在電子設備持續加速向薄型化、大功率和高密度方向演進的浪潮下，一體成型功率電感憑借體積小、結構穩定、效率高、保持優秀電流及飽和電流特性等優勢，正迅速成為各種元器件和大功率電路的核心元件。由于一體成型電感的性能指標與軟磁復合磁心的磁性參數有直接關系，因此軟磁復合材料性能的優化是提升一體成型電感綜合性能的關鍵，其中，對金屬軟磁復合材料進行絕緣包覆就是使其邁向高性能電感應用的必由之路。

一體成型電感（來源：網絡）

金屬軟磁復合材料的主要性能參數

金屬軟磁復合材料的性能直接影響著一體成型電感的最終表現，其核心參數包括：

（1）磁導率：磁導率可以確保材料對磁場的響應能力，磁導率越強，軟磁復合材料能夠更快速地響應外部磁場。

（2）飽和磁感應強度：指在材料飽和時，其磁化程度所達到的最大值，其數值大小一般與材料本身有關。

（3）磁損耗： 磁損耗就是指材料在磁場作用下發生的能量損耗，主要包括磁滯損耗和渦流損耗。在高頻應用場景中，渦流損耗隨頻率平方急劇增加，是性能提升的主要瓶頸。

（4）品質因數：為復數磁導率實部與虛部的比值，往往可反映軟磁復合材料高頻性能，其中實部代表能量的可用部分，虛部代表能量的耗散部分，Q 的值越高，代表著能量耗散占比越小，損耗越低。 

為什么需要進行絕緣包覆？

從上面金屬軟磁材料的核心參數要求可以看出，軟磁復合材料的磁損耗一方面關乎著電感的能量利用效率，另一方面也關乎著電感的壽命和可靠性，而絕緣包覆則能夠通過有效隔離磁粉顆粒，提高軟磁復合材料的電阻率，在交流電流通過導體時，有效隔離顆粒間由于磁場變化而在導體內部產生的渦流，避免使導體發生渦流損耗，穩定保持金屬磁粉高飽和磁通密度的優點。此外，絕緣包覆層還可以使粉末在壓制和隨后的熱處理工序中黏結在一起，從而提 高磁粉芯的密度和機械強度，在高溫高濕酸堿性環境下，可以有效阻止氯離子的侵入 電感內部從而達到一個絕緣防銹的效果。目前，金屬軟磁粉體的絕緣包覆技術有單層無機包覆、單層有機包覆、無機-無機包覆、無機-有機包覆等

1、單層無機包覆

單層無機包覆通常是指利用H₃ PO₄等弱酸鈍化或在金屬軟磁粉末表層均勻的包覆上一單層Al₂O₃、SiO₂和 MgO等具有高電阻率的氧化物。這些無機包覆層往往具有有良好的耐溫性，能夠保證磁粉的包覆效果穩定，但其成型性，粘接性等機械性能較差。

（1）H₃ PO₄鈍化：該方法是最常見的處理方式，是利用和乙醇、丙酮等溶劑配置成鈍化液，再將磁粉倒入鈍化液中不斷攪拌，使磁粉表面與鈍化液反應，在表面生成一層均勻的磷酸鹽。需要注意的是，鈍化液用量影響粉末表面包覆層形態，H₃ PO₄含量不足或過高都會使粉末表面變得粗糙，進而對粉芯的磁性能產生影響。

（2）Al₂O₃包覆：Al₂O₃性質穩定，機械強度高，致密度高，其包覆有三種途徑，一是通過球磨法包覆，二是利用強酸弱堿鋁鹽溶液（如硝酸鋁等）水解制得Al（OH）₃后熱處理制得，三是磁粉末浸沒在鋁鹽溶液中，再向混合液中加入堿性物質，生成Al(OH)₃ 附著在磁粉表面，后再經熱處理分解制得。其中，球磨法工藝簡單，但無法包覆完全。水解法包覆層致密且均勻性較好，但工藝較為復雜。共沉淀法包覆層均勻性較水解法略差，但工藝時間也大大縮減。

（3）SiO₂包覆：SiO₂的包覆較為簡單，其包覆也通過球磨法和水解法實現，其中水解法的原料一般為正硅酸乙酯（TEOS）和硅烷偶聯劑（APTES），不過相比Al₂O₃水解包覆，其世界后無需進行熱處理，大大縮短了 工藝時間。但為了讓SiO₂ 更易在粉末表面生長，往往需要對磁粉表面改性處理。

利用單質硅粉水解在FeSiCr表面包覆SiO₂的機制示意圖（來源：參考文獻2）

（4）MgO包覆：MgO的包覆具有耐高溫性，且在大壓力成型后退火包覆層不會發生分解，保證磁粉高電阻率。但由于Mg²⁺水解能力微弱，無法利用水解法進行包覆，往往采用共沉淀法和球磨法，與共沉淀法制備氧化鋁包覆層一樣，MgO的共沉淀法也需要進行高溫處理，而且MgO包覆層在表面是呈現出顆粒狀堆積、團聚的狀態。

2、單層有機包覆

單層有機包覆是指在磁粉末表層均勻的包覆一層環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰胺樹脂、聚丙烯硅樹脂等有機物，以達到隔絕渦流通路效果。這種方法制備工藝簡單，工藝時長短，并且一般采用的樹脂是液態，且具有高粘結強度，可以對磁粉末實現完整均勻的包覆。不過，樹脂等有機物一般不耐高溫，在粉芯的退火過程中樹脂易分解和揮發，導致軟磁復合材料內部產生孔洞甚至開裂。因此，采用樹脂包覆的軟磁粉芯退火溫度不能太高，但這又會導致粉芯內部的應力不能完全釋放，增大了粉芯的矯頑力和磁損耗。

3、無機-無機復合包覆。

無機-無機復合包覆是先采用弱酸鈍化或氧化物包覆在磁粉上，之后在外層用氧化物再包覆一層，以避免單層無機包覆粘接力不強的缺點，能更有效的隔絕渦流通路，提高粉芯在高頻下的性能穩定性。

4、有機-無機復合包覆

這種包覆同時規避了有機單層包覆和無機單層包覆的缺點，并結合了兩者的優勢，有機物的存在可以增強磁粉表面與無機物的相容性，提高包覆層的質量和致密度，而無機氧化物則可以在一定程度上既能做到耐高溫又能做到耐壓，但如何做到有機和無機絕緣包覆的相容性更好的作 用在磁粉表面上還是一個難點。

小結

在高頻、高功率、緊湊化電子設備迅猛發展的驅動下，絕緣包覆技術對金屬軟磁材料的性能躍升至關重要，是其滿足現代一體成型電感效率、功率密度、小型化與長期可靠性等核心指標的關鍵所在。其中無機材料包覆具有高溫穩定性，但粘結性較差。而有機材料包覆具有優異成型性與包覆完整性，但耐高溫性差，而復合包覆設計能夠實現協同優化，是一種極具前景的技術。

參考文獻：

1、盧志榮.一體成型電感用高飽和防銹FeSiCr粉絕緣包覆工藝開發[D].東莞理工學院.

2、李春龍.基于SiO₂絕緣包覆工藝的軟磁復合材料磁性能的研究[D].華南理工大學

3、鄒中秋,冀翼,張鑫,等.金屬軟磁粉芯包覆工藝研究進展[J].當代化工研究.

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