錳鋅高磁導(dǎo)率鐵氧體制造工藝技術(shù)探討

1、. . . . 1 / 25職業(yè)技術(shù)學(xué)院職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文畢業(yè)論文題目：題目：錳鋅高磁導(dǎo)率鐵氧體制造工藝技術(shù)探討錳鋅高磁導(dǎo)率鐵氧體制造工藝技術(shù)探討系 部_現(xiàn)代制造工程系 _專 業(yè) 名 稱_ 材料工程技術(shù)_ 班 級(jí)_姓 名_ _學(xué) 號(hào)指 導(dǎo) 教 師_20112011 年年 9 9 月月 1515 日日職業(yè)技術(shù)學(xué)院. . . . 2 / 25畢業(yè)論文選題報(bào)告性別男學(xué)號(hào)系部制 造專業(yè)材 料論文題目錳鋅高磁導(dǎo)率鐵氧體制造工藝技術(shù)探討課題來源教學(xué)課題類別論文選做本課題的原因與條件分析： 當(dāng)今時(shí)代，由于電子設(shè)備的小型化、輕型化，高性能電子元件的需求在大幅度增長(zhǎng)。市場(chǎng)需求的變化，對(duì)軟磁鐵氧體材料的性能提出

2、了更高的要求，其中高磁導(dǎo)率錳鋅材料是市場(chǎng)前景最好的材料之一。在電子電路寬變壓器、ISDN、LAN、WAN 和背景照明等領(lǐng)域的脈沖變壓器中，需要大量性能優(yōu)良的高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體材料。這些領(lǐng)域的磁芯基本上是在弱場(chǎng)下工作，這時(shí)材料的高磁導(dǎo)率就會(huì)顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。所以，很有必要對(duì)高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體材料進(jìn)行探討。主要是利用所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)踐，對(duì)高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體制造工藝技術(shù)進(jìn)行探討和分析。容和要求容：1、高磁導(dǎo)率 MnZn 鐵氧體材料的理論基礎(chǔ) 2、高磁導(dǎo)率 MnZn 鐵氧體的預(yù)燒料探究 3、高磁導(dǎo)率 MnZn 鐵氧體制造工藝探究要求：1、容格式嚴(yán)格按照學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行2、論文容做到圖文

3、并茂，3、語言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確指導(dǎo)教師意見 （簽章） 年 月 日系部畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）領(lǐng)導(dǎo)小組意見：（簽章） 年 月 日職業(yè)技術(shù)學(xué)院. . . . 3 / 25畢業(yè)論文成績(jī)?cè)u(píng)定表（一）學(xué)生學(xué)號(hào)學(xué)生題目錳鋅高磁導(dǎo)率鐵氧體制造工藝技術(shù)探討指導(dǎo)教師評(píng)語指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)總分總分30%指導(dǎo)教師簽字 年 月 日評(píng)閱教師評(píng)語評(píng)閱教師評(píng)定成績(jī)總分總分30%評(píng)閱教師簽字 年 月 日職業(yè)技術(shù)學(xué)院. . . . 4 / 25畢業(yè)論文成績(jī)?cè)u(píng)定表（二）學(xué)生學(xué)號(hào)學(xué)生題 目錳鋅高磁導(dǎo)率鐵氧體制造工藝技術(shù)探討答辯小組成員職稱高級(jí)工程師高級(jí)工程師副教授副教授工程師評(píng)價(jià)容具 體 要 求分值評(píng)分報(bào)告容思路清晰；語言表達(dá)準(zhǔn)

4、確，概念清楚，論點(diǎn)正確；實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)；論文（設(shè)計(jì)）結(jié)果有應(yīng)用價(jià)值。40答 辯回答問題有理論根據(jù)，基本概念清楚。主要問題回答準(zhǔn)確、有深度。30創(chuàng) 新對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解。10綜合素質(zhì)能合理運(yùn)用掛圖、幻燈、投影或計(jì)算機(jī)多媒體等輔助手段，用普通話答辯。10報(bào)告時(shí)間符合要求。10總分40% 總分答辯小組評(píng)語：答辯小組組長(zhǎng)簽字： 年 月 日 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)?cè)u(píng)閱教師評(píng)定成績(jī)答辯成績(jī)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）綜合成績(jī)百分制五級(jí)制畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯委員會(huì)審定意見主任簽字年 月 日學(xué)院意見年 月 日職業(yè)技術(shù)學(xué)院. . . . 5 / 25畢業(yè)論文答辯記錄表學(xué)生學(xué)生學(xué)號(hào)題目錳鋅高

5、磁導(dǎo)率鐵氧體制造工藝技術(shù)探討答辯小組成員姓名職稱工作單位備注高級(jí)工程師職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級(jí)工程師職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程師職業(yè)技術(shù)學(xué)院答辯中提出的主要問題與學(xué)生回答問題的簡(jiǎn)要情況：答辯小組代表簽字：年月日. . . . 6 / 25目目 錄錄摘摘 要要 IABSTRACTABSTRACTII引引 言言 11 1 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ) 21.1 概述 21.2 晶體結(jié)構(gòu) 21.3 主要電磁參數(shù) 31.3.1 磁導(dǎo)率 31.3.2 損耗角正切 tg 和品質(zhì)因素 Q42 2 高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體預(yù)燒料探討高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體預(yù)燒料探討.42.1 原料的分析 52.2 配方的選擇 52

