给磁粉“穿上外衣”，攻克核心材料痛点！高端产业争相采用

磁粉芯是采用粉末冶金工艺制造的一种软磁复合型材料，具有良好的综合性能，广泛应用于通讯、能源、汽车工业、滤波器、互感器等各种电子元器件。随着电子产品向小型化、高频化、节能化、高灵敏度方向的发展，要求磁粉芯具有高磁导率、高磁性能稳定性、高饱和磁感应强度和低损耗。

深圳铂科新材磁粉芯

金属磁粉芯的分类及应用

纯铁粉芯

铁粉芯是由铁粉经绝缘介质包覆后，在压力机下压制成型而成，其生产成本最低，工艺也最简单。其饱和磁通密度高，但是其温度稳定性较差，电阻率也比较低。主要应用在汽车发动机中的点火线圈和高频整流器件等领域。

铁硅磁粉芯

铁硅磁粉芯的磁导率一般在26~90范围内，具有较高的饱和磁感应强度和温度波动范围较小等优点，使其广泛应用于大功率光伏逆变器、中频和低频的扼流圈等高功率领域。

铁硅铝磁粉芯

铁硅铝磁粉芯磁导率在26~125之间，饱和磁化强度在1000 mT附近，磁致伸缩系数约在零附近，磁晶各向异性常数也约在零附近，所以在作业时发出的噪音很小，在高频下使用非常合适，在开关电源相关的电感器、输出电感和线路滤波器中得到了广泛应用。

铁镍磁粉芯

铁镍磁粉芯组成成分主要为Fe-50wt.%Ni，人们也将其称之为高磁通粉芯。该粉芯拥有非常高的饱和磁感应强度，最高可达1.5T，高磁场下也不容易被磁化到饱和，温度波动范围不大，这些优良特性使其在高频、高功率和高直流下应用非常适合，在脉冲变压器、开关电源输出滤波电感、功率因数校正和汽车电子等领域都有广泛应用。

铁镍钼磁粉芯

铁镍钼粉芯组成成分主要为Fe-81 wt.%Ni-2wt.%Mo，人们也将其称之为钼坡莫粉芯。钼坡莫粉芯的饱和磁感应强度比较低，大概在700mT左右，温度稳定性好，电阻率高，当电感处于高直流偏置场下时其稳定性非常好，其优异的特性使得在低损耗滤波器、功率电感器、品质因数高的电感器中应用较多。

非晶、纳米晶磁粉芯

非晶、纳米晶磁粉芯的出现有效地解决了非晶纳米晶带材应用的问题，研究人员将非晶、纳米晶带材通过雾化或球磨的方式制备成粉末，再将软磁粉末与粘接剂绝缘剂等混合通过粉末冶金工艺压制成各种形状的粉芯。非晶、纳米晶磁粉芯具有良好的综合性能，所以一些高精度和高频电子元器件中都会含有非晶纳米晶磁粉芯，从而保证拥有较好的性能。

金属磁粉芯的制备工艺过程

金属软磁粉芯的制备工艺有几个步骤，每个工艺都对其最终的磁电性能有影响，磁粉的尺寸、磁粉的种类、绝缘介质的品种、成型压力的大小、退火温度的高低等等都会影响磁粉芯的磁电性能。

磁粉制备

磁粉性能的优劣直接影响着磁粉芯的性能，粉末纯度、粉末形貌、微观结构及粉末粒度又与制备工艺密切相关。机械破碎法和雾化法是制备磁粉的两种主要方式。机械破碎法是将熔炼好的合金块进行破碎、压碎，之后再利用球磨等物理手段将碎块磨成粉末状，其形状呈多角形。雾化法是将熔炼炉中流下来的熔融态金属经过高速喷射的流体进行冲击，使得它们经过快速冷却凝固后形成微小的金属粉末的方法。

按流体来，雾化法有气雾化法和水雾化法两类，雾化法制作成本较低，制备工艺流程简单，有利于企业大规模生产。采用气雾化法生产的磁粉颗粒基本上呈球形且表面光滑，堆积性比较好，水雾化法与其相比，有更高的冷却速度，但其生产的磁粉颗粒表面比较粗糙而且容易被氧化。

绝缘包覆

随着高新技术产业的迅速发展，许多电子元器件都需要在高频高功率下运行，但是对于金属软磁材料来说，其本身电阻率不高，使得它们在这种条件下的涡流损耗很高，趋肤效应也会随之产生，因此需要用绝缘介质把磁粉包覆起来，其目的是降低它们在较大频率下的涡流损耗。

