湿法生产各向异性永磁铁氧体常见缺陷成因及解决办法

湿法生产各向异性永磁铁氧体常见缺陷成因及解决办法 湿法生产各向异性永磁铁氧体常见缺陷成 因及解决办法 冱;兹饲轩 2000年8月磁性材料及嚣件 文章编号:1001.3830(2000)04-0035-05 湿法生产各向异性永磁铁氧体常见缺陷成因 及解决办法 .)逊7,r (武钢耐火材料有限责任舟司,湖北武汉430082) 1引言 中图分类号:TM277.5文献标识码:A 在湿法生产各向异性永磁铁氧体的工 艺流程中,由于种种原因,不可避免地会 产生各种缺陷为了避免缺陷,提高合格 率,并指导生产,本人参阅了大量的资料 并结合生产工艺实践.对生产过程中易于 出现的缺陷的成因进行了总结,并提 出适当的解决办法,以供同行参考. 2永磁铁氧体产品花斑的成因分析 及其消除办法 在永磁铁氧体湿法生产工艺过程中, 细磨料浆的表面通常会有白色的沉积物析 出,用广泛pH试纸进行测试,发现其呈 一 定程度的碱性,这就是所谓的”跑白” 即”跑锶”现象,用这种料浆压制的毛坯 经烧结后,表面会有一种不规则的花斑 2I成园 经细磨的料浆怎么会呈碱性.花斑从 何而来呢?我们知道制备预烧料的主要反 应是,SrCO在600~-800~C内分解成SrO 和CO,SrO在9oo,1300?内和Fe2o发 生固相反应.生成六角晶系铁氧体相 SrFe,,O,由于预烧料在制备过程中,难 收稿日期:2000.044)7 免有未反应的SrO存在,而SrO在料细磨 中会与H20发生反应,生成Sr(OHh,料 浆的碱性即由Sr(OH)2而来.Sr(OH)随着 料浆沉淀温度的降低会与空气中的C反 应,生成SrCO.料浆中析出Sr(OH~和 SrC.这就是所谓的”跑白”即”跑锶” 在烧结过程中生坯表面的SrCO又分解成 SrO和CO,,Sr(OH)2分解成SrO和H,O, 最后SrO与毛坯表面的铁氧体形成共熔 物,产生瓷釉状的花斑,即瓷釉斑 2.2危害 永磁铁氧体生产过程中最怕的就是 “跑锶”,它不仅会降低磁性能及外观质 量,同时会对最终产品造成不利的影响, 如对粘结器件,则会产生脱胶,故而一般 使用广家宁可用低档次的产品,也不愿用 “跑锶”产品 2.3解决办法 消除或减少料浆中Sr(OH~含量是最 终解决”跑锶”的办法,基本原理是.使 其与某种化学物质反应生成不溶于水或难 溶于水的锶盐,锶盐随着细磨过程均匀地 分散在料浆中,同时还可利用该成分来提 高制品的磁性能. ,:加入等物质的量的稀酸来中 . JMagnMaterDevicesVol31No4 和Sr(OH~生成锶盐沉淀,稀酸有HSO, H2CO3,H3PO3,H2SiO3等,其中以稀H2so, 为最佳.其反应为H2SO4+Sr(OH)2一 SrSO+2H,O.缺点是酸有腐蚀性,对人和 设备均有不利影响,一般不采用. 方法二:加八等物质的量的无机品使用外,一般考虑成 本因素,多半不采用.而(N~zCO3+Sr(OHh :sIC(t+2Nl-I3f+2HsO,NrhHCO~~SoH =SrCO,l+NH11+21-I20,生成锶盐沉淀,能 将料浆中的St(OH):转换成SrCO.在细磨 时,(NH4hco3或NI~HCO3等磨到一定时 间时加人,既对设备没有腐蚀性,对人也 无害,价格又便宜,只是会产生一定的臭 味,但大多可接受,这是大工业生产中用 于消除表面花斑的有效办法,但必须同时 控制研磨时间,严格控制球,料,水的比 例和冷却水流量等,当然基本条件必须是 所用预烧料配方准确,混料均匀,反应完 全,细磨工序控制严格等. 