6、.3 粉料的制備 62.4 添加劑的選擇 72.5 預(yù)燒料的制備工藝流程 83 3 高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體制造工藝探討高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體制造工藝探討 93.1 生產(chǎn)工藝流程 93.2 成型工藝探討 93.3 燒結(jié)工藝探討 103.3.1 燒結(jié)技術(shù) 103.3.2 燒結(jié)溫度 103.3.3 平衡氣氛燒結(jié)與冷卻 113.3.4 常規(guī)工藝與新工藝的比較 123.4 磨加工工藝探究 133.5 磁性能檢測(cè)工藝 14結(jié)結(jié) 論論 15致致 16參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 17. . . . I / 25摘摘 要要錳鋅系軟磁鐵氧體是尖晶石鐵氧體材料中的一個(gè)重要分支，錳鋅系材料在其使用的頻率 1000Hz5MHz 圍具有鐵

7、磁損耗低、起始磁導(dǎo)率大、居里溫度高、飽和磁化強(qiáng)度高等特點(diǎn)而被大量生產(chǎn)和使用。本文對(duì)制備高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體的配方組成、制料方法、和燒結(jié)工藝等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討，分析了其中一些難題，并制備出磁導(dǎo)率為 18000的錳鋅鐵氧體。關(guān)鍵詞：高磁導(dǎo)率； 錳鋅鐵氧體； 制備工藝ABSTRACTABSTRACTManganese zinc is soft magnetic ferrite spinel ferrite materials is an important branch of the manganese zinc series materials, in the use of the frequenc

8、y 1000 Hz 5 MHz in the scope of the ferromagnetic low loss, starting the magnetic permeability, high Curie temperature, saturation magnetization strength higher characteristic and by many production and use. In this paper, the preparation high magnetic permeability manganese-zinc ferrite formula com

9、position, system cutting method, key technology and sintering process were discussed, analyzed some problems, and the preparation of magnetic permeability for 18000 of manganese-zinc ferrite. KeywordsKeywords:High magnetic permeability; Manganese zinc ferrite; Preparation technology . . . . 1 / 25引引

10、 言言尋求元件的效率高、功耗小、體積小、質(zhì)量輕是電子技術(shù)發(fā)展的主要研討方向，其中高磁導(dǎo)率錳鋅材料是市場(chǎng)前景最好的材料之一，它在電子工業(yè)和電子技術(shù)中是一種急需和應(yīng)用廣泛的功能材料，可以用作通訊設(shè)備、測(cè)控儀器、家用電器與新型節(jié)能燈具中的寬頻帶變壓器、微型低頻變壓器、小型環(huán)形脈沖變壓器、和微型電感元件等更新?lián)Q代的電子產(chǎn)品，因此，制備高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體正是迎合電子技術(shù)發(fā)展方向和軟磁鐵氧體材料研究工作中一個(gè)重要課題。目前，國(guó)外實(shí)用高磁導(dǎo)率鐵氧體的起始磁導(dǎo)率已經(jīng)達(dá)到 28000 以上的水平，而國(guó)卻只有 700020000，能大量生產(chǎn) i 20000 的廠家更是屈指可數(shù)。國(guó)錳鋅高磁導(dǎo)率鐵氧體年產(chǎn)約 6 萬噸

11、，i 達(dá)到 10000 至 12000 以上的材料約占 30%，其中 i為12000 至 15000 的材料不足 10%，15000 以上材料不足 3% 。因此，高磁導(dǎo)率材料一直是國(guó)外軟磁材料研究的重點(diǎn)，有很大的市場(chǎng)需求，所以高磁導(dǎo)率材料的研究開發(fā)方興未艾。. . . . 2 / 251 1 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)1.11.1 概述概述在實(shí)驗(yàn)室，軟磁鐵氧體材料的初始磁導(dǎo)率已經(jīng)突破 40000，但真正用于工業(yè)化生產(chǎn)的性能遠(yuǎn)低于此。因?yàn)楦叽艑?dǎo)率材料除了應(yīng)具有高的起始磁導(dǎo)率外，還應(yīng)有高的居里溫度、高的溫度穩(wěn)定性、低的磁導(dǎo)率減落系數(shù)、低的比損耗系數(shù)與寬的頻帶等，所以在提高磁導(dǎo)率的同時(shí)還要兼顧其它參數(shù)，使材料

12、性能達(dá)到一個(gè)很好的平衡。為了兼顧其他性能，現(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)中鐵氧體材料的 i值很難超過 20000，絕大多數(shù)工廠生產(chǎn)的材料 i值在 10000 左右，而早在 19401950 年代就已經(jīng)確定了錳鋅鐵氧體的基本配方（Fe2O3，MnO，ZnO 的摩爾比為：51.552.525.027.021.523.0） ；6070年代，對(duì)制備工藝、相組成與顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究；8090 年代對(duì)三元系材料性能與成分的關(guān)系與添加物的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。1966 年 Roess 等人曾成功地研制出了5時(shí)起始磁導(dǎo)率 i為 40000 的材料；1971 年，日本住友公司研制成功了 i為20000 的材料；80 年代出現(xiàn)了溶

