在电子设备持续加速向薄型化、大功率和高密度方向演进的浪潮下，一体成型功率电感凭借体积小、结构稳定、效率高、保持优秀电流及饱和电流特性等优势，正迅速成为各种元器件和大功率电路的核心元件。由于一体成型电感的性能指标与软磁复合磁心的磁性参数有直接关系，因此软磁复合材料性能的优化是提升一体成型电感综合性能的关键，其中，对金属软磁复合材料进行绝缘包覆就是使其迈向高性能电感应用的必由之路。

一体成型电感（来源：网络）

金属软磁复合材料的主要性能参数

金属软磁复合材料的性能直接影响着一体成型电感的最终表现，其核心参数包括：

（1）磁导率：磁导率可以确保材料对磁场的响应能力，磁导率越强，软磁复合材料能够更快速地响应外部磁场。

（2）饱和磁感应强度：指在材料饱和时，其磁化程度所达到的最大值，其数值大小一般与材料本身有关。

（3）磁损耗： 磁损耗就是指材料在磁场作用下发生的能量损耗，主要包括磁滞损耗和涡流损耗。在高频应用场景中，涡流损耗随频率平方急剧增加，是性能提升的主要瓶颈。

（4）品质因数：为复数磁导率实部与虚部的比值，往往可反映软磁复合材料高频性能，其中实部代表能量的可用部分，虚部代表能量的耗散部分，Q 的值越高，代表着能量耗散占比越小，损耗越低。 

为什么需要进行绝缘包覆？

从上面金属软磁材料的核心参数要求可以看出，软磁复合材料的磁损耗一方面关乎着电感的能量利用效率，另一方面也关乎着电感的寿命和可靠性，而绝缘包覆则能够通过有效隔离磁粉颗粒，提高软磁复合材料的电阻率，在交流电流通过导体时，有效隔离颗粒间由于磁场变化而在导体内部产生的涡流，避免使导体发生涡流损耗，稳定保持金属磁粉高饱和磁通密度的优点。此外，绝缘包覆层还可以使粉末在压制和随后的热处理工序中黏结在一起，从而提 高磁粉芯的密度和机械强度，在高温高湿酸碱性环境下，可以有效阻止氯离子的侵入 电感内部从而达到一个绝缘防锈的效果。目前，金属软磁粉体的绝缘包覆技术有单层无机包覆、单层有机包覆、无机-无机包覆、无机-有机包覆等

1、单层无机包覆

单层无机包覆通常是指利用H₃ PO₄等弱酸钝化或在金属软磁粉末表层均匀的包覆上一单层Al₂O₃、SiO₂和 MgO等具有高电阻率的氧化物。这些无机包覆层往往具有有良好的耐温性，能够保证磁粉的包覆效果稳定，但其成型性，粘接性等机械性能较差。

（1）H₃ PO₄钝化：该方法是最常见的处理方式，是利用和乙醇、丙酮等溶剂配置成钝化液，再将磁粉倒入钝化液中不断搅拌，使磁粉表面与钝化液反应，在表面生成一层均匀的磷酸盐。需要注意的是，钝化液用量影响粉末表面包覆层形态，H₃ PO₄含量不足或过高都会使粉末表面变得粗糙，进而对粉芯的磁性能产生影响。

（2）Al₂O₃包覆：Al₂O₃性质稳定，机械强度高，致密度高，其包覆有三种途径，一是通过球磨法包覆，二是利用强酸弱碱铝盐溶液（如硝酸铝等）水解制得Al（OH）₃后热处理制得，三是磁粉末浸没在铝盐溶液中，再向混合液中加入碱性物质，生成Al(OH)₃ 附着在磁粉表面，后再经热处理分解制得。其中，球磨法工艺简单，但无法包覆完全。水解法包覆层致密且均匀性较好，但工艺较为复杂。共沉淀法包覆层均匀性较水解法略差，但工艺时间也大大缩减。

（3）SiO₂包覆：SiO₂的包覆较为简单，其包覆也通过球磨法和水解法实现，其中水解法的原料一般为正硅酸乙酯（TEOS）和硅烷偶联剂（APTES），不过相比Al₂O₃水解包覆，其世界后无需进行热处理，大大缩短了 工艺时间。但为了让SiO₂ 更易在粉末表面生长，往往需要对磁粉表面改性处理。

利用单质硅粉水解在FeSiCr表面包覆SiO₂的机制示意图（来源：参考文献2）

（4）MgO包覆：MgO的包覆具有耐高温性，且在大压力成型后退火包覆层不会发生分解，保证磁粉高电阻率。但由于Mg²⁺水解能力微弱，无法利用水解法进行包覆，往往采用共沉淀法和球磨法，与共沉淀法制备氧化铝包覆层一样，MgO的共沉淀法也需要进行高温处理，而且MgO包覆层在表面是呈现出颗粒状堆积、团聚的状态。

2、单层有机包覆

单层有机包覆是指在磁粉末表层均匀的包覆一层环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、聚丙烯硅树脂等有机物，以达到隔绝涡流通路效果。这种方法制备工艺简单，工艺时长短，并且一般采用的树脂是液态，且具有高粘结强度，可以对磁粉末实现完整均匀的包覆。不过，树脂等有机物一般不耐高温，在粉芯的退火过程中树脂易分解和挥发，导致软磁复合材料内部产生孔洞甚至开裂。因此，采用树脂包覆的软磁粉芯退火温度不能太高，但这又会导致粉芯内部的应力不能完全释放，增大了粉芯的矫顽力和磁损耗。

3、无机-无机复合包覆。

无机-无机复合包覆是先采用弱酸钝化或氧化物包覆在磁粉上，之后在外层用氧化物再包覆一层，以避免单层无机包覆粘接力不强的缺点，能更有效的隔绝涡流通路，提高粉芯在高频下的性能稳定性。

4、有机-无机复合包覆

这种包覆同时规避了有机单层包覆和无机单层包覆的缺点，并结合了两者的优势，有机物的存在可以增强磁粉表面与无机物的相容性，提高包覆层的质量和致密度，而无机氧化物则可以在一定程度上既能做到耐高温又能做到耐压，但如何做到有机和无机绝缘包覆的相容性更好的作 用在磁粉表面上还是一个难点。

小结

在高频、高功率、紧凑化电子设备迅猛发展的驱动下，绝缘包覆技术对金属软磁材料的性能跃升至关重要，是其满足现代一体成型电感效率、功率密度、小型化与长期可靠性等核心指标的关键所在。其中无机材料包覆具有高温稳定性，但粘结性较差。而有机材料包覆具有优异成型性与包覆完整性，但耐高温性差，而复合包覆设计能够实现协同优化，是一种极具前景的技术。

参考文献：

1、卢志荣.一体成型电感用高饱和防锈FeSiCr粉绝缘包覆工艺开发[D].东莞理工学院.

2、李春龙.基于SiO₂绝缘包覆工艺的软磁复合材料磁性能的研究[D].华南理工大学

3、邹中秋,冀翼,张鑫,等.金属软磁粉芯包覆工艺研究进展[J].当代化工研究.

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