發(fā)布時間：2021-11-16 22:45:28

高磁導(dǎo)率材料</span>一直是國內(nèi)外軟磁材料研究的重點，它有著廣闊的市場應(yīng)用前景，因而，高磁導(dǎo)率材料的研發(fā)正方興未艾。<br /><br />回顧高磁導(dǎo)率Mn-Zn鐵氧體研究歷史，早在上世紀(jì)四五十年代，國外就已確定了錳鋅鐵氧體的基本配方(Fe2O3：MnO：ZnO)的摩爾比為：51.5-52.5：25.0-27.0：21.5-23。六七十年代國外對錳鋅鐵氧體制備工藝、相組成及顯微結(jié)構(gòu)進行了研究。八九十年代對三元系材料性能與成分的關(guān)系及添加物影響進行了系統(tǒng)研究。八十年代則已出現(xiàn)了溶膠-凝膠的濕法制粉工藝，由于原料性能均勻，粒度分布窄，團聚性小，從而明顯減少材料的渦流損耗和磁滯損耗。這一階段的材料居里溫度也以從40℃提高到130℃以上，但溫度穩(wěn)定性還較差。而今，高磁導(dǎo)率Mn-Zn鐵氧體材料基礎(chǔ)理論已經(jīng)相當(dāng)成熟了，提高磁導(dǎo)率一般從配方和工藝上著手，進一步改進其工藝和調(diào)整配方進行摻雜。<br /><br />我國高磁導(dǎo)率Mn-Zn鐵氧體材料的研發(fā)起步相對較晚，五十年代才有專業(yè)的鐵氧體生產(chǎn)工廠；七八十年代，隨著家電的普及及需求量巨增，國內(nèi)開始引進國外先進工藝設(shè)備和技術(shù)著手開展Mn-Zn鐵氧體材料的研究，從而使生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量有了較大幅度的提高；九十年代起，國內(nèi)基本上能制造大部分鐵氧體生產(chǎn)設(shè)備，進而大大促進了我國Mn-Zn鐵氧體材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品性能的提高。<br /><br />軟磁鐵氧體材料品種繁多，用途不一，不同的材料有各自配方和工藝特點，從成分上看，高磁導(dǎo)率材料是屬于Mn-Zn鐵氧體，國內(nèi)外多數(shù)廠家多采用氧化物法生產(chǎn)。從微觀上看，要求高磁導(dǎo)率材料的燒結(jié)體晶粒大，尺寸均勻，晶界直而且晶界上無氣孔，這就決定高磁導(dǎo)率材料的工藝有自身的特色。以下簡要歸納一下國內(nèi)外高磁導(dǎo)率Mn-Zn鐵氧體材料的主要關(guān)鍵工藝：<br /><br />1.<span style="color:#ff0000;">原材料</span>：原材料的純度、雜質(zhì)和活性對鐵氧體材料的性能有很大影響。在相同的工藝條件下，原材料純度的提高意味著磁導(dǎo)率的提高。純度高、雜質(zhì)少、粒度細(xì)和活性高的材料對防止Mn-Zn鐵氧體材料燒結(jié)過程中形成巨晶是非常重要的，因為巨晶會影響鐵氧體的 微結(jié)構(gòu)，阻礙固相反應(yīng)，形成非磁性相，形成內(nèi)應(yīng)力和退磁場，使材料矯頑力增大，功耗大，磁導(dǎo)率下降。<br /><br />2.<span style="color:#ff0000;">配方</span>：配方是生產(chǎn)高磁導(dǎo)率Mn-Zn鐵氧體材 料的關(guān)鍵。通常在配方中提高Zn的比例可獲得磁導(dǎo)率高的產(chǎn)品，目前高磁導(dǎo)率材料的配方(摩爾比)一般都確定為Fe2O3:MnO:ZnO= (51.5-52.5):(25.0-27.0):(21.5-23)。實際生產(chǎn)中必須嚴(yán)格控制成分偏移，成分的微小偏移都可能對Mn-Zn鐵氧體材 料性能產(chǎn)生很大影響。要得到磁導(dǎo)率高的材料需注意以下幾方面：首先必須設(shè)法使磁晶各向異性常數(shù) K1和飽和磁致伸縮系數(shù)λs趨于零，飽和磁化強度Ms盡可能大，盡可能降低材料的內(nèi)外應(yīng)力，形成精確而均勻的微結(jié)構(gòu)。此外，在燒結(jié)過程中必須盡量避免Zn 的揮發(fā)，可采用過量的Fe2O3和ZnO，使磁晶各向異性常數(shù)K1和飽和磁致伸縮系數(shù)λ s下降直至零。