13、膠-凝膠的濕法制粉工藝，由于原料性能均勻，粒度分布窄，團(tuán)聚性小，從而明顯減小了材料的渦流損耗和磁滯損耗。這一時(shí)期材料的居里溫度也從 40提高到 130以上，但溫度穩(wěn)定性仍較差?，F(xiàn)今，關(guān)于軟磁鐵氧體的一些基本理論已經(jīng)非常成熟了，提高磁導(dǎo)率一般從配方和工藝上著手，即改進(jìn)工藝和調(diào)整配方與進(jìn)行摻雜等。但是，我國(guó)高磁導(dǎo)率鐵氧體材料起步相對(duì)比較緩慢：50 年代才有專業(yè)的鐵氧體生產(chǎn)工廠；從 70 年代開始由于家電的普與，需求量激增；80 年代開始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的工藝設(shè)備和技術(shù)，從而生產(chǎn)規(guī)模和質(zhì)量都有了很大的提高；從 90 年代開始國(guó)基本上能制造大部分的鐵氧體生產(chǎn)設(shè)備，大促進(jìn)了我國(guó)的鐵氧體生產(chǎn)和性能提高。1.2

14、1.2 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)MnZn 鐵氧體屬于混合型尖晶石結(jié)構(gòu)，因此，其晶體結(jié)構(gòu)的每一個(gè)晶胞有 8 個(gè)鐵氧體分子，即 24 個(gè)金屬離子和 32 個(gè)氧原子，金屬離子所占據(jù)的位置分為 A 位和 B 位兩種，一個(gè)晶胞中，占 A 位的有 8 個(gè)，占 B 位的有 16 個(gè)。A 位是由四個(gè)氧離子組成的四面體：B 位是由六個(gè)氧離子組成的八面體，一個(gè)晶胞中，有 64 個(gè) A 位，32 個(gè) B 位，其中只有 8 個(gè) A 位和 16 個(gè) B 位被金屬離子占據(jù)。因此，晶胞中還用許多空位，這些空位. . . . 3 / 25為鐵氧體摻雜、改善性能提供了條件。如圖所示： 圖圖 1 11 1 鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)鐵氧體的晶體結(jié)

15、構(gòu)其金屬離子的分布可用下式表示： 其中( )的離子表示占 A 位置， 的離子表示占 B 位置。當(dāng) ZnO 含量增加到 X=0，5 以上時(shí)，非磁性離子 Zn2+的加入，必將 A 位上的磁性離子 Fe3+擠到 B 位，那么將會(huì)出現(xiàn)這樣一些 B 位，由于原來與此 B 位離子產(chǎn)生超交換力的 A 位為 Zn2+所占，因而處于這一 B 位的磁性離子將失去超交換作用的對(duì)象。即 AB 間的超交換作用消失，但這一 B位的磁性離子卻受到它近鄰 B 位磁性離子的 BB 交換作用，使得這個(gè) B 位離子的磁矩與其它多數(shù) B 位離子的磁矩反平行，結(jié)果每一個(gè)這樣的 B 位離子將減少兩個(gè)離子磁矩，這相當(dāng)于 B 位的磁矩?cái)?shù)下降

16、，所以過多的 Zn2+加入使飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs 下降。 1.31.3 主要電磁參數(shù)主要電磁參數(shù)1.3.11.3.1 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率起始磁導(dǎo)率是表征磁介質(zhì)磁性的物理量。常用符號(hào) i表示，它等于磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 之比，即 i=B/H，也就是說，在某一磁場(chǎng)強(qiáng)度下的磁導(dǎo)率與該磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的磁化曲線上的點(diǎn)的斜率成正比，斜率越大，磁導(dǎo)率越高。根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小、勵(lì)磁信號(hào)的類別、磁路結(jié)構(gòu)不同等等，磁導(dǎo)率有不同的定義或稱謂，磁導(dǎo)率隨磁場(chǎng)變化而變化。B 和 H 的關(guān)系除在真空中和在磁性材料中具有線性關(guān)系外，一般具有非線性關(guān)系，如下圖磁滯回線性特性： . . . . 4 / 25圖圖 1 1

17、2 2 磁滯回線磁滯回線1.3.21.3.2 損耗角正切損耗角正切 tgtg 和品質(zhì)因素和品質(zhì)因素 Q Q品質(zhì)因素 Q 是損耗角正切 tg 的倒數(shù)。磁性器件作濾波電感時(shí)，通常用品質(zhì)因素 Q 來表示它的質(zhì)量。因此損耗角正切 tg 和品質(zhì)因素 Q 也是錳鋅鐵氧體主要參數(shù)之一。2 2 高磁導(dǎo)率高磁導(dǎo)率 MnZnMnZn 鐵氧體預(yù)燒料鐵氧體預(yù)燒料探討探討2.12.1 原料的分析原料的分析目前，國(guó)外的磁性材料生產(chǎn)制造商，以與磁性材料的研究者，對(duì)原材料的選擇都是十分重視的。由于生產(chǎn)鐵氧體的原材料大多數(shù)都是天然而成的材料，或者說是工業(yè)上的副產(chǎn)品。其中的成分含有大量的雜質(zhì)，而雜質(zhì)的數(shù)量和雜質(zhì)的種類都需要考慮是

