本發明涉及復合材料，特別是涉及一種金屬基復合材料及其制備方法。

背景技術：

1、金屬軟磁粉芯是一種常見的軟磁材料，被廣泛應用于電子通訊、開關電源等領域。金屬軟磁粉芯采用粉末冶金法制作金屬粉末，經過絕緣包覆、壓制成型、高溫熱處理等工藝制成，具有高頻渦流損耗小、磁導率高和溫度穩定性高等特性。其中，絕緣包覆工藝是關鍵步驟之一。絕緣包覆是指在磁性顆粒表面均勻包覆一層絕緣膜，以降低磁粉芯在高頻下使用時的損耗。一般要求絕緣包覆層薄而均勻、結合性能好、熱穩定性高及電阻率高，以減少因渦流損耗而引起的能量損耗。然而，傳統的氧化物包覆層很難均勻分布在金屬粉末表面，導致金屬粉末的絕緣性不佳。

技術實現思路

1、基于此，有必要針對如何提升金屬粉末的絕緣性的問題，提供一種金屬基復合材料及其制備方法。

2、一種金屬基復合材料的制備方法，包括如下步驟：

3、將正硅酸乙酯、硅酸鹽、氨基硅烷偶聯劑和水混合均勻，充分反應后得到絕緣劑溶液；

4、將所述絕緣劑溶液和金屬粉末混合均勻后加熱處理，充分反應后得到鈍化粉末；以及

5、將所述鈍化粉末進行退火處理，得到金屬基復合材料，所述金屬基復合材料包括金屬粉末、包覆在所述金屬粉末表面的偶聯劑絕緣膜和分布在所述偶聯劑絕緣膜內部的納米二氧化硅粒子。

6、上述金屬基復合材料的制備方法中，正硅酸乙酯在堿性環境下水解形成網絡狀態沉淀物，從而形成均勻分散于金屬粉末表面的納米級二氧化硅粒子；硅酸鹽用于提供堿性環境，同時參與正硅酸乙酯水解溶液的凝膠過程，使得二氧化硅粒子凝膠的空間結構為網絡狀，更為關鍵的是其在參與凝膠過程的同時具有阻止凝膠態二氧化硅粒子長大的能力，使得最終沉淀的納米二氧化硅粒子尺寸較小，并均勻分布在金屬粉末表面的偶聯劑絕緣膜內部；氨基硅烷偶聯劑的存在一方面其水溶液呈堿性，另一方面可以溶解于正硅酸乙酯的水解產物之一—乙醇中，使得乙醇在物理空間不會單獨存在，避免水溶液中的硅酸鹽遇到純乙醇會產生絮狀沉淀物，使得正硅酸乙酯的堿性水解產物可穩定存在。采用上述金屬基復合材料的制備方法制備得到的金屬基復合材料中，納米二氧化硅粒子均勻分布偶聯劑絕緣膜的內部，提高了偶聯劑絕緣膜的耐熱性，從而提升了金屬粉末的絕緣性。

7、在一個可行的實現方式中，所述硅酸鹽包括硅酸鈉和硅酸鉀中的一種或多種的組合。

8、在一個可行的實現方式中，所述硅酸鹽與所述氨基硅烷偶聯劑的和與所述正硅酸乙酯的質量比為1:(1～3)；和/或

9、所述硅酸鹽與所述氨基硅烷偶聯劑的質量比為1:3～3:1。

10、在一個可行的實現方式中，所述正硅酸乙酯、所述硅酸鹽與所述氨基硅烷偶聯劑的質量和與所述金屬粉末的質量比為1:100～1:40；和/或

11、所述正硅酸乙酯、所述硅酸鹽與所述氨基硅烷偶聯劑的質量和與所述水的質量比為1:4～1:2。

12、在一個可行的實現方式中，所述金屬粉末選自鐵粉、鐵硅系列軟磁粉末、鐵基非晶軟磁粉末、鐵基非晶納米晶粉末、fe50ni50系列粉末、銅粉、銅合金粉、鋁粉與鋁合金粉中的至少一種。