3瓦形永磁铁氧体显微裂纹成因及 控制方法 在瓦形永磁铁氧体的生产过程中由 于种种因素的影响,会出现各种裂纹,其 中表面裂纹在烧结后磨加工前可见:而内 部的显微裂纹(也称内裂纹)通常出现于 磁体垂直于轴线的两个端面和平行于轴线 的两侧,烧成后一般不易发现,只有在磨 加工后方能看见,一般宽度?O.04mm,深 度?2mm这种裂纹严重影响产品自g合格率. 31成因 311成型磁场分布不均造成的 瓦形产品成型时,其取向场的分布特 点是弧形顶部的磁场最强,平台次之,平 台与弧相交处最弱.当料浆在模腔内填充 时,受成型磁场的作用,铁氧体颗粒将沿 磁场方向排列,那么料浆在填充模腔时, 在下凸模两边平台与弧相交处填充密度 小,从而导致颗粒填充不均匀,由于密度 的不均匀,烧结收缩比不同,产生应力, 势必会产生内裂纹. 3.1.2压缩比不同造成的 环形产品成型时,各部位的压缩比基 本一致,而瓦形产品成型压制过程就复杂 得多.随着下凸模向上压缩,模腔内料浆 水分不断排出,铁氧体颗粒逐渐被挤压, 从力学原理分析可以得知,瓦形产品沿弦 长方向,顶部压缩比最大即最密实,下凸 模凹模部位压缩比最小,即密度最低,烧 结后,由于压缩比不同,即密度不同,也 会产生内裂纹. 31.3成型料浆.脱水方法及压制工艺参 数造成的 首先.对性能较高的瓦形产品,工艺 要求粒度<O.95um,而要达到该粒度. 研磨时间会很长,同时也会造成颗粒度分 布较广.不呈正态分布,颗粒呈两级分化. 而中间颗粒不够,依据颗粒堆积原理,在 压制过程中.大颗粒和细颗粒之间形成较 大的空隙,造成颗粒间的脱离,从而产生 内裂纹. 其次,同样粒度的料浆由于磨料不 当.会造成料浆粘度增高.成型时料浆 的流动性差.造成坯件密度分布不均,烧 结时也会产生内裂纹.同时,如果料浆粘 度高,也会引起抽水困难,根据流体力学 2000年8月磁性材料及器件?37? 原理,水抽到一定程度时,未来得及抽走 的水会形成一个个小的水槽,烧结时,要 么由于内应力的作用造成产品开裂.同时 应力不大时产生蒸发,也会形成内裂纹. 再次,类似于取向问造成内裂纹, 脱水方式即吸水板的不当也会引起瓦 形产品的内裂纹.因为瓦形产品的形状决 定了吸水板的抽水孔或槽不能等同于环形 和块形产品均匀排布,必须依据瓦形产品 的弧度特点进行非均匀排布,否则也会因 沿圆弧两侧的密度低于顶部密度,含水量 大,烧结时产生内裂纹. 最后.压制曲线调整不当,即压实速 度过快,会出现回料及跑料,太大的压力 会导致坯件起层,烧结时也会出现内裂纹. 31.4烧结造成的 永磁铁氧体瓦形产品烧结时.装窑码 放方式非常重要,由于产品烧结时会产生 收缩.在这个过程中,产品与承烧板之间 会产生较大的摩擦阻力,从而使坯体与板 接触的面产生内裂纹. 3.2控制方法 首先,适当调整充磁线圈,如采用上 下线包结构和改进模具设计,使磁瓦成型 坯件密度分布和磁场取向均匀,减小压缩 比偏差,坯件的压力分布的均匀性就会得 到改善,消除料浆填充的死角,压制坯件 的内部无分界线. 其次,缩短研磨时间,尽量使浆料中 颗粒尺寸呈正态分布,采取洗浆方式,降 低料浆粘度,改善抽水状况,如采取温水 拌料控制料粘度(30~40~C)的方法同步 达到改善抽水效果.同时将模头吸水板设 计改为非均匀排布吸水孔和槽,让吸水孔 尽量靠近圆弧两侧处,使两侧和顶部密度 偏差减小. 最后.