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        永磁鐵氧體材料的制備工藝探索

        2016-07-09 20:45:25陳華容
        科技風 2016年13期
        關鍵詞:工藝

        摘 要:永磁鐵氧體作為基礎功能材料,在經濟生活與科技發(fā)展中占據著重要位置,其理論發(fā)展日趨成熟,其工藝探索便擺在了十分突出的位置。本文就永磁鐵氧體主要制備工藝進行了探索,提出了幾點看法。

        關鍵詞:永磁鐵氧體;工藝;動向

        作為基礎功能材料的永磁鐵氧體,其應用已深入到機械、通信、電子、儀表、汽車、航空、航天及軍事領域。隨著科技的發(fā)展,對永磁鐵氧體材料提出了更高的要求(內在性能和外觀、尺寸),也給其制備工藝提出了更新更高的課題。就永磁鐵氧體生產而言,中國是一個大國,但不是強國。關鍵是生產工藝的落后。如:同一個廠家的永磁料粉,在中國只能做到FB6系列,而出口日本便能生產出FB9系列的磁體。說明生產工藝是反映永磁料粉性能真實性的充分條件。就技術發(fā)展而言,傳統(tǒng)技術與其他行業(yè)技術的嫁接與聯姻,推動本行業(yè)技術與工藝的飛速發(fā)展,本文將詳細介紹。1 預燒料工藝預燒料傳統(tǒng)工藝是“備料造粒+預燒”,不論是干法工藝還是濕法工藝,很難制備出晶粒尺寸約1μm的料粉,性能檔次難以突破。日本率先將“亞微米共晶技術+硫化床工藝”引入預燒料工藝中,取得成功,并作為專利技術封鎖很多年。其實硫化床工藝是很傳統(tǒng)的工藝,但與化學結晶工藝結合進入料粉生產工藝的發(fā)展趨勢,值得重視和借鑒。筆者認為:我國工藝探索相對滯后。首先,應加強對“亞微米共晶技術”的晶核尺寸、結晶的化學熱力學條件、后處理工序(洗滌+烘干+造粒)、硫化溫度與時間、加熱方式與介質、運行方式等探索。其次,加強設備與工藝的聯合研制。國內少數研究所設計了:①Fe(NO3)3溶液熱分解制備亞微米級的Fe2O3路線;②MFe12O19(M=Ba、Sr)細小晶粒尺寸的制備(1μm級)。這些探索是有益的,關鍵在熱力學條件的探索。筆者認為:(nFeCl2+SrCl2)混合溶液熱分解成nFe2O3·SrO共沉淀料,造粒,預燒(硫化工藝)到永磁鐵氧體料粉的路線值得探索。2 球磨工藝隨著電子顯微鏡、電子探針及激光粒度分布儀等進行的SEM分析、EDAX分析發(fā)現,球磨或砂磨方式不是造成粒度分布差異的根本原因,關鍵在于工藝:料:球:水比例、球徑、球磨介質(分散劑)的選擇,工藝時間與溫度。不論是砂磨還是球磨,隨著平均粒度的下降,不可避免地發(fā)生:①粒度分布變寬以及順磁性粒子的產生與增多;②向料漿中引入Fe粒子或Fe合金粒子;③產生或加重“跑鍶”現象,致使磁性能降低。證實了生產中 “磨削時間越長,磁性能要衰減”的現象。目前采用的傳統(tǒng)措施:料:球:水比例、料徑與球徑的匹配與選擇、球磨機加筋,砂磨機加循環(huán)泵,分段球磨等?,F在工藝探索的一個方向:在傳統(tǒng)工藝上加入分散劑,實質是將表面化學引入球磨工藝,對控制磁性粒子的凝聚、粒徑分布、粒子形狀及晶粒缺陷都有好處。添加的分散劑主要有:硬脂酸、亞油酸、甲苯等。筆者認為:分散劑的選擇不應只局限于有機物,應放寬到無機物及功能高分子材料中去篩選,只要符合:①具有分散效果,有利于改善粒徑及分布、粒子形狀;②提高球磨效率,抑制或減少有害粒子的進入和有效成分的損失;③分散劑的沸點不宜過高,250℃以下為宜,有利于殘留在生坯中的揮發(fā);④分散劑可以是單一組分,也可以是多組分的配合使用。