料漿含水率對(duì)燒結(jié)永磁鐵氧體性能的影響

(北礦磁材科技有限公司，北京 102600)

永磁鐵氧體在汽車、家電、計(jì)算機(jī)、電動(dòng)工具以及電聲產(chǎn)品領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。隨著近年來(lái)這些領(lǐng)域的快速發(fā)展，我國(guó)的永磁鐵氧體制造行業(yè)也迎來(lái)了更為廣闊的前景。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)幾家企業(yè)具有較高的生產(chǎn)能力，然而其產(chǎn)品總合格率也不是很高[1]。為此，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)壓型、燒結(jié)、球磨等工藝對(duì)永磁鐵氧體產(chǎn)品質(zhì)量的影響進(jìn)行了相關(guān)的研究，但是針對(duì)料漿含水率對(duì)永磁鐵氧體生坯質(zhì)量、密度以及產(chǎn)品合格率所產(chǎn)生的影響這一方面的研究還很少，本文主要對(duì)料漿含水率對(duì)永磁鐵氧體性能所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究。探討了料漿含水率對(duì)提高永磁鐵氧體生坯密度、抗壓強(qiáng)度以及產(chǎn)品生產(chǎn)效率和合格率的影響。

1 濕壓磁場(chǎng)成型原理

通常情況下，制備高性能各向異性永磁鐵氧體材料所采用的都是濕壓磁場(chǎng)成型工藝。該工藝的原理為：壓制坯件時(shí)，利用外加磁場(chǎng)引導(dǎo)型腔中的單疇顆粒c軸轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向。待坯件壓實(shí)，顆粒無(wú)法自由轉(zhuǎn)動(dòng)后即制作成為各向異性的坯件。濕壓磁場(chǎng)成型工藝中所使用的原料稱作料漿，呈軟泥狀，其中包含的主要成分為預(yù)燒料顆粒，含水率通常為30～40wt%。單疇顆粒粒度通常為0.7～0.9μm。預(yù)燒鐵氧體化后，因磁各呈現(xiàn)出異性特征，其中，單疇顆粒的分子狀態(tài)，由六角單晶易磁化軸c軸進(jìn)行有序排序，并在成型的過程中，外磁場(chǎng)的作用影響下，單疇顆粒的c軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)并呈現(xiàn)出同外磁場(chǎng)方向一致的局面，燒結(jié)后磁體的磁性能好壞，主要是由一致轉(zhuǎn)向的程度即取向度決定，取向度越高，磁性能就越好[2]。通過分析單疇顆粒在轉(zhuǎn)向過程中的動(dòng)力和阻力可以看出，對(duì)取向度造成影響的兩個(gè)主要因素分別為外磁場(chǎng)強(qiáng)度和漿料含水率。

為了降低單疇顆粒在轉(zhuǎn)向過程中所受阻力，在生產(chǎn)過程中會(huì)將成型料制成軟泥狀料漿，以便利用水份的潤(rùn)滑作用。提高料漿中的含水率能夠使阻力降低，增加單疇顆粒取向度，但是相應(yīng)的也會(huì)增加成型難度，降低生產(chǎn)效率。如果降低料漿中的含水率，雖然能夠降低成型難度，但又會(huì)增加顆粒轉(zhuǎn)向阻力，降低取向度。因此，必須對(duì)料漿含水率進(jìn)行合理的控制。為了進(jìn)一步提高成型坯件成型工藝和質(zhì)量的一致性，還必須要求料漿含水率盡可能穩(wěn)定，降低其波動(dòng)范圍。

2 試驗(yàn)方法

2.1 永磁鐵氧體的制備

料漿含水率的測(cè)量方法采用的是操作簡(jiǎn)便且可以快速測(cè)量料漿含水率的稱量法。假設(shè)容器質(zhì)量為m、體積為V、容器裝滿料漿后的質(zhì)量為M、料漿含水率為P、鐵氧體粉末無(wú)水時(shí)密度為4.1g/cm3，那么料漿含水率則為：，從式中可以看出，在知道容器質(zhì)量為m和體積為V的情況下，就可以通過直接對(duì)料漿質(zhì)量進(jìn)行稱量來(lái)計(jì)算出料漿的含水率。

料漿原料選用TY42B，對(duì)含水率為30%、32%、34%、36%、38%、40%、42%、44%的料漿分別進(jìn)行取樣，采用100t磁性材料濕式成型液壓機(jī)各壓制2000片磁片。在對(duì)不同含水率料漿進(jìn)行壓制成型時(shí)，所用設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)保持一致。壓制成型后一起送入36m雙推板電窯中進(jìn)行燒結(jié)，最后經(jīng)過打磨、清洗、烘干后對(duì)其外觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)，并計(jì)算其各自的產(chǎn)品合格率。