另外還必須考慮居里溫度，因為過多的Zn也會降低居里溫度，反而使材料失去實際使用的價值。在一定工藝條件下，最佳配方可用正交實驗確定， 投料時必須嚴(yán)格防止配方偏移。<br /><br />3.<span style="color:#ff0000;">制粉</span>：制粉是Mn-Zn鐵氧體生產(chǎn)中一個相當(dāng)重要的工序，它分干法和濕法兩種：干法是將氧化物原料直接球磨混合，經(jīng)成型和高溫?zé)Y(jié)制成鐵氧體， 該方法工藝簡單配方準(zhǔn)確，但燒結(jié)活性和混合均勻性受到限制，從而制約了其材料性能的完善。濕法有化學(xué)共沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法、超臨界法及微乳液法 等，一般常用濕法采用化學(xué)共沉淀法，其以碳酸鹽作沉淀劑，將組分金屬從混合鹽溶液中同時沉淀分離出來，經(jīng)烘干、焙燒制成燒結(jié)活性和成分都比較均勻的鐵氧體粉末，再經(jīng)成型和燒結(jié)制成Mn-Zn鐵氧體，但其工藝路線較前者復(fù)雜，且因工藝條件較敏感，穩(wěn)定性相對較差。<br /><br />4.<span style="color:#ff0000;">摻雜</span>：摻雜是改善和提高鐵氧體材 料性能的有效措施，同樣也適用于高磁導(dǎo)率材料。上世紀(jì)七十年代日本TDK公司就在高磁導(dǎo)率材料中有意摻入了少量Bi2O3和CaO，以改善材料的高頻性 能, 在100kHz以下磁導(dǎo)率保持在7000左右。此外，日本東北金屬公司以SO3和CaO為摻雜物生產(chǎn)的高磁導(dǎo)率材料在磁導(dǎo)率明顯提高的同時還能改善材料的 比損耗系數(shù)。日本富士公司用摻入MoO 3的方法改進鐵氧體材 料燒結(jié)工藝，可使材料的磁導(dǎo)率明顯提高。<br /><br />5.<span style="color:#ff0000;">壓制</span>：粉體的壓制就是把粉料制成毛坯，因生坯密度大小和均勻性及氣孔率 都對材料的磁導(dǎo)率有很大影響。尤其是對高磁導(dǎo)率材料的磁芯而言，壓制低氣孔率的毛坯是獲得高磁導(dǎo)率產(chǎn)品的先決條件之一，增加成型的壓強可有效降低毛坯的氣 孔率。因此，壓制是粉體制成毛坯的一個重要工序，大工業(yè)生產(chǎn)多數(shù)采用干壓成型技術(shù)。雖然該技術(shù)效率較高，但毛坯內(nèi)部密度不太均勻，而且加大壓力對提高生坯 密度效果不明顯，過大壓力會導(dǎo)致生坯層斷裂等情況，為彌補干壓制成型工藝的缺陷，有時也采用等靜壓方式壓制粉體，這樣可得到密度高、氣孔率低、內(nèi)部密度均勻的毛坯，以此提高鐵氧體材料的性能。<br /><br />6.<span style="color:#ff0000;">燒結(jié)</span>：鐵氧體材料的燒結(jié)過程是一個物理和化學(xué)變化的結(jié)合過程，它對磁芯幾何尺寸和電磁性能起著決定性作用。對高磁導(dǎo)率材料來說，要得到密度高、氣孔率低、晶界直、晶粒大而均勻的鐵氧體磁芯，就必須在燒結(jié)時嚴(yán)格控制燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間和燒結(jié)氣氛，同時要控制Mn離子和Zn離子的變價、防止出現(xiàn)Zn的高溫?fù)]發(fā)配方偏移，又要保證鐵氧體固相反應(yīng)完全和抑制巨晶形成。所以，燒結(jié)工藝和設(shè)備也是鐵氧體工序中至關(guān)重要的因素。國外起始磁導(dǎo)率在10000以下的材料一般在N2窯中燒結(jié)，而起始磁導(dǎo)率大于10000以上材料則在鐘罩爐內(nèi)燒結(jié)。美國使用鐘罩爐工業(yè)生產(chǎn)鐵氧體材料的磁導(dǎo)率μi可達15000-18000，而國內(nèi)高磁導(dǎo)率產(chǎn)品一般都在N2窯中燒結(jié)，磁導(dǎo)率很難突破10000。由此可見，國內(nèi)與國外在高磁導(dǎo)率鐵氧體材料生產(chǎn)工藝技術(shù)上的存在著很大的差距