18、否影響最終產(chǎn)品的性能。而在生產(chǎn)工藝條件下證明，影響鐵氧體原料活性的主要因數(shù)有：顆粒的表觀形貌、原料的結(jié)構(gòu)、預(yù)燒溫度等。原料經(jīng)過混合、粉粹過程后，顆粒表面能大幅度提高，顆粒表層處于高能量的介穩(wěn)狀態(tài)。一般認(rèn)為，顆粒的平均粒度越小，表面能越高，顆粒越有可能處于高活性。其實(shí)，對(duì)于鐵氧體原料的生產(chǎn)，并不是越細(xì)越好，平均粒度的大小有一個(gè)相對(duì)的圍，在這個(gè)圍，粒度越細(xì)越好，超出了這個(gè)圍，原料太細(xì)，不但活性不是很好，而且有可能還會(huì)產(chǎn)生一系列的不利影響。原料的加工方法不同，制得的顆粒外形一般也不一樣，對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量在一定程度上有很大的影響。常見的顆粒形狀有：球狀粉末、多角狀粉末、不規(guī)則狀粉末、技枝粉末、針狀粉末。

19、片狀粉末、碟狀粉末等。對(duì)于軟磁材料來說，活性的排列順序?yàn)椋呵蛐位蚪咏蛐?、板狀、片狀、針狀? . . . 5 / 25表表 2 21 1 高性能高質(zhì)量錳鋅鐵氧體對(duì)原料的要求高性能高質(zhì)量錳鋅鐵氧體對(duì)原料的要求雜質(zhì)原料SiO2Na2O/K2OCaO其他總雜質(zhì)Fe2O30.030.05Mn3O40.040.10ZnO0.0020.0020.03光譜純0.080.052.22.2 配方的選擇配方的選擇配方是生產(chǎn)高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體材料的關(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):(25.0-2

20、7.0):(21.5-23)。實(shí)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(duì)錳鋅鐵氧體材料性能產(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)s 趨于零，飽和磁化強(qiáng)度 Ms 盡可能大，盡可能降低材料的外應(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) s 下降直至零。另外還必須考慮居里溫度，因?yàn)檫^多的 Zn 也會(huì)降低居里溫度，反而使材料失去實(shí)際使用的價(jià)值。投料時(shí)必須嚴(yán)格防止配方偏移。眾所周知，MnZn 鐵氧體的磁導(dǎo)率與該材料的

21、各向異性常數(shù) K1，磁滯伸縮系數(shù) s以與應(yīng)力有密切的關(guān)系。當(dāng)各向異性常數(shù) K1和磁滯伸縮系數(shù) s 接近于 0 時(shí)，材料就表現(xiàn)在有較好的初始磁導(dǎo)率。從 MnZn 鐵氧體的三相組成成分相圖可知當(dāng) Fe2O3含量大于 50時(shí)，其磁滯伸縮系數(shù)是正值和鐵氧體其他部分的負(fù)值起局部抵消作用，使鐵氧體的磁滯伸縮系數(shù) s 具有較低的值。ZnO 含量增加可以減低 K1值，但相應(yīng)的 Fe2O3含量就需要稍減，這樣才能維持各向異性常數(shù)和磁滯伸縮系數(shù)等于 0 同時(shí)出現(xiàn)，從而提高 MnZn 鐵氧體的初始磁導(dǎo)率，目前研究和開發(fā)的 MnZn 鐵氧體基本遵守上述的基本成. . . . 6 / 25分選擇原則。在實(shí)際研究過程中，

22、成分的選擇有所側(cè)重，過量的 Fe2O3在燒結(jié)時(shí)形成Fe2O4除了起著降低鐵氧體的 K1值之外，還可以提高 Bs 和 Tc。Fe2+占據(jù)尖晶石結(jié)構(gòu) B位，增加了 B 位和 A 位上磁矩差，故 Bs 增加。Fe2+和 Fe3+是磁性離子，占據(jù) A 位和 B位后增加了 AB 間超交換作用，Tc 上升。錳鋅鐵氧體在一定圍增加 ZnO 和 Fe2O3。都可提高磁滯伸縮系數(shù)和 Bs，但各有側(cè)重。增加 Fe2O3含量主要提高 Bs 和 Tc，但 Q 值下降。在高磁導(dǎo)率 MnZn 鐵氧體中，通過 ZnO 過量可以大幅度提高初始磁導(dǎo)率，因?yàn)閆nO 過量能有效地促使各向異性常數(shù)和磁滯伸縮系數(shù)趨于零。同時(shí)，原材料的

23、純度、雜質(zhì)與活性對(duì)鐵氧體材料的工藝和性能有很大的影響。在一樣工藝條件下，原材料純度的提高，意味著磁導(dǎo)率提高。純度高、雜質(zhì)少、粒度細(xì)和活性高的材料對(duì)防止燒結(jié)過程中形成巨晶是非常重要的，因?yàn)榫蘧?huì)影響鐵氧體的微結(jié)構(gòu)，阻礙固相反應(yīng)，形成非磁性相，形成應(yīng)力和退磁場(chǎng)，使材料矯頑力增大，功耗大，磁導(dǎo)率下降。因此在實(shí)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(duì)性能產(chǎn)生很大影響。要得到高磁導(dǎo)率材料要注意：必須設(shè)法讓磁晶各向異性常數(shù) K1 和飽和磁致伸縮系數(shù)趨于零，飽和磁化強(qiáng)度盡可能大，盡可能降低材料的外應(yīng)力，形成精確而又均勻的微結(jié)構(gòu)。此外，在燒結(jié)過程中必須盡量避免 Zn 的揮發(fā)。可以采用過量的 Fe

