永磁铁氧体材料大生产工艺控制技术

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1、铁氧体生产工艺技术,第三篇 永磁铁氧体材料大生产 工艺控制技术,铁氧体生产工艺技术,2、 永磁铁氧体材料性能,1、永磁铁氧体材料的发展现状,3、烧结钡永磁铁氧体的制备工艺,4、烧结锶永磁铁氧体的制备,一、永磁铁氧体的 发展过程,铁氧体生产工艺技术,教学目标,熟悉永磁铁氧体的发展过程,主要用途。,职业技能教学点：,1、国内外发展状况， 主要牌号性能， 2、永磁铁氧体的分类 及主要用途， 3、永磁铁氧体的发展史。,铁氧体生产工艺技术,永磁铁氧体,它们的矫顽力能 高出几个数量级。,相对于软磁铁 氧体来说，,永磁铁氧体是当今 产量最大的铁氧体 元件产品，和其它 永磁产品一样，只 需从外部提供一次 充磁

2、能量就能产生 恒定磁场。,铁氧体生产工艺技术,永磁铁氧体的分类,1、粘结（橡胶或塑料）永磁铁氧体（同性或异性） 2、各向同性钡或锶铁氧体（Y10T） 3、干压各向异性钡或锶铁氧体（Y20，Y25） 4、全径向工艺磁体 5、高 Br各向异性铁氧体（钡） 6、高 Br、高（BH）max各向异性锶铁氧体 7、高Hc各向异性锶铁氧体 8、双高及高Br、高Hcj锶铁氧体,铁氧体生产工艺技术,铁氧体生产工艺技术,粘结（橡胶或塑料）永磁铁氧体（同性或异性）的应用,电机，蜂鸣器，传感器，仪器仪表，电冰箱， 复印机清洁、显影磁辊，磁教具，电视机等,TJN-1扭矩传感器,铁氧体生产工艺技术,冰箱,铁氧体生产工艺技

3、术,各向同性钡或锶铁氧体（Y10T）,能制造较复杂形状，生产效率高，价格便宜，适于 大批量，且磁性能要求不高的场合。如微特电机， 耳机，电视机中心调节器等。,微特电机,铁氧体生产工艺技术,干压各向异性钡或锶铁氧体（Y20，Y25）,磁性能较高，又容易作成瓦形等较复杂形状， 成型、烧结合格率高，适宜于动态，磁路， 低磁导。例如电动机、小型发电机、吸盘、 止动销等。,电动机,铁氧体生产工艺技术,电机,铁氧体生产工艺技术,全径向工艺磁体,特别适于各类微特电机，可提高 电机效率515%。,工艺难度较大,一是定向工艺， 二是烧结开裂问题。,铁氧体生产工艺技术,高Br各向异性铁氧体（钡）,适用于高磁导、价

4、格低且性能 高的器件。如各类扬声器， 磁（发）电机等。,扬声器,铁氧体生产工艺技术,高Hc各向异性锶铁氧体,适用于低温环境，大气隙，退磁干扰大的器件，如， 行波管，磁控管磁路等，又如汽车摩托车启动电机等,摩托车启动电机,铁氧体生产工艺技术,摩托 车磁 电机 线圈,铁氧体生产工艺技术,汽车电机,铁氧体生产工艺技术,铁氧体生产工艺技术,双高及高Br、 高Hcj锶铁氧体,适合于各类场合应用 但工艺难度较大。,我国永磁 铁氧体的 发展，在 几十年内经历了,(1）由钡铁氧体向锶 铁氧体转换 （2）工艺上由干压成型向 湿压磁场成型工艺转换， （3）材料性能由低性能 向国际先进水平高性能转换。,铁氧体生产工

5、艺技术,Adeiskold确定了（Ba，Sr，Co） 铁氧体具有磁铅石晶体结构。,1952年,Went等人制成相当于现今 的各向同性钡铁氧体,1962年,湿压磁场成型工艺,世界 上公 认的 永磁 铁氧 体的 发展 过程,最早 发现,1938年,铁氧体生产工艺技术,世界 上公 认的 永磁 铁氧 体的 发展 过程,70年代,磁能积方面大大优于钡铁氧体 的锶铁氧体大量投产,尤其在 1978年后,AlNiCo类磁钢的主要原料 Co的价格上涨，更加促进了 永磁铁氧体的发展。,铁氧体生产工艺技术,课后小结：,1、国内、国外牌号性能，反映技术水平， 2、永磁铁氧体的分类及用途 3、发展史，当今国际已接近理论

