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1、1,软磁铁氧体制作技术成型,2,内容,概述 粉体的特性 粉体流动与偏析 粉体压缩和压缩方程,3,概述,成型：是指颗粒材料经过加工，形成预期形体的坯件的一个整体过程； 成形：是指在模具中的颗粒材料经过压制成为某种特定的形状(含尺寸和密度)的坯件的具体过程。,4,首先，经过喷雾造粒的颗粒料要与成形剂和去离子水进行混合。混合的设备有增湿混合机、无重力粒子混合机、V形混合机、多面体混合机等。除水以外，添加的成形剂有硬脂酸锌、甘油、脂肪酸、煤油、稀PVA溶液等。混合时间在5分钟左右，既要混合均匀，又不至于使颗粒遭到一定程度的破坏。 两种或两种以上粉状物料混合的均匀性与粉体的分散度、粒度、形态、混合工艺等
2、有关。成形时，在颗粒料的形态、颗粒的大小、粒度分布、流动性等方面的差异，都会造成坯件质量的波动。,5,混合好的颗粒材料应进行密封陈腐48小时以上。陈腐也称为“陈化”，它源自于陶瓷工艺，是指把与水混合均匀的瓷料放在不透光、空气相对静止的阴暗之处，并保持一定的温度和湿度，以改善瓷料的性能。瓷料陈腐时间越长，所制的瓷器质量就越好。铁氧体颗粒料陈腐的目的主要有两个：其一是使颗粒料中的水分经过充分地扩散，使颗粒间的含水量均匀化；其二是让干燥的PVA吸潮、软化，增加颗粒料的可塑性，改善其压缩成形性。,6,粉体的特性,软磁铁氧体颗粒料从形态上讲属于粉体，因此，其具有粉体的物理性质。粉体的第一性质是组成粉体的
3、单一粒子的性质，如粒子的形状、大小、粒度分布、颗粒密度等；粉体的第二性质是粉体集合体的性质，如粉体的流动性、填充性、堆积密度、可塑性、压缩性、成形性等。,7,颗粒大小及粒度分布： 粉体是由无穷多个不同尺寸的颗粒组成的群体，要列出粉体中所有颗粒的尺寸大小是不可能的，因此，颗粒大小通常是指粒度在某一范围内的颗粒大小，粒度分布通常也是指粒度在各个粒度范围内的颗粒分布状况。 对于软磁铁氧体颗粒材料而言，为了方便快捷地测定，通常采用筛分的方法测定颗粒大小，并由此得出其粒度分布。,8,筛网规格表示方法有：用筛孔尺寸表示、用正方形的边长表示筛孔尺寸、用筛网目数表示等。 最常用的是用筛网目数表示。它是用一英寸
4、长度上筛网孔的数目来表示粒径的。因为编制筛网的金属丝是符合标准规定的，所以只要网目一定，孔宽就是规定的宽度，通过筛孔的最大颗粒尺寸也就确定了。,9,10,吸湿性与水分含量： 吸湿性是指在固体表面吸附水分的现象。将铁氧体颗粒置于湿度较大的空气中时，容易发生不同程度的吸湿现象，致使铁氧体颗粒料水分含量增加，使其流动性下降，甚至产出固结。 铁氧体颗粒料的吸湿性与空气状态有关。空气的状态包括空气的相对湿度和流动状态。若空气的湿度较高，又处于静止状态，则铁氧体颗粒易吸湿；反之，则易风干。,11,当空气中水蒸气压P大于物料表面产生的水蒸气压Pw时，发生吸湿(吸潮)；P小于Pw时，发生风干(失水)；当P等于
5、Pw时，吸湿与干燥达到动态平衡，此时物料的水分称平衡水分。由此可见，将物料长时间放置于一定状态的空气中后，物料中所含水分将稳定于平衡含水量。平衡水分与物料的性质及空气状态有关，不同物料的平衡水分随空气状态的变化而变化。,12,13,水溶性物料在相对湿度较低的环境下，一般不吸湿，但当相对湿度提高到某一定值时，吸湿量将急剧增加，此时的相对湿度叫临界相对湿度。水不溶性物料的吸湿性在相对湿度变化时，含水量变化缓慢，没有临界点。 铁氧体颗粒材料中，绝大部分为水不溶性材料，只有PVA等少量水溶性材料。若将水分含量为0.30%左右的铁氧体颗粒材料暴露在相对湿度为80%左右的空气中，在2小时以后，水分含量会增