24、2O3 和 ZnO，使磁晶各向異性常數(shù) K1 和飽和磁致伸縮系數(shù)下降直至趨于零，通常在配方中提高 Zn 的含量可以提高材料磁導(dǎo)率，但過多的 Zn 會(huì)降低居里溫度而使材料失去使用價(jià)值。如下圖：圖圖 2 21 1 磁導(dǎo)率與磁導(dǎo)率與 MnZnMnZn 鐵氧體組成的關(guān)系鐵氧體組成的關(guān)系2.32.3 粉料的制備粉料的制備制粉是錳鋅鐵氧體生產(chǎn)中一個(gè)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(jiǎn)單配方準(zhǔn)確，. . . . 7 / 25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、超臨界法與微

25、乳液法等，本文采用的是溶膠凝聚法。 溶膠一凝膠法是 20 世紀(jì) 90 年代興起的一種新的濕化學(xué)合成方法，被廣泛的應(yīng)用于各種無機(jī)功能材料的合成當(dāng)中。此法是將金屬有機(jī)化合物如醇鹽等溶解于有機(jī)溶劑中，通過加入純水等使其水解、聚合、形成溶腔，再采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ怪纬赡z，并在真空狀態(tài)下低溫干燥，得疏松的干凝膠，再作高溫煅燒處理，即可制得納米級(jí)氧化物粉末，凝瞍的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)在很大程度上取決于其后的干燥致密過程，并最終決定材料的性能。此法制備的粉體純度高，均勻性好，粒經(jīng)小，尤其對(duì)多組分體系，其均勻度可達(dá)到分子或原子水平。燒結(jié)溫度比高溫固相反應(yīng)溫度低，晶粒大小隨溫度和時(shí)間的增加而增大。完全晶化溫度約為 750

26、左右。與共沉淀法相比，該法合成的納米粉體僅在燒結(jié)時(shí)才出現(xiàn)團(tuán)聚，且在不高的溫度(700800)晶化完全。這樣可以節(jié)約能源，避免由于燒結(jié)溫度高而從反應(yīng)器中引入雜質(zhì)，同時(shí)燒前易部分形成凝腔，具有較大的表面積，利于產(chǎn)物的形成。是一種較好的制備超微粉的方法。2.42.4 添加劑的選擇添加劑的選擇為了進(jìn)一步改善鐵氧體的電磁性能，除了合理選擇主配方外，還與所添加的雜質(zhì)元素有關(guān)。鐵氧體取得優(yōu)良的性能是通過嚴(yán)格控制成分和組織獲得的，而目前摻雜已成為改變軟磁鐵氧體微觀組織和性能的主要手段之一。在鐵氧體的原料中摻雜添加劑，主要起著控制動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，控制晶體微觀結(jié)構(gòu)，調(diào)整晶粒部參數(shù)。在高溫時(shí)參與固相反應(yīng)，使添加劑或存在

27、于鐵氧體晶界，或固溶于晶粒部，從而提高了磁體的綜合性能。在 MnZn 鐵氧體中加入 TiO2可以改進(jìn)材料的電性能和磁性能。掃描電子顯微鏡和能譜儀分析顯示：Ti4+均勻地分布在晶粒的表面，在高導(dǎo)配方中摻入少量的 Ti4+可以促進(jìn)晶粒的均勻增長(zhǎng)。添加了鈦離子的高導(dǎo)鐵氧體，其結(jié)構(gòu)和磁性能更鞏固了，因?yàn)?Ti4+離子和 Fe2+離子配對(duì)并占據(jù)了水晶格的八面體位置。當(dāng) Ti4+進(jìn)入晶格時(shí)，在 B 位出現(xiàn)2Fe3+Fe2+Ti4+的轉(zhuǎn)化，不僅增多了 Fe2+，還由于 Ti4+的離子半徑（0.69）和 Fe2+的離子半徑（0.83A）均比 Fe3+的（0.67A）大，從而改變晶體的晶場(chǎng)特性，但過量的Ti4+

28、使磁晶各向異性常數(shù) K1更大，反而會(huì)使 ui下降。Ca2+半徑較大，常富于晶界，生成非晶質(zhì)的中間相，從而增進(jìn)晶界電阻，降低損耗，提高 Q 值。故 CaO 在 MnZn 鐵氧體中所起的作用主要為改善電磁性能的作用，同時(shí)這也. . . . 8 / 25可抑制晶粒生長(zhǎng)。當(dāng)配方使用時(shí)，可以顯著地增加鐵氧體的電阻率，從而降低損耗因素。此外，在高磁導(dǎo)率材料中摻入少量的 Bi2O3 和 CaO 可以改善材料高頻性能，在100kHz 以下磁導(dǎo)率均保持在 7000 左右；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(shí)還改善了比損耗系數(shù)；還可以用摻入 MoO3 的方法改進(jìn)燒結(jié)工藝，使材