合成溫度對軟磁鐵氧體品質(zhì)因素及初始磁導(dǎo)率的影響

隨著現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，各種家用電器、辦公設(shè)備、通信 器材、醫(yī)療設(shè)備等向多功能和微型化的方向發(fā)展，從而對表面貼裝的電子元器件提出了全新的要求。研制高品質(zhì)因素軟磁鐵氧體材料采取全濕法的制粉工藝方法，這 種工藝的特點具有工藝衛(wèi)生保證，材料性能一致性好、性能高等。在整個生產(chǎn)過程中預(yù)燒和燒結(jié)是關(guān)鍵工序點，其合成工藝對材料的電磁性能及產(chǎn)品性能影響最大。 本文從選擇不同的合成工藝的角度去提高軟磁鐵氧體材料的品質(zhì)因素和初始磁導(dǎo)率。
2實驗方法
2.1實驗方案
2.1.1采用Fe2O3、ZnO、NiO及一些摻雜料等原材料，按一定的配比制成主燒塊，選擇不同的預(yù)燒溫度用實驗爐進行實驗，并制作成T25×15×7磁環(huán)（φ0.4×10Ts），其方案如表1。
2.1.2采用2.1.1所制成的主燒塊及一些摻雜料等原材料，按照一定的比例進行二次配料制作成軟磁鐵氧體磁漿，選擇不同的燒結(jié)溫度用實驗爐進行實驗，并制作成T25×15×7磁環(huán)（φ0.4×10Ts），其燒成曲線如表2。
2.2實驗工藝流程
按相同的配比配料和不同的溫度進行合成，按以下的工藝流程制作磁粉及磁芯并進行電磁性能檢測：
配料→球磨→干燥→打粉→按不同的溫度進行預(yù)燒，合成主燒塊→進行電磁性能檢測→二次配料→二次球磨→干燥→打粉→造粒→成型→DR切割→按不同的溫度曲線進行燒結(jié)→進行電磁性能檢測。
2.3樣品要求及檢測
2.3.1樣品應(yīng)符合表3要求
2.3.2樣品檢測
2.3.2.1用HP4284A或HP4192A電橋檢測樣品的品質(zhì)因素；
2.3.2.2給樣品均勻繞上10匝線徑為Φ0.4的漆包線，用計量合格的電橋測定電感量，測量頻率為1kHz，測量電壓為0.05V，按 (1) 式計算出初始磁導(dǎo)率。
 (1)
式中：μi：初始磁導(dǎo)率
 L：樣品的電感量(μH)
 N：繞線匝數(shù)
 H：樣品高度(mm)
 D1：樣品的外徑 (mm)
 D2：樣品的內(nèi)徑(mm)
