MnZn鐵氧體粉料的制備.

1、MnZn鐵氧體顆粒料的制備 為普遍。干法生產(chǎn)，都直接采用氧化物做為原料，經(jīng)過(guò)混合、球磨、預(yù)燒、砂 磨、噴霧造粒等工序得到產(chǎn)品。干法生產(chǎn)包括氧化物法和熱分解法。 干法生產(chǎn)采用氧化物做原料，雖然活性較差，反應(yīng)不易完全，但是工藝簡(jiǎn)單，應(yīng) 用較為普遍，其仍為目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家生產(chǎn)的主我公司采用的是干法生產(chǎn)工藝 中的干混方法進(jìn)行生產(chǎn)，主要生產(chǎn)工藝步驟如下圖：原材料 一干混一紅振一預(yù)燒 黑振砂磨噴霧造粒檢測(cè)包裝出廠 混合與粉碎 干混和紅振是將所需原材料 Fe203 Mn3O4、ZnO按一定比例混合均勻，并通過(guò) 鋼球振磨，以利于下一步預(yù)燒。原材料選擇及配方提根、酸根等較少、化學(xué)活性 和流動(dòng)性要好、粒度分布適

2、當(dāng)、三種主配方料的比表面積匹配較好。就功率鐵氧 體來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)外制造商的配方大約在：Fe2O3: 5354mol%、MnO : 3540mol%: ZnO: 812mol%之間。女口 PC44,有廠家取配方為：Fe2O3: 53.3mol%、MnO: 36.5 mol%: ZnO: 10.2mol%。為促進(jìn)固相反應(yīng)、助熔、防止 晶粒長(zhǎng)大、改善材料性能及增加機(jī)械強(qiáng)度等，通常在配方中要加入一些有益的雜 質(zhì)，女口 AI2O3、HfO2、Nb2O5、TiO2、V2O5、Cr2O3、CaCO3、ZrO2、Pb3O4 及CoO等，但要控制好添加量，過(guò)多反而有害 作為混合粉碎的機(jī)械有：球磨機(jī)、 砂磨機(jī)、強(qiáng)

3、混機(jī)、氣流機(jī)、粉碎機(jī)等，目前使用最多的是前兩種一一球磨機(jī)和砂 磨機(jī)。我公司使用的是 MZ-100型振磨機(jī)，振磨25min，使混合料粉平均粒度為 1.2 yn左右。 預(yù)燒 為了獲得最佳電磁特性和機(jī)械特性的最終產(chǎn)品，通常在砂磨之前按一定比例的原 材料混合后在高溫下進(jìn)行預(yù)先熱處理，這一過(guò)程稱(chēng)為預(yù)燒。 預(yù)燒目的：使部分氧化物和碳化物進(jìn)行分解，使容易揮發(fā)的雜質(zhì)（如 Cl、S等酸 根元素）蒸發(fā)獲得均勻的混合物；使部分混合物進(jìn)行初步的固相反映，轉(zhuǎn)變成尖 晶石結(jié)構(gòu)；減少最后產(chǎn)品燒結(jié)時(shí)的收縮和變形。 目前國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家采用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行鐵氧體預(yù)燒，使用能源為電能，但其產(chǎn)量較 小，預(yù)燒時(shí)間短，不能很好地達(dá)到預(yù)燒效果，而

4、且能耗成本較大。我公司采用全 國(guó)唯一的一種預(yù)燒鐵氧體的方法，利用天然氣為能源，在54M磁性粉料煅燒輥道 窯中進(jìn)行預(yù)燒，大大地節(jié)約了生產(chǎn)成本。預(yù)燒溫度對(duì)鐵氧體的顆粒料制備相當(dāng)關(guān) 鍵，溫度太低達(dá)不到預(yù)燒目的；溫度過(guò)高，不僅會(huì)造成預(yù)燒料硬度過(guò)大，不利于 砂磨和噴霧造粒，還會(huì)影響燒結(jié)產(chǎn)品收縮和磁性能。 把按配方稱(chēng)好并經(jīng)過(guò)干混、振磨的鐵、錳、鋅氧化物的混合物，裝于耐高溫材料 制作的不銹鋼匣缽中。匣缽隨輥棒轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入窯爐內(nèi)部，并在輥道窯內(nèi)完成對(duì)紅料 粉的干燥預(yù)熱、燒成及冷卻三道工序。燒成周期在約 4小時(shí)。 預(yù)熱階段：在輥道窯內(nèi)的預(yù)熱段，利用煙氣熱量，使料粉從常溫加熱到 600C。料粉水分從1%左右變?yōu)?,同