适当调整压制曲线(如对某产 品注料压力2.5,3.5MPa,合模压力4, 5MPa,时间7,lls,快压速度15, 3,5mm/s,快压时间6,14s,慢压速度0.1, 0.8mm/s,慢压时间10~25s,压制压力8, 13MPa,上缸上腔压(MPa/cm)=(轴高 X弧长)?100×腔数X0.4?5,卸荷压力 1,1.5MPa,压机西部集团125t全自动压 机)减少回料和跑料,继而达到减少或消 除内裂纹的目的 4环形产品常见裂纹成因及解决办法 4.1成因 环形永磁铁氧体常见裂纹有径向裂 ?◎◎ ◎ (e) 圈l环形磁体裂纹 (c] JMagnMaterDevicesVol31No4 纹,环形裂纹,不规则裂纹及隐形裂 纹 径向裂纹如图la,d所示,图1a所示 产品的径向裂纹是由于升温阶段.即250 600?之间升温速度控制不当或者是由于 坯体水分过大.水分来不及挥发导致的裂 纹.通常称为烧前开裂;图lb所示的径 向裂纹是由于产品冷却阶段冷却速度过 快.出窑温度过高,热胀冷缩导致的产品 裂纹,通常称为烧后开裂.图lb,c所示 的环形裂纹是由于成型工艺控制不当造成 的图Ib所示的裂纹是压制速度过快, F缸压力偏低,即常称的”跑料”现象造 成的图lc的裂纹是由压力过大,压制时 问太长,料浆粘度大或抽水不好等所致, 即通常所称的层裂.图Ie所示的为不规则 裂纹和隐形裂纹,只有在磨加工后方可发 现产生原因是多方面的现还无具体的 权威结论像图Ie所示的隐形裂纹,深度 在O.O2,O05mm长度不等,它虽不影响 使用.但外观十分难看.笔者认为产生原 因仍然与料浆有关.根据流体力学原理 在成型压制过程中.料浆从高密度处向低 密度处流动因粘度大.流动性差,使坯 件内部形成料浆流动痕.在压制抽水过程 中.也会因粘度大.抽水不畅通.坯体内 部又会形成水流痕.产品烧结时.在应力 的作用下.料浆流动痕,水流痕会扩展. 形成不规则的隐形裂纹 42控制方法 环形产品产生裂纹的原因是多方面 的.针对不同的成因采取相应的措施. 是完全可以消除的如图la所示的烧前开 裂成型坯体采用自然晾干或者低温烘 干.坯体水分严格控制在2%,3%.烧结 时在250~600~C温度段缓慢升温,让 风门即排气口位置适当.烧成品均不会出 现烧前开裂采用延长窑炉冷却段长度. 调整好降温曲线.使产品出窑温度严格控 制在55?左右烧后开裂也是可以消除 的.图1b所示的裂纹多发生在全自动注 料压机成型产品上,调整压制工艺曲线, 找到快转慢压的最佳转换点.控制压力< 17MPa,延长慢压时间.产品是不会出现 “跑料”现象的.图lc所示的裂纹多发生 在半自动手动注料压机成型产品上,要消 除这种层裂,除调整好压制工艺曲线外, 还应控制料浆水分不能高于30%,生坯密 度不高于325g/cm3.要消除图1e所示的 不规则裂纹,应严格控制料浆的粒度使 粒度分布均匀,最好呈正态分布,还要控 制料浆的粘度,采取洗浆或加酸性物质, 使料浆pH值低于8,还可适当添加分散 剂,增大料浆的流动性,同时改善抽水系 统,保证吸水板孔畅通,还需要控制成型 过程,确保坯体密度均匀,减小烧结过程 产生的应力 5烧结过程不良现象成因及其控制 永磁铁氧体的生产类似于陶瓷工艺, 烧结十分关键,磁材行业有”原料是基础 成型是条件烧成是关键”的说法,烧结 工艺控制不当,会出现不良现象,如产品 变形,开裂,出现泡状物,鼓泡等 51烧结磁体出现泡状物的成因及控制措施 据相关资料介绍.