2.3.2.3把樣品放恒溫槽，以1℃/分以下的速度升溫，每隔10℃記錄電感L值一次，同時計算初始磁導(dǎo)率(μi)，將算出的磁導(dǎo)率(μi)與溫度關(guān)系 作成如圖1所示曲線，在曲線下降部分求出最大值的80%的點與20%的點。連接這兩點并延長至μi=1的直線，它們的交點就是居里溫度(Tc)。
3結(jié)果與分析
3.1不同的預(yù)燒溫度對品質(zhì)因素、初始磁導(dǎo)率的影響
按相同配方配制的主燒塊分別在四個不同的預(yù)燒溫度下合成，合成后制作成軟磁鐵氧體磁心，對其磁心性能進行檢測，檢測結(jié)果見表4所示：
由表4可見，預(yù)燒溫度設(shè)計在（890－970）℃/2hr內(nèi)，軟磁鐵氧體材料的性能及收縮均正常，無太大的影響；當(dāng)設(shè)計在1000℃/2hr時，磁心的收 縮率小于1.145，并且晶粒較大，磁心的強度差，μi值略升，但Q值有下降趨勢，證明此參數(shù)點已飽和；當(dāng)預(yù)燒溫度設(shè)計在850℃/2hr時，磁心的收縮 偏大，并且Q值下降，此參數(shù)點也過于飽和，不合適。綜合分析，最佳預(yù)燒溫度范圍在930℃±40℃。
3.2不同的燒結(jié)溫度對品質(zhì)因素、初始磁導(dǎo)率的影響
按相同的配比將主燒塊和摻雜料進行混合，分別在四個不同的燒結(jié)溫度下合成，合成后制作成軟磁鐵氧體磁心，對其磁心性能進行檢測，檢測結(jié)果見表5所示：
由表5可見，燒成溫度設(shè)計在(1080－1130)℃/3hr范圍內(nèi)時，材料的性能及收縮均正常，無太大影響；當(dāng)設(shè)計在1160℃/3hr時，磁心的結(jié)晶 過大，外觀過亮，其強度下降，收縮率偏大，此參數(shù)點為飽和控制點；當(dāng)燒成溫度設(shè)計在1065℃/3hr時，磁心則收縮率偏小，沒有結(jié)晶，外觀偏暗淡，并且 材料的Q值有明顯的下降，此參數(shù)點也應(yīng)作為飽和控制點。因此，在1100℃±20℃內(nèi)的燒成溫度應(yīng)比較合適。
4結(jié)論
合成溫度對軟磁鐵氧體材料的性能有一定的影響，合成溫度過高或過低都會造成產(chǎn)品性能偏低。
通過優(yōu)化合成工藝，選擇出最佳的合成溫度。在實驗過程中，通過對預(yù)燒和燒結(jié)溫度的調(diào)整，預(yù)燒溫度控制在930℃±40℃范圍內(nèi)，燒結(jié)溫度最佳控制在1100℃±20℃內(nèi)；同時需要控制燒結(jié)過程中升溫速率，這對提高軟磁鐵氧體材料品質(zhì)因素和初始磁導(dǎo)率也是至關(guān)重要的