6、值水平的FB9系列,铁氧体生产工艺技术,1、永磁铁氧体有哪些特点？ 2、永磁铁氧体有哪些种类和基本用途?,作业布置,铁氧体生产工艺技术,二、永磁铁氧体材料 的磁性能,铁氧体生产工艺技术,教学目标,熟悉永磁铁氧体主要磁性参数，基本掌握提高永磁铁氧体磁性能的途径。,职业技能教学点：,1、主要参数及相互影响关系， 2、提高Br，Hcj的基本途径， 3、永磁铁氧体的基本特性及理论 值发展史。,铁氧体生产工艺技术,复习上次课重点：,永 磁 铁 氧 体,钡铁氧体，锶铁氧体,种类,工艺,同性铁氧体， 异性铁氧体,压制 成型,干压同性和 干压异性， 湿压磁场成型,铁氧体生产工艺技术,烧结永磁铁氧体主要工艺流程

7、,配方,混磨,预烧,球磨,成型,烧结,加工,检测,铁氧体生产工艺技术,新课教学,永磁铁氧体的材料性能,永磁铁氧体的使用性能通常用退磁曲线来表征，,主要参数有,剩磁， Br,磁感应 矫顽力 Hcb,内禀 矫顽力 Hcj,最大 磁能积 （BH）max,铁氧体生产工艺技术,铁氧体的亚铁磁性决定了它的饱和磁感应强度不高。 对于单一磁化轴的铁氧体多晶体，若在工艺上采用磁场成型，且取向程度高（95%），使晶轴取向外磁场而造成各向异性材料，则可使Br接近Bs。,亚铁磁性？,铁氧体生产工艺技术,材料 的本 征特 性,饱和磁化强度4Ms，各向异性 常数K和居里温度Qf等（是和 材料的成分，晶体结构有关）,材料的

8、 结构灵 敏特性,矫顽力Hcb和Hcj等（与 材料的加工工艺、均匀性， 缺陷，杂质等的分布，应 力状态等有关）,铁氧体生产工艺技术,提高永磁铁氧体性能的途径： 主要是提高Br和Hcj，影响因素：Br=s 取向度，s比饱和磁化强度，磁体密度,提高Br,1、提高取向度 2、比饱和磁化强度 3、提高磁体密度,铁氧体生产工艺技术,提高Br的措施,1、优化模具及成型工艺， 2、增加取向磁场， 3、降低料浆粘度， 4、减少顺磁性微粒的比例。 若将取向度提高到90%，剩磁可接近440mT；若将取向度提高到95%，剩磁可接近455mT,铁氧体生产工艺技术,影响矫顽力的因素,Hc=AK/Ms+B/Ms+C（N2

9、N1）Ms 第一项为磁晶各向异性对矫顽力的贡献； 第二项为应力各向异性对矫顽力的贡献； 第三项为形状各向异性对矫顽力的贡献。,铁氧体生产工艺技术,大生产中提高Hcj的措施,二次加杂,最早是添加高岭土（主要成分 SiO2和Al2O3）后改为加Al2O3， Cr2O3等通过加杂来提高矫顽力， 不管什么杂质，除Fe之外，都要 影响Br，使Br下降。,铁氧体生产工艺技术,大生产中提高Hcj的措施,大生产中提高Hcj的措施,减少Br的下降 1、料浆粒度尽可能成正态分布 2、La2O3部分取代SrCO3，用部分Co （预烧料用Co3O4，二次添加用Co2O3） 或其它元素如（Zn，Mg，Mn，Ni等） 部

10、分取代Fe,铁氧体生产工艺技术,三、钡永磁铁氧体的 制备技术,铁氧体生产工艺技术,教学目标,职业技能教学点,1、基本配方，添加剂的影响， 2、原料，预烧，球磨工艺。 3、磁场成型法、烧结设备与工艺， 4、产品的充磁磁化设备和方式。,熟悉钡永磁铁氧体生产 预烧料及其常规产品 的制备,铁氧体生产工艺技术,与后来发展起来的锶永磁铁 氧体相比,优点 Br高， 成本低。,缺点： Hcb，Hcj 较SrFe12O19 低。,铁氧体生产工艺技术,生产BaO.6Fe2O3多数是 氧化物法生产,备料,1、基本配方：分子式为 BaFe12O19=BaO.6Fe2O3 理论上BaO：Fe2O3=1：6， 但实际中，

11、一般在5.45.7之间，,原因？,铁氧体生产工艺技术,（1） 从BaOFe2O3系相图（图2.2.1）可以看出，BaFe12O19（M）相只存于n6的一个很小范围内。 （2） Fe2O3比例稍低于6会使晶格点阵产生一些空位，这些空位有利于烧结时原料离子迁移，从而促进烧结时固相反应的进行，其结果是收缩率增大，密度上升，饱和磁化强度与剩余磁化强度增大，使磁性能提高。,铁氧体生产工艺技术,图2.2.1 BaO-Fe2O3 二元系平衡状态图,铁氧体生产工艺技术,（3）有利于矫顽力的提高。 （4） 生成合适的缺陷结构，有利于离子扩散，降低烧结温度，增进密度 （5） 补偿球磨时铁的加入以及烧结时碱土氧化物