6、加至0.45%左右，基本上达到平衡。其水分含量增加达到自身水分含量的50%左右，不可忽视。,14,为了防止铁氧体颗粒材料吸潮，应在其平衡的相对湿度和温度条件附近保存。若盛装的器皿置于相对湿度较大的空气中，则粉体材料表面与空气接触的颗粒料自然就会吸潮，其水分含量将高于容器内部粉体的水分含量，于是，就会产生坯件质量的差异或波动。 铁氧体颗粒材料中，水分以三种形式存在：自由水分、化合“水分”和吸取水分。 自由水分和固体物料之间没有牢固的结合力，比较容易脱除。用机械力(重力、压力和离心力)或加热都能达到绝大部分水分与物料分离的目的。,15,物料经吸附作用和吸收作用而结合的水分称为吸取水分。吸取水分与物
7、料的结合比较牢固，用一般的机械方法不能除去，在较低的干燥温度下也不能完全除去。如果脱水后再放置在湿度较大的空气中，它又会重新吸附或吸收周围的水分子，直到湿度平衡为止。,16,水解的生成物、水分子与物质按一定比例直接化合的生成物中所含的水分为化合“水分”，如金属的氢氧化物、含结晶水的化合物、水合氧化物、水合金属氧化物离子等，由于它们与物质牢固地结合在一起，只有加热到某一特定的温度，使生成物破坏，才能使这种“水分”释放出来。铁氧体中各金属元素的氢氧化物、水合氧化物、水合氧化物离子、含结晶水的氧化物等都要各自的分解温度，一般在200左右，最高的温度可达500左右。只有在它们分解后，才能逐渐生成氧化物
8、。因此，脱去这种“水分”的温度较高。,17,通常，测定铁氧体颗粒料的水分时，测得的主要是自由水分和吸取水分，在150以下，化合“水分”一般不能脱除。而铁氧体颗粒料吸潮或风干中，吸取水分的变化也较大。,18,密度与空隙率： 粉体密度： 粉体密度有以下几种定义： 1.真密度t：粉体质量除以不包括颗粒内外空隙的体积。 2.颗粒密度g：粉体质量除以包括封闭细孔在内的颗粒体积所求得的密度，也叫表观颗粒密度。,19,3.有效颗粒密度e：粉体质量除以包括开孔及闭孔在内的颗粒体积。 4.松(装)密度b：粉体质量除以该粉体所占容器的体积所求得的密度，亦称堆密度。 5.振实密度bt：在填充粉体时，经一定规律的振动
9、或轻敲后测得的堆密度。 在颗粒致密、无细孔和空洞的情况下，则t=g；一般情况下，tgebtb。,20,空隙率： 空隙率是粉体层中空隙所占有的比率。由于颗粒内、颗粒间都有空隙，可以相应地将空隙率分为颗粒内空隙率、颗粒间空隙率、总空隙率等。 铁氧体颗粒的密度与空隙率直接影响其成形的工艺性，空隙率过大或密度过小，必然会造成压缩比过大；同时，在压缩过程中，空隙中的大部分气体要排出，既影响压制的速度，又会影响坯件的质量。批量生产中，通常要测量铁氧体颗粒料的松装密度。在用透气法测定粒度时，密度读数与孔(空)隙率有直接关系。,21,松装密度和振实密度测定： 松装密度的测定：,式中，W1为量杯和料的总质量，W
10、0为量杯的质量，V为已知的量杯的容积。,22,振实密度的测定：在量筒内装入适量粉料，旋转的凸轮反复地将量筒从30mm50mm的高处跌落到软的弹性基体上，墩实粉料，直到倾斜量筒时粉料不会倒出为止，不断地加入粉料，重复上述操作，直到粉料墩实到规定的刻度为止。称量装有粉料的量筒质量。,式中，W1为装有粉料的量筒质量，W0为空量筒质量，V为铁氧体粉的体积。,23,24,流动性与充填性： 流动性：粉体的流动性与粒子的形状、大小、表面状态、密度、空隙率等有关，同时，与颗粒之间的内摩擦力和粘附力等也存在着复杂的关系，因此，粉体的流动性无法用单一的物性值来表达。然而粉体的流动性对颗粒粉体的流动和填充有重要的影
11、响，是坯件之间或坯件的各个部位密度产生差异的重要原因。,25,在铁氧体生产过程中，粉体的流动主要体现为两种：重力流动和压缩流动。粉料受重力作用从盛料容器中流出为重力流动；在压制过程中，粉料在模具内的运动为压缩流动。可以从流出速度、休止角、流出的极限孔径，以及壁面摩擦角、内摩擦角等方面来进行评价。其中，流出速度和休止角通常都是可以测定的；壁面摩擦角和内摩擦角在批量生产中，则难于测定。,26,休止角是粉体堆积成的自由斜面与水平面所形成的最大角，是颗粒在粉体堆积层的自由斜面上滑动时所受重力和颗粒间摩擦力达到平衡而处于静止状态下测得的，是检验粉体流动性的最常用、最简便的方法。 流出速度通常用漏斗计时法
