材料。对于这类软磁性复合材料，提供宽的应用范围。

发明内容

本发明提供根据权利要求1的软磁性复合材料和根据权利要求6和权利要求9的用于制备软磁性复合材料的相应替代方法。

优选的扩展实施方案是各自的从属权利要求的主题。

本发明的优点

本发明实现了具有结合了高饱和极化强度，低矫顽磁力，高磁导率，低涡流损耗和机械稳定性的软磁性复合材料。

本发明的想法是提供一种软磁性复合材料，其结合了本文提及的性质并且在所有三个维度上均具有。所需的性质特别是关于软磁性质的高磁导率和低矫顽磁力，由于高电阻和机械稳定性的低涡流损耗。这里描述的软磁性复合材料组合了这些性质，并且可以优选地用于具有高频率的应用中。

在本文中“软磁性”应理解为具有低矫顽磁力和高电阻的复合材料。这导致低的电涡流损耗。这里描述的软磁性复合材料特别用于电动机和驱动器(Aktoren)。

该想法在此是提供具有众多结晶纯铁基颗粒和大块金属玻璃（英语：bulkmetallic glass (BMG)）的软磁性复合材料，其中众多结晶纯铁基颗粒例如可以具有连续和/或均质的大块金属玻璃涂层。这意味着众多结晶纯铁基颗粒例如间接地可以经由大块金属玻璃涂层彼此接触。换句话说，形成基质，其中结晶纯铁基颗粒之间的间隙用大块金属玻璃填充。此外，与传统的软磁性复合材料，即不具有结晶纯铁基颗粒（英语SMC，softmagnetic composite）相反，这里所述的软磁性复合材料具有较高的机械强度。

通过结晶纯铁基颗粒的表面或外表面的隔离，大块金属玻璃实现了高电阻，用以减少涡流损耗以及良好的机械稳定性或坚固性，其中，所述众多结晶纯铁基颗粒提供软磁性质，即，高磁导率和低矫顽磁力。

根据优选的扩展实施方案，软磁性复合材料具有60％和99％之间的结晶纯铁基颗粒，并且大块金属玻璃（G1）的份额相应地在1％和40％之间。大块金属玻璃基于具有磷、硼、钴和/或铌的铁或锆合金粉末，其中合金粉末具有70％和95％之间的铁或锆，以及磷、硼、钴和/或铌的份额相应地在合金粉末的5％和30％之间。这是元素的示例性非穷尽列表，特别地可以考虑其它元素，例如硅、镍、银和/或铬相应地用于本文所述的材料。在此优选的是，复合材料的软磁性质可由众多结晶纯铁基颗粒的按百分比计算的份额决定，其中复合材料的软磁性质特别包括高饱和极化强度、低矫顽磁力和高磁导率。

根据进一步的优选扩展实施方案，大块金属玻璃涂层是高阻涂层。优选地，高阻涂层具有大于0.5微欧姆米[μΩm]的值。由于高阻涂层，在动态应用中例如在高频率或高转速下可以抑制涡电流，同时保持软磁性复合材料的机械稳定性。此外，这里描述的软磁性复合材料具有改善的塑性可变形性，大块金属玻璃本身不具有。

根据进一步的优选扩展实施方案，众多结晶纯铁基颗粒是水雾化或气体雾化的铁粉。通过雾化的类型，即水雾化或气体雾化，可影响铁粉或铁颗粒的特性，特别是表面特性。根据应用领域，铁粉的替代颗粒形状可供使用，其特别优选用这里描述的大块金属玻璃形成软磁性复合材料。

根据进一步的优选扩展实施方案，结晶纯铁基颗粒的平均粒度为30和500微米之间，优选为50和300微米之间。在本文中，粒度应理解为是指粒径。利用这里所述的平均粒度，尤其可以实现大块金属玻璃与众多结晶纯铁基颗粒的特别均质的混合。

这里描述的软磁性复合材料可以特别地通过两种替代方法来制备。

第一种方法替代方案在此具有以下步骤：熔化大块金属玻璃，将大块金属玻璃冷却至一温度，其中该温度高于玻璃化转变温度并且低于结晶温度。在下一步骤中进行大块金属玻璃与众多结晶纯铁基颗粒的混合，其中在众多结晶纯铁基颗粒上形成大块金属玻璃层。最后，将上述步骤中形成的混合物冷却，其中混合物包含软磁性复合材料。