永磁铁氧体烧结磁 体出现泡状物现象的原因与水分偏析率, 浆料粒度,窑炉通风状况有关.因为铁氧 体成型生坯含水量较高,必须烘干,时间 通常是3,4天,那么当烘干到4天左右 时生坯内外水分梯度较大.虽其平均含 水量较小.烧结对不易开裂.但会造成毛 坯内外烧结速度不同,毛坯表面水分低. 水分挥发快.固相反应较快.孔隙度降低. 但毛坯内部水分挥发慢.随着温度的升 高水蒸气的压力大于磁体收缩的压力与 2000年8月磁性材料及器件?39? 大气压力之和时,磁体内的水蒸气必然向 外膨胀,磁体就会产生泡状物(即气泡) 根据粉末反应速度方程(riD~dr=kiD.D 为晶粒有效直径,k为与材料有关的常量) 可以看出粉料粒度越细,毛坯反应速度越 快.如升温曲线过陡.则晶粒长大速度过 快.致使毛坯孔隙封闭太快.毛坯中的水 分来不及排出,等到高温区时,磁体容易 产生泡状物窑炉的风门调整不当,会使 磁体表面水分挥发太快,从而造成磁体内 部烧结过程滞后,也易产生泡状物.针对 上述原因,为了避免磁体烧结时出现泡状 物,必须延长坯体干燥期若是自然干燥, 应避开坯体水分偏析高峰期,适当控制料 浆粒度(不能太细).特别要注意颗粒的 两极分化尽量做到粒度均匀.严格控制 烧结温度.保持窑炉的良好通风等. 5.2烧结体鼓泡的成因及控制措施 烧结后的坯体有时出现局部区域鼓 泡,烧结时,如果窑内气氛不好(缺氧, 即呈还原气氛),使铁氧体中剩余的Fe2o3 在高温时还原成FeO及FeO,同时分解 出O而此时磁体的排气通道已封闭, 无法排出(反应式6Fe2O3~4Fe304+o2f, 2F岛o~4FeO+O,f),从而使坯件局部鼓 泡针对磁体鼓泡现象,设计窑炉时可在 高温带设置朴氧装置,使高温烧结区呈氧 化气氛,使气氛中的氧分压太于Fe及 SrFe.O分解后所产生的氧分压,同时还 可采用微负压烧结,增加高温烧结区的气 流,但这种措施会损失部分热量. 5.3烧结带磁成因及控制措施 烧结带磁是指刚刚从窑炉卸下的产品 带有磁性,用霍尔探头可测出,高的可达 60~70mT,低的只有几mT(若<ImT, 不算带磁).带磁产品虽不影响性能但不 易清洗干净,影响磁体的外观质量永磁 铁氧体的居里温度为450~C,经高温(> 1200?)烧结,产品应该呈热退磁状态, 那么磁性从何而来昵?行业人士经过大量 的测试和讨论,初步认为是冷却速度太快 所致.因为生产烧结各向异性永磁铁氧体 时.成型的粉末已铁氧体化,且呈单畴状, 通过磁场取向压制到退磁后的毛坯,宏观 磁性为零,而取向不完全则磁矩分布为一 个小区间,退磁不完全时则正反向磁矩数 目不相等.宏观有一定的磁性.而烧结时 主要使坯体致密,基本不改变磁畴的排 列,而磁畴的磁矩受热运动的影响作元规 则变化,随着温度下降.热运动减弱,冷 却后最终定在磁畴易磁化轴方向,宏观磁 性为零,这就是加热退磁的原理.当降温 过剧时,能量还未降到最低时的整体退磁 状态或在整体未退磁的状态被固定下来, 结果便出现正反磁矩不相等,分布不均 匀,一部分呈N极.另一部分呈S极,在 原取向方向上呈极面不规则,强度不均匀 的多极磁化状况,即烧结带磁.还要说明 的是在相同条件下,性能高的比性能低的 更易出现烧结带磁现象.根据上述原则, 只要窑炉设计得当,曲线制定合理,合理 调整降温速度,同时注意装窑方式,烧结 带磁现象是可以消除的. 5.4铁氧体烧结变形现象成因及控制措施 铁氧体烧结时,经常发现产品变形, 即出现弯曲现象.是什么因素造成产品弯 曲呢?