進一步說明:如果選擇功能高分子材料做分散劑,分子鏈的親水基官能團不能太多,必須有與Fe、Sr原子親和力強的官能團,分子量不宜過大。3 成型工藝成型控制著磁性能和產品合格率,是磁體生產的關鍵工序,其工藝探索集中在兩個方面:①提高生坯密度及生坯密度的一致性。②提高取向度。前者的主要措施:①合理的壓制曲線;②大噸位壓機(壓制方向是單向還是雙向壓制);③注料方式與抽水方向(模具設計)等。后者的措施:①降低粒度、控制粒度分布;②加大充磁磁場。國內由于采取普通平行磁場成型,取向度一般只有75%,由于取向度低,材料性能得不到真實反映,損失不小。先進的工藝是采用垂直磁場成型,在水平方向產生磁力線,磁性粒子沿加壓方向和垂直方向成鏈狀層層排列。加壓時,取向粒子是沿垂直方向被壓縮,以最初的取向狀態(tài)成型,幾乎不會出現無規(guī)則取向,從而提高了取向度。取向度可達98%以上。筆者認為:垂直磁場成型工藝的關鍵在于磁場設計與模具的改進,因此,工藝、設備、模具、操作聯合工藝攻關的時代到了。4 燒結工藝燒結是永磁鐵氧體性能最終形成的重要工序。大致分成升溫、保溫、降溫三個階段。工藝探索注重優(yōu)化燒結曲線、裝坯方式、氣氛等。隨著快速燒結方式的興起,工藝研究還要注重:工藝流程的增減、加熱方式的改變、快速降溫對性能的影響。隨著設備的改進,燒結增設了預烘干工序,使生坯件入窯時含水量≤1%,溫度為200~300℃,縮短了升溫段時間,然而微波加熱方式的引入,比傳統(tǒng)的對流與傳導方式在升溫方面更快捷有效,有利于水分的揮發(fā),更能縮短生降溫時間。筆者認為:快捷燒結的工藝探索應重點放在:①加熱方式的改變及燒結曲線的優(yōu)化;②快速降溫對材料性能的影響,從燒結最高溫度到材料居里溫度左右,探索降溫速度多大為優(yōu)化速率。5 磨加工工藝磨加工是控制永磁體表觀質量的工序,傳統(tǒng)的工藝探索注重磨削工藝的編制與工裝夾具的設計與改進。隨著磁體應用的深入,產品向微型化、超薄、表面光潔度方向發(fā)展。如:某廠出口歐盟的一產品,軸長24的磁瓦在外弧面上截出6個24×2的矩形平面,加工精度±0.02mm,粗糙度1.6,價格不菲,是典型的磨加工高新技術帶來的高附加值。筆者認為:將先進的機械加工技術與光學加工技術引入磨加工,將拓寬磁體的應用領域,適應科技發(fā)展十分必要。6 檢測工藝檢測是工藝控制的“眼睛”。由于永磁鐵氧體工藝的特殊性,重要參數的檢測結果滯后。筆者認為:檢測工藝的目標是實現同步檢測。料粉磁性能的檢測,傳統(tǒng)做法是模擬磁體生產工藝制成標準樣塊檢測,結果明顯滯后。因工序長,因素多,不能真實反映材料的性能,不便及時控制工藝。國內某技術中心的先進做法是:采用飽和磁化曲徑定理計算機軟件化,與振動磁強樣品儀結合測σs,實現了預燒料的同步檢測。7 結束語永磁鐵氧體材料工藝是一個涉及理化分析、磁性測量、固體材料分析、設備、原材料、操作可行性的系統(tǒng)。只有深入研究探索各子系統(tǒng)的優(yōu)化性與相容性,才能保證系統(tǒng)的優(yōu)化,推動工藝的發(fā)展,但其中,引入其他門類的技術與傳統(tǒng)技術進行嫁接與聯姻,實現永磁鐵氧體工藝的升級換代,是一個新的發(fā)展趨勢,值得高度重視。 作者簡介:陳華容,女,1991年華東工學院精細化工專業(yè)畢業(yè),學士學位,副教授,具有十五年磁性材料理化分析及工藝技術工作的經歷,現在宜賓職業(yè)技術學院材料工程技術專業(yè)從事教學科研工作,先后承擔過多項永磁鐵氧體材料的研發(fā)項目。

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