29、料磁導(dǎo)率明顯提高。因?yàn)楦咴觾r(jià)的 Mo 存在于晶界附近，增加晶格的空位，提高晶界的移動(dòng)能力，從而促進(jìn)晶粒生長(zhǎng)。所以摻雜是改善和提高材料性能的有效措施。 圖圖 2 22 2 磁導(dǎo)率與磁導(dǎo)率與 MoOMoO3 3添加量的關(guān)系添加量的關(guān)系2.52.5 預(yù)燒料的制備工藝流程預(yù)燒料的制備工藝流程對(duì)于高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體原料的制備，采用溶膠一凝膠法較好。具體工藝工藝步驟如下：按 m（Fe2O3）：m（MnO）:m(ZnO) =69.2:15.5:15.3 稱量并混合，采用振動(dòng)球磨機(jī)混合 25 分鐘，得到紅色固體混合物，該混合物進(jìn)料量為 25Kg/分鐘。在 800 度下的回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行預(yù)燒，充分固相反應(yīng)得到黑色粉

30、末，隨后用振動(dòng)球磨機(jī)促粉碎 30 分鐘，投入砂磨機(jī)中細(xì)粉碎 90 分鐘。具體的工序流程下圖所示：圖圖 2 23 3 錳鋅鐵氧體原料的制備工序流程圖錳鋅鐵氧體原料的制備工序流程圖材料檢驗(yàn)試驗(yàn)配料材料混合一次球磨脫水烘干預(yù)壓預(yù)燒檢查. . . . 9 / 253 3 高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體制造工藝高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體制造工藝探討探討3.13.1 生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)工藝流程工藝流程的選擇，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來說，都是至關(guān)重要的。選擇好的工藝流程，不但可以節(jié)約成本，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而達(dá)到雙贏的目的。針對(duì)高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體材料的制備，一般采用的都是如下工藝流程。如下圖所示： 圖圖 3 31 1 錳鋅鐵氧體制備工

31、藝流程錳鋅鐵氧體制備工藝流程3.23.2 成型工藝成型工藝探討探討成型是將制備好的粉料按照產(chǎn)品要求壓制成具有一定的坯件形狀的過程，在軟磁鐵氧體制造過程中常常選用干壓成型方法。成型對(duì)磁芯的幾何尺寸、外觀、電磁性能都有極大的影響。成型坯件密度尤為重要，坯件密度不均勻，會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)產(chǎn)品出現(xiàn)開裂、起層、變形等缺陷。成型是批量生產(chǎn)中控制難度較大的工序之一，它對(duì)顆粒料的粒度、流動(dòng)性、粘接性、模具、壓機(jī)以與調(diào)試人員。操作人員的要求都比較高。壓機(jī)操作不當(dāng)、使用顆粒料的特性不好、模具設(shè)計(jì)不到位，都會(huì)造成產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)不均勻，部出現(xiàn)裂紋。顆粒料的流動(dòng)性決定著顆粒料在模腔的填充速度和填充效果。模具設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品形狀、坯

32、件的收縮比、顆粒料的裝料比、可成型性等，綜合考慮其壓制方向、相關(guān)尺寸、模腔高度、凹模脫坯錐度。對(duì)于高磁導(dǎo)率鐵氧體來說，粉體的壓制也是重要的工序。我們知道，生坯密度的原料混合球磨脫水制備攪拌碎粒造粒二次干燥混合整粒成型燒結(jié)磨加工成品檢測(cè)分選. . . . 10 / 25大小和均勻性與氣孔率都對(duì)產(chǎn)品的磁導(dǎo)率有很大的影響。目前，大多數(shù)廠家都采用干壓成型技術(shù)，效率高，但生坯部密度不太均勻，而且加大壓力對(duì)提高生坯密度的效果不明顯，過大的壓力會(huì)導(dǎo)致生坯層裂、斷裂等。為了彌補(bǔ)干壓成型的缺陷，可采用等靜壓方式壓制，特別是對(duì)磁頭材料大部分都采用此種方式壓制。除此以外，壓坯的顯微結(jié)構(gòu)將在很大程度上影響燒結(jié)體的顯微

33、結(jié)構(gòu)，從而影響材料的性能。3.33.3 燒結(jié)工藝燒結(jié)工藝探討探討軟磁鐵氧體材料的燒結(jié)過程是一個(gè)物理和化學(xué)變化的結(jié)合過程，它對(duì)磁芯幾何尺寸和電磁性能起著決定性作用。對(duì)高磁導(dǎo)率材料來說，要得到密度高、氣孔率低、晶粒大而均勻的鐵氧體磁芯，就必須在燒結(jié)時(shí)嚴(yán)格控制燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間和燒結(jié)氣氛，同時(shí)要控制 Mn 離子和 Zn 離子的變價(jià)、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。3.3.13.3.1 燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)技術(shù)對(duì)高磁導(dǎo)率的錳鋅鐵氧體來說，好的燒結(jié)方法將決定其產(chǎn)品的性能。本文采用的是微波燒結(jié)。對(duì)于常規(guī)燒結(jié)，起始磁導(dǎo)率與鐵氧體平均晶粒直徑成正比，與晶界厚度和氣孔成反比