12、的挥发。 （6）铁氧体原料中含有硫类杂质，这些杂质在生成铁氧体温度（8000C）前就与BaO生成BaSO4（7000C），因此一部分BaO生成稳定化合物BaSO4后消耗掉了，相对地造成配方中Fe2O3过剩，固BaO实际含量增加,铁氧体生产工艺技术,一般使用BaCO3代替BaO， BaCO3在90010000C分解 成BaO与CO2，这样分解的BaO活性 较好，有利于固相反应。,BaO很不稳定。解决措施？,铁氧体生产工艺技术,2、添加剂的影响,为了改善磁性能，目前附加最多的 添加剂有：iO2、Al2O3、高岭土、 CaCO3、As2O3、稀土氧化物（La2O3） 硼化物（H3BO3）、锰化物、B

13、i2O3,铁氧体生产工艺技术,添加剂的主要作用是：,（）细化晶粒以便在较宽的烧结温度范围获得高Hc； （）增加密度提高Br； （）改善温度系数等。,铁氧体生产工艺技术,（1）高岭土,高岭土的主要成分是Al2O3和iO2，是早期常用的添加剂，一般可分两次（预烧料，二次料）加入，一般加入量为0.51.0%，在钡铁氧体、锶铁氧体中少量添加剂有利于细化晶粒、提高Hcb。但常由于Al2O3，iO2含量不稳定，只用于中低挡磁性能的生产，高性能永磁铁氧体已不使用。,铁氧体生产工艺技术,（2）Al2O3（Al、In、Cr、Zn、Ge Nb、Ga等离子代换）,Al代换Fe，磁晶各向异性将增大，从而得到较高的Hc

14、B（但要使Br下降）,铁氧体生产工艺技术,（3）iO2,Si可以与Ba生成BaSi2O5 （T9950C），降低烧结温度在较高温度时（T10000C）可生成液相的玻璃态，Si的含量富集于晶界，可以阻止晶粒生长，提高矫顽力,铁氧体生产工艺技术,（4）稀土氧化物,轻稀土族元素La，Ce，Pr，Nd等，有利于磁能积提高，最佳代换量为710%，例如，配比为（BaO）1-x（La2O3）x/2.5.6Fe2O3的组成，当0x0.12时，磁性能最佳，少量La2O3的添加可以增加矫顽力，并不过多地影响Br，从而提高（BH）max值，此外，还可以使烧结温度范围增宽，有利于提高产品的成品率，,铁氧体生产工艺技术

15、,（5）As，Pb，Bi的代换,Pb3O4、Bi2O3往往作为低熔点助熔剂添加，它可以降低烧结温度、增进密度、提高Br（对Hc有影响）。As2O3的添加有利于降低Ms的温度系数，Pb，As的蒸汽有毒， Bi的价格较贵。,铁氧体生产工艺技术,（6）CaCO3,CaCO3在高温时化学性质不稳定，8250C热分解产生CaO,其中一小部分Ca2+离子进入磁铅石结构中，剩下的大部分Ca2+离子在固相反应中起助熔剂的作用，即在反应过程中产生低熔点产物，从而降低反应温度相应提高了磁体密度,铁氧体生产工艺技术,3、原料、预烧与球磨,原料,为降原材料成本，国内不少单位采用铁鳞硫矿渣以及精矿粉等作原料，但活性较差

16、，通常要进行磁选，磨细或氧化，以增进纯度与活性，测得含铁量后再进行配方，国外大多数将酸洗钢铁的氧化铁溶液进行喷雾煅烧，同时再生（回收）盐酸的工艺来制备廉价的氧化铁纯度高，活性好,铁氧体生产工艺技术,预烧,预烧设备有隧道窑（现已淘汰）， 推板窑，钟罩窑，回转窑等。通常 预烧采用直热式回转窑，以天燃气， 煤气，柴油或重油为燃料，合格的 预烧料是制造高性能永磁铁氧体的 保证。,铁氧体生产工艺技术,预烧,预烧料温度一般在126013200C范围内 ，在充分的氧化气氛中，高温时保温时 间根据粒子直径大小（和坯件的大小） 一般为23 h（最长为5h），如果能 生成95%以上的铁氧体材料可视为预烧 较佳状态。,铁氧体生产工艺技术,推 板 窑,铁氧体生产工艺技术,