5、時(shí)脫去了紅料粉中自由水、結(jié)合水，并使 紅料粉顆粒表面相互作用形成表面分子膜（假分子或?qū)\晶）；少數(shù)金屬離子發(fā)生 擴(kuò)散至表面離子接觸，構(gòu)成新的表面分子，但無(wú)明顯的新相生成。 升溫段：在這一時(shí)段主要完成對(duì)粉料從 600r到900r左右的升溫過(guò)程，速度 控制在300r /h左右，升溫過(guò)快會(huì)造成粉料爆沸，瓷管爆裂等。 燒成段：通過(guò)燒嘴噴出天然氣，使?fàn)t內(nèi)氣溫度達(dá)到900r左右。料粉從600r 加熱到大約900r，表面和內(nèi)部金屬離子充分?jǐn)U散形成固熔體，進(jìn)而形成新相， 形成晶粒，并不斷修正結(jié)構(gòu)缺陷，晶粒長(zhǎng)大，密度上升。在此階段約有90-95% 的原始料粉生成新相，料粉變?yōu)楹谏Ｔ诒径?，主要通過(guò)控制空氣流量來(lái)控

6、制窯 內(nèi)氧化氣氛，通過(guò)調(diào)節(jié)天然氣流量大小來(lái)控制溫度。 冷卻段：通過(guò)制冷風(fēng)機(jī)，抽入常溫空氣，爐內(nèi)溫度由900 r左右急速降溫，黑 料粉從高溫降為50-60r，在此過(guò)程中，黑料粉中大部分熱量被空氣帶回窯內(nèi)。 砂磨 砂磨即二次球磨，是將預(yù)燒、黑振（二次振磨）過(guò)后的預(yù)燒料在砂磨機(jī)中，加純 水細(xì)磨，使料粉轉(zhuǎn)變成料漿狀態(tài)，以利于下噴霧造 粒。砂磨機(jī)內(nèi)料：球：水的比例為1 : 5或6 : 0.65。鋼球要求為：硬度60， =5mm砂磨時(shí)為了改善料漿的造粒效果和產(chǎn)品磁性能還需要加入粘合劑、分散 劑、消泡劑，微量添加劑。 為了提高粉料成型時(shí)的流動(dòng)性、可塑性，增加顆粒間的結(jié)合力，提高坯件的機(jī)械 強(qiáng)度，需加入一定量

7、的粘合劑的要求如下：粘性好，能吸附水分，在固體顆 粒周?chē)纬梢后w薄膜，而加強(qiáng)顆粒間的吸附力。 對(duì)鐵氧體原來(lái)成分無(wú)影響，在燒結(jié)過(guò)程中能揮發(fā)掉，不殘留雜質(zhì)。 揮發(fā)溫度不要太集中，否則在燒結(jié)時(shí)，在某一溫度下，有大量氣體揮發(fā)，易使 產(chǎn)品開(kāi)裂。常用的粘合劑有水、羧甲基纖維素、聚乙烯醇、石蠟等，其中以聚乙 烯醇、石蠟較為常用。聚乙烯醇及 PVA，起結(jié)構(gòu)式為： 一般配制濃度510wt%，加入量為粉料的815wt%。在使用熬膠機(jī)進(jìn)行熬膠過(guò)程 中必須注意：在加干膠時(shí)，必須緩慢加入，防止干膠凝結(jié)成團(tuán)；加入干膠 前，必須開(kāi)啟攪拌機(jī)；所熬制的膠水必須透明、無(wú)白點(diǎn)。 在砂磨過(guò)程中為了改善鐵氧體性能，我們往往還要根據(jù)需要

8、加入不同的添加劑。 添加劑的種類(lèi)及作用，依據(jù)所起作用的不同，加入鐵氧體的添加劑可分為以下四種 a. 增加反應(yīng)速度，助長(zhǎng)和控制晶粒生長(zhǎng)的礦化劑，如V2O5、WO3等。 b. 本身與金屬氧化物形成低熔點(diǎn)化合物，高溫下成為粘性流體，使固相反應(yīng)在有 液相存在的情況下進(jìn)行，從而加速反應(yīng)，降低燒結(jié)溫度，提高密度的助熔劑，如 CuO、P2O5、Bi2O3、PbO等。 c. 能改善電磁性能的，如SiO2、CaO等。二次球磨使用設(shè)備有球磨機(jī)和砂磨機(jī)兩 種。我公司使用砂磨機(jī)進(jìn)行二次球磨。其特點(diǎn)：無(wú)嚴(yán)重碰撞、混雜少、出料顆粒 粒徑小、流動(dòng)性好、效率高、可連續(xù)生產(chǎn)。其原理是在一立式圓筒內(nèi)，用旋轉(zhuǎn)圓 盤(pán)或攪拌棒使小鋼球