34、。燒結(jié)溫度過低，晶體生長(zhǎng)不充分，晶粒過細(xì)，晶界較厚，氣孔分散于晶粒部，對(duì)疇壁位移阻滯較嚴(yán)重，因而其起始磁導(dǎo)率和燒結(jié)密度較低，但由于晶界厚，其晶界電阻率較大，故高頻下渦流損耗低；隨著燒結(jié)溫度的升高，晶粒逐漸長(zhǎng)大并變得均勻，晶界變薄，氣孔率逐漸被排除，起始磁導(dǎo)率和燒結(jié)密度逐漸增大。1230的燒結(jié)溫度下保溫 3h，可以得到適宜的起始磁導(dǎo)率和燒結(jié)密度，氧分壓越低，磁導(dǎo)率越高，電阻率越小，密度越大，但氧分壓低于 5%后燒結(jié)密度不再增加。而微波燒結(jié)則是利用錳鋅鐵氧體所具有的良好的吸波能力，在高頻電磁場(chǎng)中，通過其介質(zhì)損耗和磁損耗，將微波能轉(zhuǎn)化為熱能而進(jìn)行燒結(jié)。微波燒結(jié)過程中，熱量的產(chǎn)生來自于材料本身與微波的

35、耦合，而非來自于外加熱源的熱傳遞，因此微波加熱是種體積加熱。由于大多數(shù)鐵氧體材料對(duì)微波具有很好的透過度，因此微波加熱是均勻的，而且微波加熱使得材料部溫度高于表面溫度。微波加熱的特性使得微波燒結(jié)與常規(guī)燒結(jié)有著很大的不同，與常規(guī)燒結(jié)相比，燒結(jié)溫度大幅度降低；燒結(jié)時(shí)間縮短，致密速度加快；比常規(guī)節(jié)能 70%90%，降低了燒結(jié)費(fèi)用；并且微波燒結(jié)安全無污染。微波燒結(jié)降低了燒結(jié)活化能、增強(qiáng)了擴(kuò)散動(dòng)力，微波加熱方式不但大大優(yōu)于傳統(tǒng)加熱方式，且利用微波燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)的高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體材料的各項(xiàng)性能均達(dá)到或超過傳統(tǒng)燒. . . . 11 / 25結(jié)方式的產(chǎn)品。3.3.23.3.2 燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度高磁導(dǎo)率材料的燒

36、結(jié)溫度一般在 1400左右，個(gè)別超過 1450，晶粒生長(zhǎng)過大，產(chǎn)品性能難以提高。所以，向其中摻入微量改性添加劑，抑制晶粒生長(zhǎng)過大，從而提高產(chǎn)品性能。通過實(shí)驗(yàn)表明，隨著燒結(jié)溫度的不斷升高，樣品的損耗先降后升，這樣損耗隨著燒結(jié)溫度的升高出現(xiàn)了一個(gè)最小值。在 50kHz 的交底頻率下，剩余損耗所占比重較小；而高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體的電阻率達(dá)到 106108m，渦流損耗不與磁滯損耗。由于測(cè)試是在 B150mT 的強(qiáng)磁場(chǎng)下進(jìn)行的，這時(shí)要限制不可逆壁移已不可能，故希望材料的磁滯回線越窄越好，因此要求材料的密度高，晶粒大而均勻，晶界薄而整齊，氣孔少。如下圖所示，樣品在燒結(jié)溫度下的損耗和起始磁導(dǎo)率的變化。圖圖 3

37、 32 2 樣品的損耗和起始磁導(dǎo)率隨燒結(jié)溫度的變化樣品的損耗和起始磁導(dǎo)率隨燒結(jié)溫度的變化3.3.33.3.3 平衡氣氛燒結(jié)與冷卻平衡氣氛燒結(jié)與冷卻任何金屬氧化物的存在都有其特定的環(huán)境條件，如溫度、周圍氣氛中的氧氣含量等。為了保證金屬氧化物不會(huì)發(fā)生氧化或還原，溫度越高，則周圍氣氛中的氧氣含量也應(yīng)越高；而且溫度越高，其發(fā)生氧化或還原的速度也越快。在保溫過程中，要形成期望的鐵氧體成分，必須達(dá)到組成鐵氧體的金屬氧化物成分生成的溫度和氣氛條件；而在冷卻過程中，必須保證這些氧化物存在的溫度與氣氛的平衡，即隨著溫度的下降，氣氛中的氧氣含量也必須同步降低，否則，就不能將高溫形成的鐵氧體成分保持至常溫。就錳鋅鐵

38、氧體的來說，其平衡氣氛圍比較狹窄，平衡氧分壓比較低。在氧含量較低的氣氛下，未發(fā)現(xiàn) Mn2+氧化，只有在氧含量較高時(shí)，才發(fā)現(xiàn) Mn2+氧化成 Mn3+，生成. . . . 12 / 25Mn2O3的化學(xué)反應(yīng)。由此可見，在燒結(jié)保溫段和冷卻段，F(xiàn)e2+的氧化比 Mn2+更活躍。Mn鐵氧體冷卻時(shí)的氧化、分解的最高速度區(qū)域也只集中在 1050左右，而在 750以下，其氧化速度相當(dāng)?shù)?。若在平衡氣氛中冷卻，或在低的氧分壓下，Mn 鐵氧體則不易發(fā)生氧化、分解反應(yīng)。因此，在討論錳鋅鐵氧體的燒結(jié)與冷卻過程中的平衡氣氛時(shí)，關(guān)注的核心問題就是鐵氧體中的 Fe2+與 Fe3+之間的變化。3.3.43.3.4 常規(guī)工藝與