根据上述方法的优选扩展实施方案，在冷却之前将混合物浇、注或压入预定的模具中。或者，混合物可以在冷却之前形成颗粒，然后压或注入预定的模具中。因此，软磁性复合材料可以简单的方式形成为期望的形状。

第二种方法替代方案还具有以下步骤：熔化大块金属玻璃，将大块金属玻璃淬火和研磨成粉末。在下一步骤中，粉末与众多结晶纯铁基颗粒混合，其中将由此形成的混合物压入预定的模具中，并将混合物加热至一温度，其中所述温度高于玻璃化转变温度并且低于结晶温度。当混合物被加热时，在众多结晶纯铁基颗粒上形成大块金属玻璃层。在第二种方法替代方案的最后步骤中，将形成的混合物冷却。

根据该方法的优选扩展实施方案，玻璃温度为200℃和600℃之间，优选为400℃和600℃之间。在这些温度下，这里描述的方法可以特别经济地进行。

对于本文所述的方法，还公开了针对软磁性复合材料公开的特征，反之亦然。

附图简述

以下参照根据图1至图3的实施方案说明本发明的其它特征和优点。

其中：

图1示出用于说明根据本发明的实施方案的软磁性复合材料的示意图；

图2示出用于制备根据图1的软磁性复合材料的方法的示意图；

图3示出用于制备根据图1的软磁性复合材料的方法的替代示意图。

本发明的实施方案

在附图中，相同的附图标记表示相同或功能等同的元件。

图1示出用于说明根据本发明的实施方案的软磁性复合材料的示意图。

符号V1示出软磁性复合材料V1。软磁性复合材料V1具有众多结晶纯铁基颗粒E1和大块金属玻璃G1。众多结晶纯铁基颗粒E1具有大块金属玻璃G1涂层，其中众多结晶纯铁基颗粒E1经由大块金属玻璃G1涂层彼此接触。

从图1可以看出，大块金属玻璃G1形成在结晶纯铁基颗粒E1的外表面A1上。这意味着，经由大块金属玻璃G1相邻的结晶纯铁基颗粒可经由大块金属玻璃G1连接，特别地间接连接。换句话说，结晶纯铁基颗粒E1之间的间隙Z1由大块金属玻璃G1填充，其中形成大块金属玻璃基质和大块金属玻璃G1将众多结晶纯铁基颗粒E1彼此连接。众多结晶纯铁基颗粒E1可以水雾化或气体雾化的铁粉的形式存在。

图1所示的大块金属玻璃G1涂层尤其可以是高阻涂层。结晶纯铁基颗粒E1的粒度可以在30和500微米之间，优选在50和300微米之间。

图2示出了用于制备根据图1的软磁性复合材料的方法的示意图。

在图2中，字母A、B、C和D涉及权利要求6的方法步骤。图2中所示的方法步骤A至D可以特别地根据图2中所示的顺序进行。这具有的优点是，大块金属玻璃E1可以特别地均匀地或均质地分布在软磁性复合材料的间隙Z1中。 特别地，在步骤D中制备的混合物可以被浇、注或压入预定的模具中。或者，混合物可以在步骤D之前加工成颗粒，和然后可以将颗粒压或注入预定的模具中。

图3示出了用于制备根据图1的软磁性复合材料的方法的替代示意图。

在图3中，步骤A1、B1、C1、D1、E1和F1涉及权利要求9的方法步骤。图3中示出的方法步骤A1至F1可以特别地根据图3中示出的顺序进行。与图2中示出的方法顺序相反，可以在加热之前将大块金属玻璃G1和众多结晶纯铁基颗粒E1的混合物彼此混合，使得在加热期间，大块金属玻璃G1可特别均匀地分布于众多结晶纯铁基颗粒E1的间隙Z1中。

因此，可以成本有利地提供软磁性复合材料和相应的用于制备软磁性复合材料的方法。

虽然已经参考优选实施例描述了本发明，但是并不限于此。特别地，上述材料和结构仅是示例性的，并不限于所说明的实施例。