13、在一個可行的實現方式中，將正硅酸乙酯、硅酸鹽、氨基硅烷偶聯劑和水混合均勻后充分反應的溫度25℃～45℃，所述絕緣劑溶液的ph值為11～14。

14、在一個可行的實現方式中，將所述絕緣劑溶液和金屬粉末混合均勻后加熱處理的操作為：將所述絕緣劑溶液倒入金屬粉末并攪拌10分鐘～60分鐘，攪拌溫度為25℃～45℃，之后在攪拌狀態下維持加熱溫度為45℃～120℃，直至凝膠沉淀析出二氧化硅粒子以及除去水分。

15、在一個可行的實現方式中，所述退火處理的溫度為220℃～400℃，所述退火處理的時間為60分鐘～300分鐘，所述退火處理的氣氛為干燥空氣、干燥氮氣或者真空環境。

16、在一個可行的實現方式中，所述納米二氧化硅粒子的尺寸≤5nm。

17、一種金屬基復合材料，采用上述任一的金屬基復合材料的制備方法制備得到。

18、采用上述金屬基復合材料的制備方法制備得到的金屬基復合材料中，納米二氧化硅粒子均勻分布偶聯劑絕緣膜的內部，提高了偶聯劑絕緣膜的耐熱性，從而提升了金屬粉末的絕緣性。

技術特征：

1.一種金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述硅酸鹽包括硅酸鈉和硅酸鉀中的一種或多種的組合。

3.根據權利要求1所述的金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述硅酸鹽與所述氨基硅烷偶聯劑的質量和與所述正硅酸乙酯的質量比為1:(1～3)；和/或

4.根據權利要求1所述的金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯、所述硅酸鹽與所述氨基硅烷偶聯劑的質量和與所述金屬粉末的質量比為1:100～1:40；和/或

5.根據權利要求1或者4所述的金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述金屬粉末選自鐵粉、鐵硅系列軟磁粉末、鐵基非晶軟磁粉末、鐵基非晶納米晶粉末、fe50ni50系列粉末、銅粉、銅合金粉、鋁粉與鋁合金粉中的至少一種。

6.根據權利要求1所述的金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，將正硅酸乙酯、硅酸鹽、氨基硅烷偶聯劑和水混合均勻后充分反應的溫度25℃～45℃，所述絕緣劑溶液的ph值為11～14。

7.根據權利要求1所述的金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，將所述絕緣劑溶液和金屬粉末混合均勻后加熱處理的操作為：將所述絕緣劑溶液倒入金屬粉末并攪拌10分鐘～60分鐘，攪拌溫度為25℃～45℃，之后在攪拌狀態下維持加熱溫度為45℃～120℃，直至凝膠沉淀析出二氧化硅粒子以及除去水分。

8.根據權利要求1所述的金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述退火處理的溫度為220℃～400℃，所述退火處理的時間為60分鐘～300分鐘，所述退火處理的氣氛為干燥空氣、干燥氮氣或者真空環境。

9.根據權利要求1所述的金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述納米二氧化硅粒子的尺寸≤5nm。

10.一種金屬基復合材料，其特征在于，采用權利要求1～9中任一項所述的金屬基復合材料的制備方法制備得到。

技術總結
本發明涉及一種金屬基復合材料及其制備方法。金屬基復合材料的制備方法包括如下步驟：將正硅酸乙酯、硅酸鹽、氨基硅烷偶聯劑和水混合均勻，充分反應后得到絕緣劑溶液；將絕緣劑溶液和金屬粉末混合均勻后加熱處理，充分反應后得到鈍化粉末；以及將鈍化粉末進行退火處理，得到金屬基復合材料，金屬基復合材料包括金屬粉末、包覆在金屬粉末表面的偶聯劑絕緣膜和分布在偶聯劑絕緣膜內部的納米二氧化硅粒子。采用上述金屬基復合材料的制備方法制備得到的金屬基復合材料中，納米二氧化硅粒子均勻分布偶聯劑絕緣膜的內部，提高了偶聯劑絕緣膜的耐熱性，從而提升了金屬粉末的絕緣性。

技術研發人員：唐靜,許春苗
受保護的技術使用者：蘇州蘇亨電子科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28