永磁鐵氧體磁瓦機(jī)械強(qiáng)度研究

唐 瓊，孫風(fēng)玉

鞍山市德康磁性材料有限責(zé)任公司，遼寧鞍山 114018

0 引言

永磁鐵氧體磁瓦是一種功能性電子元器件，主要應(yīng)用于直流微電機(jī)上。永磁鐵氧體磁瓦的質(zhì)量不僅表現(xiàn)在磁性能、尺寸公差、外觀滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及用戶的使用要求，還有一項(xiàng)重要的質(zhì)量特性參數(shù)—機(jī)械強(qiáng)度。如果磁瓦的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)不到要求，則在電機(jī)的安裝過(guò)程或使用過(guò)程就可能出現(xiàn)碎裂現(xiàn)象，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子被卡住停轉(zhuǎn)，電機(jī)報(bào)廢。因此需要搞清影響磁瓦機(jī)械強(qiáng)度的因素，在生產(chǎn)過(guò)程中針對(duì)性的解決該問(wèn)題。

1 原材料的影響

眾所周知，選用好的原材料是生產(chǎn)好的產(chǎn)品的前提條件，永磁鐵氧體磁瓦的原材料是永磁鐵氧體預(yù)燒料，其主成份為Fe2O3和SrO，當(dāng)預(yù)燒料在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中主成份沒(méi)有完全反應(yīng)時(shí)，預(yù)燒料中必存在非磁性相，該預(yù)燒料在二次球磨研磨過(guò)程中，多余的SrO 會(huì)形成Sr(OH)2，使球磨機(jī)內(nèi)料漿的PH 值上升，料漿粘度增大，壓制成型后，毛坯的壓制密度不均勻，同時(shí)，由于非磁性相的存在，磁瓦在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生晶體不能連續(xù)生長(zhǎng)，這樣會(huì)導(dǎo)致磁瓦的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不質(zhì)密或存在局部?jī)?nèi)應(yīng)力，最終導(dǎo)致磁瓦的機(jī)械強(qiáng)度不好。因此，選用好的預(yù)燒料不只是其磁性能符合要求，還應(yīng)選用反應(yīng)充分的預(yù)燒料。預(yù)燒料的反應(yīng)是否充分，可用下列方法檢驗(yàn)：抽取預(yù)燒料的樣品，將其塊狀砸碎，觀察內(nèi)部結(jié)晶情況，如果結(jié)晶均勻且呈同一種灰色，表明該預(yù)燒料反應(yīng)充分，可作為磁瓦的原材料使用；如果結(jié)晶不均勻且局部有暗黑色，表明該預(yù)燒料反應(yīng)不充分，不可使用。

2 雜質(zhì)的影響

原材料在配制、球磨機(jī)研磨、料漿運(yùn)輸及壓制成型過(guò)程中，都有可能進(jìn)入雜質(zhì)，這些雜質(zhì)常見的有：預(yù)燒料的包裝用品、球磨機(jī)的密封圈、操作者的勞保用品、以及球磨機(jī)內(nèi)破碎的鋼球等，尤其經(jīng)球磨研磨前進(jìn)入的雜質(zhì)影響最為嚴(yán)重，原因是這些雜質(zhì)均被研磨成細(xì)粉狀，廣泛分布在料漿內(nèi)，影響面巨大。存在磁瓦中的雜質(zhì)，都是非磁性物質(zhì)，在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，有的在磁瓦內(nèi)產(chǎn)品孔隙，有的被鐵氧體基相包圍，不論哪種情況，都會(huì)阻斷磁性晶體的連續(xù)生長(zhǎng)，產(chǎn)生局部?jī)?nèi)應(yīng)力，影響了磁瓦的質(zhì)密化，進(jìn)而影響磁瓦的機(jī)械強(qiáng)度。為防止雜質(zhì)進(jìn)入原料中，要采取下列必要的措施：一是在原料裝入球磨機(jī)過(guò)程中要過(guò)慮設(shè)施；二是定期將球磨機(jī)內(nèi)鋼球篩選；三是球磨后出料口也要有過(guò)慮設(shè)施，四是如果料漿不是管道輸送，則需將輸送料漿的器具的進(jìn)出料口封好。上述的措施只是個(gè)舉例提示，由于不同的生產(chǎn)廠家其生產(chǎn)工藝布局不同，可針對(duì)自己的實(shí)際情況作好防止雜質(zhì)的一切措施。

3 壓制成型的影響

壓制成型是永磁鐵氧體磁瓦的關(guān)鍵工序，模具的設(shè)計(jì)加工及工藝參數(shù)的設(shè)定都對(duì)磁瓦壓制成型產(chǎn)生重大影響。如果模具設(shè)計(jì)不合理或者壓制工藝參數(shù)設(shè)定不正確，磁瓦成型后乃至燒結(jié)后，從外觀上看不到異常，但經(jīng)表面磨加工后，有的產(chǎn)品表面會(huì)出現(xiàn)裂紋，也有產(chǎn)品雖然表面發(fā)現(xiàn)不到裂紋，沿徑向切開后，可以切口面發(fā)現(xiàn)細(xì)小的裂紋，不論哪種，都是影響磁瓦強(qiáng)度的重要因素。裂紋的成因是取向磁場(chǎng)的局部不均勻或毛坯密度不均勻在磁瓦的內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力，在燒結(jié)過(guò)程中，因?yàn)楦飨虍愋允湛s，增大了內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋在磁瓦內(nèi)部產(chǎn)生?？朔鲜鋈毕?，第一要做到模具設(shè)計(jì)及加工要合理，比如模具材質(zhì)選擇、模具凹模形狀、上吸水路通暢、下沖頭的鑲嵌焊接方式等都會(huì)對(duì)取向磁場(chǎng)的分布產(chǎn)生較大影響；第二要合理設(shè)定壓制工藝參數(shù)，比如壓制壓力、快壓與慢壓的匹配、卸載壓力、壓制時(shí)間、取向磁場(chǎng)的電流、脫模方式等參數(shù)設(shè)定合理?？傊?，若要克服磁瓦中的隱蔽裂紋，需要從上述的成因中逐個(gè)精準(zhǔn)的控制，這是提高永磁鐵氧體磁瓦機(jī)械強(qiáng)度的重要前提。