球磨機砂磨機制備鐵氧體粉料的工藝對比及研究

李拴強

(陜西金山電氣集團有限公司 寶雞分公司陜西 寶雞721301)

摘  要：介紹球磨機、砂磨機的原理，并詳細(xì)研究了球磨機、砂磨機制備鐵氧體粉料過程，通過實驗對比表明兩種粉碎設(shè)備在制粉過程中的優(yōu)缺點。
    關(guān)鍵詞：球磨機；砂磨機；研磨；鐵氧體粉料

鐵氧體產(chǎn)品的成型、燒結(jié)與鐵氧體粉料有密切聯(lián)系，在鐵氧體粉料的制備中，采用滾動球磨機和砂磨機分別對顆粒料進行細(xì)化。由于砂磨機在設(shè)計上與球磨機相比采用了優(yōu)越的研磨機理，使得粉料的質(zhì)量和生產(chǎn)效率得以大幅度提高，因而使砂磨機在鐵氧體粉料的制備中得到廣泛應(yīng)用。

1球磨機、砂磨機的粉碎原理
    球磨機采用旋轉(zhuǎn)磨擦方式。當(dāng)球磨機旋轉(zhuǎn)時，物料和鋼球隨球磨筒的轉(zhuǎn)動而運動到一定的高度后下落。物料靠下落鋼球的碰撞作用粉碎，靠鋼球之間及鋼球與球磨筒之間的磨擦作用使料粉細(xì)化。
    砂磨機采用攪拌研磨方式。當(dāng)砂磨機的攪拌裝置高速旋轉(zhuǎn)時，帶動稱為“砂”的鋼球做渦流運動，即鋼球在離心力的作用下沿罐壁從下向上運動。到達液面時再掉下來，循環(huán)往復(fù)的擠壓、研磨、沖撞粉料，起到細(xì)化粉料作用。
    砂磨機除具有滾動式球磨機沖壓、研磨、互相撞擊的作用外，還具有以下的特點：
    (1)攪拌式旋轉(zhuǎn)粉料與介質(zhì)球，避免研磨死角，使粉碎、料漿混合更加均勻。
    (2)轉(zhuǎn)速的提高，使研磨效果大大增強。
    (3)由于所選用的“砂”徑小，砂料比大，增加了相互接觸的機率，提高了效率。
    由于以上特點使得粉料的粒度分布和平均顆粒尺寸都優(yōu)于普通滾動球磨機。
2實驗過程
    為了對球磨機砂磨機在制備中進行比較，分別對不同條件下的鐵氧體料漿利用日本的激光粒度分析儀、粘度分析儀，分別對料漿的粒度，粘度進行對比實驗，在實驗中料(球徑Φ4 mm～Φ6 mm)、分散劑、水的比例相同，為對工藝進行比較，得到準(zhǔn)確的工藝參數(shù)，采用在球磨機中每間隔30 min取料漿樣一次，砂磨機每間隔10 min取料漿樣一次，并對料樣進行實驗分析，具體的測試結(jié)果如表1所示。
3實驗結(jié)果的分析
3.1球磨機砂磨機中粒度的分析
    從表1可以看出，砂磨機在開始的前30 min內(nèi)，由于料顆粒較大、數(shù)目多，沖撞、擠壓作用占主導(dǎo)，大部分是把顆粒料碰撞為幾個碎片，所以粉碎作用明顯，效率很高，在這段時間中，主要以破碎為主，但隨著時間的增加(約30 min后)，大部分顆粒被擊碎，由于鋼球球徑較粉料大，這時研磨起主導(dǎo)作用，效率有所下降。隨著時間的繼續(xù)增加(約120 min后)， 研磨效率顯著下降，這是由于細(xì)小的微粒出現(xiàn)“團聚”現(xiàn)象。球磨機在開始的前60 min內(nèi)，把原料碰撞為細(xì)小的顆粒， 隨著時間的增加(約60 min后)，物料在鋼球之間及鋼球與球磨筒壁之間的作用下使料粉細(xì)化， 這時磨擦起主導(dǎo)作用。 隨著時間的繼續(xù)增加， (約360 min后) 鋼球球徑與粉料粒徑比增大， 磨擦作用顯著下降，微粒的粒徑幾乎不再變化。

3.2球磨機砂磨機中粘度的分析
    從表1可以看出，砂磨機開始時，粘度隨時間迅速增加，這是由于在開始時料球以破碎為主，破碎后的顆粒之間的摩擦大，粘度上升快，隨時間增長，料漿中的顆粒以研磨為主，料漿中不同粒徑微粒在研磨過程中結(jié)構(gòu)上重新進行排列，使得粘度變化緩慢。在球磨機中粘度隨時間變化緩慢，這是由于球磨機的效率低造成的。
4球磨機砂磨機效果的比較
4.1效率的比較
    從表1可以看出，砂磨機比球磨機的效率高得多，特別是在剛開始的幾個小時中。從給出長時間的統(tǒng)計結(jié)果看，將粒徑D粉碎到2.46 Um時， 砂磨機需要50 min， 球磨機需要390 min，球磨機的效率為球磨機390/50=7.8倍。
4.2經(jīng)濟效果的比較
    從表2可以看出，粉碎、砂磨機需要的成本為73.5元/噸，而球磨機需要25.9元/噸，每噸可以節(jié)約成本47.6元。具有良好的經(jīng)濟效益。

5結(jié)語
    從球磨機、砂磨機參數(shù)的比較可以看出，砂磨機不論從粉碎時間還是粉碎的效率上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)地優(yōu)于球磨機，是制備鐵氧體料漿的良好設(shè)備。