笔者认为与成型方式,取向场分 布,毛坯密度均匀性,装板方式等因素有 关.成型压力和取向场不均匀,势必会造 成毛坯密度不均匀,再加上装板方式不 当,烧结时,由于收缩应力的影响,产品 必然会变形弯曲,以生产85mmx65mrnx 13ram方块磁体为倒.成型压力,取向场 都很均匀,烧结时侧装就比平装弯曲变形 小.因为平装接触推板面大.收缩时摩擦 (下转51页) 2000年8月磁性材料及器件?51? HEShui—xiao SouthwestInstituteofAppliedMagnetics,Mianyang621000,China Abstract:VaporizedDepositProcess(VDP),anewtechnologyforthecoatingofsoftfemte COreS.isrepoaedinthepresentpaper.Abriefintroductionisgiventotheprocesstechnologymad featuresofVDP,andapreliminaryanalysisismadeontheadvantagesandproblemsofVDEThis newprocessCaI1alsobeappliedtothesurfacetreatmentofrm’eearthperman entNdFeB,eto. Keywords:vaproizeddepositproogss:soitfecrite~sllrfaoetreatment (上接39页) 阻力大.使产品中间呈弧面状,而侧装接 触面小.因而变形量小,因此为了消除烧 结弯曲变形,在成型时应采取均匀受压, 在成型线圈中心压制,确保密度均匀,压 坯下部朝上烧结(环形),方块及瓦形产 品采用侧装,同时在承烧板上撤匀刚玉 粉,保证板面光滑,减小磨擦力. 参考文献: 【I】磁性材料及器件.1993~1999 [2J2周文运.永砬铁氧体和磁性液体设计工艺[?.成都: 电子科技大学出版杜.1991 阿3都有为.铁氧体叫】.南京:江苏科技出版社.1996. HJ赵国法永碰铁氧件制造与应用【C】.1996 【5J磁性材料及器件专业情报罔高性能永磁铁氧体大生 产技术文集q.1994 作者简介:阮样波.34岁.1988年毕业于武汉 科技大学材料工程系,工程师.现从事永磁铁氧 体器件的生产,开发和研究工作. 启事 随着电子信息产业的迅速发展.磁性行业又迎柬一个灿烂的春天,她在我国国民经济领域中起着越 来越重要的作用.信息交流由此显得更为迫切.为了使奉网,本行业及相关行业各单位之闻更好地相互 了解,沟通信息,加强联系,夸作交流,我网决定在”2001年1季度在1997年鳊辑的磁性材料及器件 专业情报网网员单位情况简鳊》的基础上重新鳊辑出版一本磁性材料及器件专业情报网成员单位简巩 ;r-蝙,赠送网成员单柱及关心我网发展的有关单位领旱,烈实现贵源共丰.由于我网近年发展迅速,各 成员单柱电话升位,人员分流及企业发展变化,原来出版的磁性材料及器件专业情报网网员单位情.兄 简蝙》已不能适应社会发展的需要因此,网秘书处希望和要求各成员单住务必于2000年l1月30目前 向网秘书处提供本单位最新资料,请参照1997年出版的磁性材料及器件专业情报网网员单位情况 简鳊.资料寄到四川绋阳105信箱信息中心王燕明处,邮鳊:621000,电话:(0816)2392194.2388 磁性材料及器件专业情报网秘书处 2000年8月20日