39、新工藝的比較常規(guī)工藝與新工藝的比較在常規(guī)工藝的燒結(jié)中存在以下難點(diǎn)：（1）燒結(jié)初期，氣孔細(xì)小且均勻密布于界面上，而且多數(shù)是封閉的氣孔，呈不規(guī)則的多面體，隨著溫度的升高，氣孔表面逐漸接近于球形，表面能變小，氣孔更穩(wěn)定；同時(shí)氣孔中的氣體隨著溫度升高壓力增大，小氣孔的壓力相對(duì)較大，則逐漸遷移到較大的氣孔中，當(dāng)然也可能向晶粒部擴(kuò)散。氣孔的作用類似雜質(zhì)，其存在阻礙晶粒成長(zhǎng)，從而影響磁芯電感、阻抗等。（2）燒結(jié)中期，晶粒開始形成并成長(zhǎng)，同時(shí)晶粒由于大小不一致且不均勻，引起晶界上的能量不平衡，在表面能的作用下，較大晶粒開始吞并較小晶粒，使其晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，故不能再繼續(xù)升溫，而是延長(zhǎng)保溫時(shí)間，讓晶粒均勻化。（3

40、）燒結(jié)后期，起始磁導(dǎo)率 i隨燒結(jié)溫度的升高而快速上升，溫度在升高，則成趨緩狀態(tài)，達(dá)到最大值后開始下降。顯微結(jié)構(gòu)直接影響錳鋅鐵氧體的磁性能，特別是對(duì)磁導(dǎo)率 i影響顯著。在燒結(jié)溫度較低時(shí)固相反應(yīng)不完全，晶粒較小，所以隨燒結(jié)溫度的提高使起始磁導(dǎo)率 i快速增加，固相反應(yīng)趨于完全，晶粒生長(zhǎng)較大且均勻；再提高燒結(jié)溫度，晶粒會(huì)出現(xiàn)異常長(zhǎng)大，起始磁導(dǎo)率 i會(huì)緩慢上升，繼續(xù)提高燒結(jié)溫度，起始磁導(dǎo)率反而下降。. . . . 13 / 25ACME燒結(jié)工藝010020030040050060070080090010001100120013001400012027037044076083088291296099312

41、600510152025溫度PO2圖圖 3 33 3 一般燒結(jié)工藝示意圖一般燒結(jié)工藝示意圖而在新工藝中，常溫到 400，研究溫度點(diǎn)、升溫速率與添加劑揮發(fā)速度間的關(guān)系，從而回避了因時(shí)間降低而導(dǎo)致的脫脂裂；在 6001100 度為晶粒形成與平緩成長(zhǎng)區(qū)，但是此時(shí)存在著部分未排除，氣孔的存在阻礙了晶粒的成長(zhǎng)。在此段先升至某一段然后持溫，再次升至中溫，持溫，同時(shí)降低氧含量，形成二次晶粒成長(zhǎng)，同時(shí)在此氧含量下，晶?？梢孕纬纱蠖鶆?，對(duì)磁芯性有大幅度的幫助。通過改變脫脂工藝，脫脂段快速升溫，到脫脂溫度時(shí)，回火至 800，保溫 2 小時(shí)，總的脫脂時(shí)間比同行業(yè)下降 50%，有效提高脫脂率與生產(chǎn)效率；燒結(jié)工藝采用

42、升溫到1050后下降至 800，氧含量隨之下降至 0.65%，持溫與氣氛 2 小時(shí)，升溫至 1380，持溫 3 小時(shí)，以 3/min 降至 1000，1000以下以 5/min 降溫工藝，解決了燒結(jié)過程中充分利用能源，減少燒結(jié)爐的使用時(shí)間，提高生產(chǎn)效率問題。通過研究，找出降溫速度與產(chǎn)品產(chǎn)生龜裂的平衡點(diǎn)，然后快速降溫。. . . . 14 / 25燒結(jié)工藝曲線圖02004006008001000120014001600020040060080010001200時(shí)間（min）溫度（）0%5%10%15%20%25%溫度氣氛?qǐng)D圖 3 34 4 新工新工藝燒結(jié)工藝示意圖藝燒結(jié)工藝示意圖3.43.4 磨

43、加工工藝探究磨加工工藝探究通過磨加工可以使產(chǎn)品達(dá)到圖紙上規(guī)定的尺寸精度，可以滿足客戶要求的機(jī)械尺寸和外觀。在企業(yè)生產(chǎn)中，燒結(jié)后的磁芯只有極少部分可以直接使用，因?yàn)樵跓Y(jié)的過程中磁體一般會(huì)發(fā)生形變，所以，燒結(jié)成的磁體都要經(jīng)過磨加工工藝。磁芯的磨加工方式通常有直線通過式、圓盤通過式、圓盤周期式等。直線通過式的加工效率高，但它需要下墊砂帶、鋼帶，而且磁芯相對(duì)于臺(tái)面也在移動(dòng)，但是其精度較差，對(duì)電感量一致性要求較高和用戶需要批量開氣隙的磁芯，該加工方法存在隱患。采用圓盤周期式磨床加工時(shí)，由于磁芯與臺(tái)面相對(duì)固定，且不墊任何介質(zhì)，因此加工精度較高，適合于加工小型磁芯，其缺陷是磁芯磨損（掉快）會(huì)嚴(yán)重一些。對(duì)于高磁導(dǎo)率的錳鋅鐵氧體來說，磨削速度一般控制在 60m/s，為了減少成本，磨