12、测定。测定全部物料流出所需的时间，也可计算出单位时间流出粉料的体积。流动速度快，粉料的流动性就好。,27,28,改善流动性的方法： 适当增加粒径 粒径对粉体流动性有很大影响，当粒径减小时，表面能增大，粉体的附着性和聚集性增大。一般而言，当粒径大于200m(80目)时，休止角小，流动性好；随着粒径减小(200100m之间时)休止角增大而流动性减小；当粒径小于100m(160目)时，粒子发生聚集，附着力大于重力而导致休止角大幅度增大，流动性变差。,29,所以，适当增大粒径，可改善粉体的流动性，如在流动性不好的粉体中加入较粗的颗粒也可以克服聚合力，增加流动性。粉体性质不同，流动性各异，最佳的粒径大小
13、也有差异。 加入润滑剂 在粉体中加入适量的润滑剂，如硬脂酸锌、氧化镁或脂肪酸等，降低固体粉粒表面的吸附力，可提高粉体的流动性。润滑剂的加入量很重要，当粉粒的表面刚好被润滑剂覆盖，则粉体的润滑性变好；若加入过量的润滑剂，不但不能起润滑作用，反而会形成阻力，使流动性变差。,30,控制粉料湿度 颗粒通常吸附有一定的水分，水分的存在使粉粒表面张力及毛细管力增大，使粒子间的相互作用增强而产生粘性，于是流动性减小，休止角增大。将颗粒的含水量控制在某一定范围以内，是保证粉体流动性的重要方法之一。,31,控制粒子形态及表面状况 尽量制成球形度或圆角度较好的颗粒，表面光滑，可以减少接触点数，从而减少摩擦力。当喷
14、雾造粒塔内粘壁严重时，颗粒表面因为相互粘附而变得相当粗糙，其颗粒之间的摩擦力就会变得相当大。人工造粒时，颗粒的的圆角度和球形度很差，颗粒极不规则，而且还有尖锐的棱角，这样的颗粒必须经过整粒，提高球形度及圆角度，才能提高流动性。,32,充填性： 充填性是粉体集合体的基本性质，在装填粉料的过程中具有重要的意义。,33,在粉体的充填中，颗粒的装填方式影响粉体的松装密度、体积和空隙率。在粒子的排列方式中，最简单的模型是大小相等的球形粒子的充填方式(Graton-fraser模型)。 等大球形粒子充填的空隙率较大，接触点数较少，若不是等大球形粒子，而是大小不同的球形粒子，则小粒子就会在大粒子的空隙之间充
15、填，可以减少空隙率，增加接触点数。,34,35,铁氧体颗粒的尺寸分布范围较宽，从50m到450m，大部分颗粒在70m300m范围之内。由于小颗粒可以在大颗粒之间充填，不同尺寸的颗粒组成的粉体可获得更小的空隙率和更高的松装密度。但是，在颗粒流动过程中，小颗粒会从大颗粒形成的空洞中穿过，形成穿孔效应，从而造成粉体颗粒的偏析，这也是不容忽视的。,36,当粉体的充填性较差时，可以添加助流剂，在其与粉体混合时，它在颗粒表面附着，可以减弱粒子间的粘附，从而增强流动性，增大充填密度。助流剂微粉的添加量在0.050.1%范围之内，若加入过量反而会减弱流动性。,37,粘附性与凝聚性： 粘附性是指不同分子间产生的
16、引力，如粉体中粒子与容器壁间的粘附；凝聚性是指同种分子间产生的引力，如粒子与粒子间发生的粘连。产生粘附与凝聚的主要原因是： 在干燥状态下，主要有范德华力与静电力发挥作用； 在润湿状态下，主要由粒子表面存在的水分形成液体架桥或固体架桥。在水分的界面张力的作用下，使粒子粉末粘结在一起形成液体桥；在粉体表面发生的溶解和干燥而析出的结晶形成固体桥。这是吸湿性粉末容易固结的原因。,38,一般情况下，颗粒越小的粉末越易发生粘附与凝聚，因而影响流动性和充填性。加大粒径或加入助流剂等方法是防止粘附、凝聚的有效措施。,39,成形性与压缩性： 压缩性表示粉体在压力下减少体积的能力。成形性表示物料紧密结合形成一定形状的能力。铁氧体颗粒料的压缩性和成形性对于成型坯件的产量和质量具有重要影响。可塑性是表示粉体在外来压迫下塑性变形的能力。有时，也从可塑性与压缩性方面来衡量铁氧体颗粒材料的工艺性。 纯粹的固体粉末的可塑性与成形性是很差的，因此，必须加入粘接剂和适量的增塑剂及表面改性剂，并制成颗粒材料，以提高其可塑性与成形性。,40,粉体流动与偏析,