4 燒結(jié)的影響

永磁鐵氧體磁瓦的燒結(jié)過(guò)程，不僅對(duì)其磁性能有重大影響，也會(huì)對(duì)其機(jī)械強(qiáng)度及物理特征產(chǎn)生重大影響，因?yàn)闊Y(jié)過(guò)程就是永磁鐵氧體的固相反應(yīng)過(guò)程，最終會(huì)影響到產(chǎn)品的材料形成、密度、晶粒的大小、幾何尺寸及機(jī)械強(qiáng)度等。

永磁鐵氧體的燒結(jié)過(guò)程主要分為三個(gè)階段，即排氣過(guò)程、燒結(jié)過(guò)程、降溫過(guò)程。

排氣過(guò)程：目的是完全排出毛坯件內(nèi)的水份。在此階段，如果電窯的溫度過(guò)高或燒結(jié)速度過(guò)快，會(huì)造成毛坯內(nèi)的水份蒸發(fā)過(guò)快而將毛坯件脹裂，因此，此過(guò)程即要保證毛坯內(nèi)的水份均勻緩慢的排出，也要保證窯體內(nèi)的空氣流通，避免水蒸氣聚集在窯體內(nèi)。除此以外，毛坯件在燒結(jié)板上的擺放也是一項(xiàng)重要因素，單塊燒結(jié)板上的毛坯件不能碼放太高太多，以不超過(guò)20Kg 為宜，可克服產(chǎn)品堵塞窯堂而影響空氣流通，以及因重量導(dǎo)致下層產(chǎn)品的上部與下部收縮不一致而產(chǎn)生的變形或斷裂現(xiàn)象。

燒結(jié)過(guò)程：這是形成永磁鐵氧體材料的關(guān)鍵過(guò)程，主要的工藝參數(shù)是燒結(jié)溫度及燒結(jié)時(shí)間，必須設(shè)定準(zhǔn)確，同時(shí)還要保證窯體內(nèi)的燒結(jié)氣氛正常。首先分析燒結(jié)溫度，如果燒結(jié)溫度過(guò)低，磁瓦的密度會(huì)小，其機(jī)械強(qiáng)度隨之會(huì)降低；如果燒結(jié)溫度過(guò)高，就會(huì)導(dǎo)致部分鐵氧體的基相分解，產(chǎn)生非磁性相及內(nèi)部缺陷，不僅會(huì)使磁性能下降，磁瓦的密度也會(huì)下降，影響了機(jī)械強(qiáng)度。其次分析燒結(jié)時(shí)間，如果燒結(jié)時(shí)間短，會(huì)造成永磁鐵氧體的反應(yīng)不完全，即影響了磁性能，又影響了磁瓦的密度，進(jìn)而影響了機(jī)械強(qiáng)度；如果燒結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也會(huì)造成部分永磁鐵氧體的基相分解，內(nèi)部產(chǎn)生缺陷及非磁性相，影響了磁性能及強(qiáng)度。最后分析燒結(jié)氣氛，如果在高溫?zé)Y(jié)時(shí)期窯體內(nèi)的氣氛不好，缺少氧氣，會(huì)造成反應(yīng)不完全，乃至永磁鐵氧體內(nèi)部的氧氣析出，即出現(xiàn)還原現(xiàn)象，不能完全形成鐵氧體材料，其磁性能、密度及機(jī)械強(qiáng)度都會(huì)受到巨大影響。

降溫過(guò)程：產(chǎn)品燒結(jié)后降溫，我們追求的是越快越好，但如果降溫過(guò)快，會(huì)出現(xiàn)磁瓦表面與內(nèi)部的溫差過(guò)大，由于熱脹冷縮產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，造成磁瓦斷裂。

5 磨加工的影響

表面磨加工是磁瓦生產(chǎn)的最后一道工序，該工序影響磁瓦強(qiáng)度的主要有三個(gè)方面，一是工裝夾具設(shè)計(jì)加工合理，二是磨削量，三是冷卻水。工裝夾具不合理或磨削量過(guò)大，會(huì)使磁瓦承受的壓力加大，造成部分產(chǎn)品出現(xiàn)內(nèi)傷，影響強(qiáng)度。充足的冷卻水是磨削磁瓦的關(guān)鍵，冷卻水不充足，在磨削時(shí)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散去，因熱脹冷縮導(dǎo)致磁瓦受損，甚至碎裂。

6 結(jié)論

綜上所述，永磁鐵氧體磁瓦的機(jī)械強(qiáng)度是磁瓦本身的固有特性，但它與原材料的選用、生產(chǎn)過(guò)程控制雜質(zhì)進(jìn)入、壓制成型、燒結(jié)及磨加工工序均息息相關(guān)，只要能做到確定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳a(chǎn)工藝及精細(xì)的生產(chǎn)管理，就能做到減少乃至削除影響強(qiáng)度的諸多因素，生產(chǎn)出機(jī)械強(qiáng)度合格的產(chǎn)品。

[1]周文運(yùn)，永磁鐵氧體和液體設(shè)計(jì)工藝，成都：電子科技大學(xué)出版社，1991，6.