2.2 設(shè)備和方法

對(duì)產(chǎn)品物相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)采用的是由日本Mac Science公司所生產(chǎn)的MXP18AHF型轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀(XRD)，X射線源采用的是Cu-Ka靶，波長(zhǎng)0.15418cm，管壓40kV，掃描速度8°/min，掃描步長(zhǎng)0.02°；測(cè)量產(chǎn)品強(qiáng)度所用設(shè)備為濟(jì)南中路昌試驗(yàn)機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的WDW-10M型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；測(cè)量生坯密度采用的是深圳群隆設(shè)備有限公司所生產(chǎn)的固體密度測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 對(duì)結(jié)晶度程度的影響

圖1為34%、40%以及46%料漿含水率試樣所生產(chǎn)的產(chǎn)品XRD圖譜。

圖1 不同含水率料漿所生產(chǎn)產(chǎn)品的XRD圖

從圖1中可以看出，所有試樣都為單一M型的六角鐵氧體相，沒有其他雜峰出現(xiàn)，根據(jù)3種產(chǎn)品的XRD峰值強(qiáng)度可以看出，3中料漿含水率的產(chǎn)品結(jié)晶度都有較好表現(xiàn)。

3.2 對(duì)生坯密度的影響

圖2為不同含水率的料漿所壓制的鐵氧體生坯密度。由圖中可以看出，當(dāng)料漿中含水率低于36%時(shí)，生坯密度在3.3g/cm3左右，當(dāng)料漿含水率高于36%時(shí)，生坯密度開始出現(xiàn)快速下滑。由此可知，只有將料漿含水率控制在36%或36%以下，才能有效提高生坯密度。由于鐵氧體在制備時(shí)，生坯中顆粒的易磁化軸必須轉(zhuǎn)向與外磁場(chǎng)方向一致才能夠具有各向異性，如果料漿中含水率過低，則會(huì)降低取向度。因此，在考慮成型難度和壓型效率的同時(shí)，為了便于顆粒在外磁場(chǎng)的作用下自由轉(zhuǎn)動(dòng)，選用36%含水率的料漿最為合適。

圖2 料漿含水率對(duì)生坯密度的影響

3.3 對(duì)成品合格率的影響

圖3為不同含水率料漿所生產(chǎn)的鐵氧體成品合格率。由圖中可以看出，成品合格率先是隨著料漿含水率逐漸增加，在料漿含水率為36%時(shí)，產(chǎn)品合格率達(dá)到98%，隨著料漿含水率超過36%，產(chǎn)品合格率開始快速下降，當(dāng)料漿含水率達(dá)到46%時(shí)，產(chǎn)品的合格率只有76%。同時(shí)，料漿含水率過高時(shí)，產(chǎn)品壓型時(shí)容易出現(xiàn)跑料和毛坯成型困難等現(xiàn)象，因此，料漿含水率為36%時(shí)最為合適。

圖3 料漿含水率對(duì)成品合格率的影響

3.4 對(duì)產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度的影響

圖4為料漿含水率不同時(shí)產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度測(cè)試。由圖中可以看出，當(dāng)料漿含水率為36%時(shí)，產(chǎn)品強(qiáng)度達(dá)到最高，料漿含水率超過42%時(shí)，產(chǎn)品強(qiáng)度開始快速降低。之所以出現(xiàn)這種情況是因?yàn)榇磐呱髟趬褐浦?，料漿的流動(dòng)性對(duì)于瓦磁的最終強(qiáng)度會(huì)有很大的影響。在制備過程中，為了便于單疇顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)，成型所用的漿料需要做成軟泥狀，利用其中的水分進(jìn)行潤(rùn)滑，有利于顆粒在外磁場(chǎng)中用下自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并更好的填充于模具內(nèi)空間。如果料漿中含水率過低，那么顆粒填充性與取向度都較差，從而影響磁瓦密度的均勻分布，使其機(jī)械強(qiáng)度降低。如果料漿含水率過高，水分難以排出，很容易導(dǎo)致層裂現(xiàn)象，從而降低磁瓦強(qiáng)度。因此，從產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度方面來(lái)考慮，也是以36%含水率為最佳。

圖4 料漿含水率對(duì)產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度的影響

4 結(jié)論

從上文中料漿含水率對(duì)鐵氧體制備中的各個(gè)方面所造成的影響來(lái)看，料漿含水率對(duì)永磁鐵氧體的性能有較大影響。在永磁鐵氧體的實(shí)際生產(chǎn)中，料漿含水率過高或是過低都不利于鐵氧體的制備生產(chǎn)，而將料漿含水率控制在36%時(shí)，則可以使永磁鐵氧體的強(qiáng)度、生坯密度以及成品合格率達(dá)到最佳水平。