9、（鋼球直徑 26m m）產(chǎn)生紊亂高速運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)機(jī)內(nèi)粉料起 研磨作用，通常料粉經(jīng)預(yù)燒、黑振后，進(jìn)料顆粒尺寸小于3ym,出料顆粒尺寸約 為11.5噴霧造粒 在操作過(guò)程中，由于原材料含量的差異以及生產(chǎn)過(guò)程中損耗，砂磨料的實(shí)際配比 與我們要求的理論配比往往不不一致。這就要求我們對(duì)料漿的實(shí)際配比予以重新 調(diào)整。我公司采用X-熒光分析儀準(zhǔn)確測(cè)定料漿中的鐵、錳、鋅配比，再根據(jù)測(cè)試 結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)料。這一環(huán)節(jié)對(duì)顆粒料的制備特別關(guān)鍵，它從很大程度上決定了顆粒 料的磁性能。經(jīng)過(guò)調(diào)整過(guò)后的料漿就可以進(jìn)行下一步工序噴霧造粒了。噴霧造粒 是備料工序的最后一步，將粉料制成具有良好流動(dòng)性、有一定強(qiáng)度和粘度的、利 于成型的顆粒

10、。 目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家都采用干壓成型的方法壓制。要求顆粒料的含水量在 0.20.4%、粒度在40200目為宜，而且最好呈正態(tài)分布（60180目占90%以上）， 同時(shí)要求松裝密度在1.321.48g/cm3,這將減少成型坯件起層和減少粒料填充模 腔時(shí)的拱橋現(xiàn)象”從而改善成型生坯的強(qiáng)度和密度均勻性。在這一工序中通過(guò) 改變壓力泵壓力、噴霧塔出口溫度調(diào)整顆粒料的含水量、粒度以及粒徑分布，以 達(dá)到客戶(hù)使用標(biāo)準(zhǔn)。噴霧干燥系統(tǒng)由霧化器、料漿供給系統(tǒng)（攪拌池、隔膜 泵）、干燥塔、熱風(fēng)系統(tǒng)（空氣加熱器、熱風(fēng)分配器）、氣固分離系統(tǒng)（除塵 器、引風(fēng)機(jī)、廢氣煙囪）等構(gòu)成。 料漿用泵以較高的壓力沿噴槍管道進(jìn)入旋流室，在

11、旋流室內(nèi)，料漿在渦旋片內(nèi)高 速旋轉(zhuǎn)，形成近似自由渦流。越靠近噴嘴中心旋轉(zhuǎn)度越大而壓力越小。結(jié)果在噴 嘴的中心附近料漿破裂，形成一根壓力等于大氣壓力的空心柱，料漿在噴嘴內(nèi)壁 與空氣柱之間的橫截面中心以薄膜的形式噴出形成一定形狀的霧化角，然后噴出 的料漿遇到熱空氣，大部分水分蒸發(fā)，轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒，自由下落。在噴霧塔出口， 用震動(dòng)篩對(duì)料粉大小進(jìn)行篩選，合乎要求的便可以作為成品料壓制磁芯或出售， 不合乎要求的粗細(xì)粉進(jìn)行預(yù)燒退膠處理，重新進(jìn)入生產(chǎn)工序。影響干燥塔效 果的主要因素： a. 含固量：若料漿含固量增大，粉料的松裝比增大，產(chǎn)量提高，能耗降低從而降 低一定的成本；但含固量要適當(dāng)，否則將導(dǎo)致料漿粘度增大

12、，導(dǎo)致噴霧困難。一 般控制在60%65%。 b. 壓力（隔膜泵壓力）：霧化壓力越大，產(chǎn)量越大，但同時(shí)霧化角也變大，所以 得到的粉料越細(xì)，也易粘壁；一般控制在：1.52.0MPa。c.進(jìn)出口溫度：影響粉 料的含水率和體積密度。進(jìn)口溫度一般控制為300400C，出口溫度控制為 150C左右。 d. 空心球：由于進(jìn)口溫度高，負(fù)壓低(停留時(shí)間長(zhǎng)，比較干)造成的。 物理性能： a. 粒度分布：泵壓減小，粉料大顆粒增多；粘度增大，粉料大顆粒增多，但可能 發(fā)生大量垮塔料；一般情況下負(fù)壓越大，細(xì)粉進(jìn)一步被抽出，相對(duì)粗粉增加；渦 旋片越薄，霧化角越大，顆粒越??；噴孔片越大，顆粒越粗。 b. 水分含量：水分的高低