在软磁粉芯制作的过程中，用绝缘介质把磁粉包覆起来是影响其磁电性能至关重要的一步，绝缘包覆层还能提升磁粉颗粒之间的粘结性和优化磁粉颗粒表面的形貌特征，对增强磁粉芯的机械强度有利。用于绝缘包覆的物质主要有有机物、无机物以及两者的混合物。

常见的有机绝缘包覆剂主要包括环氧树脂、耐高温有机硅树脂、酚醛树脂以及聚丙烯硅树脂等。有机包覆剂流动性强，具有较好包覆粘结能力，包覆后的软磁颗粒的电阻率会显著提高，而且包覆过程简单，但是有机物在高温下易挥发，所以有机包覆剂制备磁粉芯不能在较高温度下退火，这也限制了有机包覆剂的应用。

相比较于有机包覆剂，无机包覆剂具有耐高温性，制备的磁粉芯可以在高温下退火处理。但是无机物不具有粘结性，所以包覆时效果不好，影响磁粉芯的最终性能。铁氧体、硅酸盐和各种电阻率较高的氧化物是经常使用的无机包覆剂。

绝缘包覆是用绝缘介质、粘接剂通过不同方法在磁性颗粒表面形成绝缘包覆层，包覆方法不同，得到的绝缘层质量不同，得到磁粉芯的性能也不同。磁粉芯常用的无机包覆的方法：湿化学法和干化学。

湿化学法是通过将磁粉加入磷酸溶液中，使其充分反应，达到绝缘包覆的效果。这种方法的影响因素很多，包括溶液的成分、浓度、pH、磷化温度和磷化时间，而且退火温度不宜过高，温度过高会导致钝化效果的绝缘性恶化。绝缘粘接剂的含量对磁粉芯的性能影响很大。绝缘粘结剂种类不同也影响磁粉芯的磁性能。在实际应用中，通常采用有机和无机绝缘包覆剂进行复合包覆的方法，如利用磷酸盐-有机硅树脂进行复合包覆。有实验表明利用氧化铝-溶胶方法包覆磁粉芯可以降低磁粉芯的磁损耗。

压制成型

经绝缘介质包覆后的磁粉需要和粘结剂、脱模剂混合搅拌均匀，然后用液压机压制成型。

粘结剂可以提高磁粉之间的粘性，使磁粉芯更加容易成型。粘结剂有两种，一种是有机粘结剂，另一种是无机粘结剂。使用较多的有机粘结剂大致为酚醛树脂、聚乙烯醇和环氧树脂等，树脂类粘结剂粘性好，可以增强磁粉芯的致密度，但其在高温下不稳定，容易发生分解，这样会使得磁粉芯内部产生大量气隙，降低磁粉芯的致密度，恶化磁粉芯的磁电性能。无机粘结剂市场上使用最多的是水玻璃，其粘性虽然没有有机粘结剂那么好，但是其在高温下受热稳定，不容易分解。

脱模剂的添加可以使得磁粉经压制成型后容易脱模，避免磁粉芯生坯产生拉模现象造成模具的损坏。市场上可选择的脱模剂有硬脂酸钡、硬脂酸锌和石墨等。

退火热处理

磁粉经压制成型后内部会残留大量内应力，因此需要进行退火热处理进行消除，除此之外，退火热处理还可以去除磁粉芯内部添加的润滑剂、粘结剂等有机物，在高温热处理时这些有机物会分解并随着通入管式炉的气体排出。保温时间、升温速率、退火温度等热处理工艺参数对磁粉芯的磁电性能都会产生影响。

金属磁粉芯行业发展现状

磁粉芯历史悠久，但二十世纪八十年代才开始真正形成产业化。目前，国内代表性金属磁粉芯生产企业主要包括深圳铂科新材、浙江东睦科达、佛山中研非晶、惠州安可远、顺络电子、京泉华、台湾三礼等企业；国外代表性企业有韩国阿莫泰克（Amotech）、韩国昌星电子（CSC）、美国微金属（Micrometal）、美磁（Magnetics）、日本TDK、古河（Frukama）、爱普生（EPSON）等科技公司。

与国外顶尖企业相比，国内企业在金属粉体制备和形貌调整，如铁基非晶机械破碎片状粉、FeSi/FeSiAl雾化圆球粉、还原羟基铁粉、水汽联合雾化非晶球形粉，及其相应的磁粉芯（包括常规圆环粉芯、贴片及异形电感）软磁性能稳定性控制等方面均存一定技术差距。

参考来源：

[1]孙士豹：纳米氧化物包覆金属软磁粉芯及其磁电性能研究，合肥工业大学

[2]王敬慧：铁基磁粉芯粉体绝缘界面设计、掺杂工艺及其软磁性能研究，武汉科技大学

[3]黄垒：FeSiB磁粉芯的制备工艺与性能研究，华南理工大学