13、影響坯體的密度和收縮率，水分偏大，干壓成型易引起 粘膜，水分偏低，毛坯易產(chǎn)生裂紋。干燥成品的溫度和濕度，取決于排風(fēng)溫度， 在運(yùn)行過(guò)程中，保持排風(fēng)溫度為一個(gè)常數(shù)是極其重要的。這主要取決于加料量的 大小，當(dāng)加液量的大小和泵壓力確 定后，可調(diào)整噴孔板徑來(lái)達(dá)到。若產(chǎn)品濕度太高，可減少加液量以提高排風(fēng)濕 度，若產(chǎn)品濕度太低，則反之，粒度太小，調(diào)厚渦流板厚度。另一方面應(yīng)提高料 液的含固量，在制漿工藝上想辦法來(lái)提高粒度直徑。實(shí)踐表明，顆粒的大小主要 因素是制備料漿的工藝。 c. 松裝比影響最終成型時(shí)的壓力，直接影響磁心密度。噴孔片越大，造粒出來(lái)的 松裝密度小，顆粒越大；料漿濃度波動(dòng)大、濃度大，松裝大；最簡(jiǎn)單

14、的方法含固 量越高，松裝比越大；膠水添加量增加時(shí)，會(huì)形成一定的膨脹球，松裝比下降； 粉料的松裝比還隨預(yù)燒溫度的升高而增大；另外還有介紹砂磨時(shí)間越長(zhǎng)，料漿濃 度大，松裝比有增加趨勢(shì)；空心球過(guò)多，松裝下降。 d. 流動(dòng)性決定著成型時(shí)它在模具中的填空速度及填充程度。粉料越趨于圓形，流 動(dòng)性越好；水分含量越低，流動(dòng)性越好；粒度越細(xì)，顆粒形狀越復(fù)雜，粉末流動(dòng) 性越差；流動(dòng)性與預(yù)燒溫度有關(guān)，預(yù)燒溫度高則流動(dòng)性好。 e. 粘壁：在噴霧干燥操作中，被干燥的物料粘附于干燥塔內(nèi)壁的現(xiàn)象。物料粘壁 后，若停留在內(nèi)壁上的時(shí)間太長(zhǎng)，往往有可能燒焦變質(zhì)影響成品質(zhì)量。粘壁造成 的原因：壓力式噴嘴噴孔之間不圓或不密圭寸時(shí)，產(chǎn)

15、生的噴霧竹會(huì)不對(duì)稱(chēng)，這時(shí)最 容易產(chǎn)生粘壁現(xiàn)象。噴霧時(shí)一定要保持隔膜泵壓力穩(wěn)定，注意噴嘴流暢情況，保 持密封良好，防止渦旋片過(guò)度磨損，經(jīng)常注意噴嘴軸線(xiàn)與塔中心是否垂直重合， 在很久沒(méi)有開(kāi)機(jī)時(shí)，可打開(kāi)天窗，噴水試車(chē)看一看。噴霧造粒后的顆粒料經(jīng)檢測(cè) 合格后就可以包裝，供其他磁芯生產(chǎn)廠家使用了。 MnZn鐵氧體顆粒料在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及原因 經(jīng)過(guò)多年以來(lái)的生產(chǎn)總結(jié)以及對(duì)顆粒料使用客戶(hù)的了解，我們對(duì)MnZn鐵氧體顆 粒料在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及原因歸納如下：壓制粘模(1)水分含量偏 高，或分布不均勻(局部水分含量偏高)；(2)模具潤(rùn)滑劑含量偏高或分布不均勻； (3)模具表面粗糙度偏高。 壓制

16、開(kāi)裂、起層橫裂(層裂)原因：a.成型壓力過(guò)大，壓制時(shí)空氣被壓縮，脫 模時(shí)由于發(fā)生彈性膨脹而造成層裂；常用的成型壓力范圍為 300500kg/cm2 12ton/cm2。b.模具表面粗糙度偏高或凹模的脫模斜率過(guò)大； c.粉料干濕度不均 勻或粘合劑加入不均勻、存放時(shí)間過(guò)久；d.部分顆粒遭到破壞。縱裂原因：a. 脫模時(shí)坯件受力不一致；b.顆粒料流動(dòng)性差，造成坯件各部位密度不均勻；c.芯 桿無(wú)脫模斜度，脫模進(jìn)坯件內(nèi)外膨脹不一致。龜裂原因：a.未壓緊；b.與燒結(jié) 時(shí)期的氧化-還原過(guò)程有關(guān)，如腐蝕坑（與低熔點(diǎn)組分有關(guān)，高溫時(shí)易發(fā)生）、花 斑（表面為氧化后的另相，內(nèi)部為晶粒生長(zhǎng)過(guò)快、不均勻的二次再結(jié)晶）。 燒結(jié)開(kāi)裂顆粒料膠合劑含量過(guò)高，造成排膠開(kāi)裂。燒結(jié)速度過(guò)快，即升溫 降溫過(guò)程速度過(guò)快，造成