基础科学第六章硬磁铁氧体ppt模版课件

硬磁铁氧体 一、基本特征 二、制备工艺 三、应用 四、技术发展 晶体结构：磁铅石 一、硬磁铁氧体基本特征 典型化学组成：SrFe12O19(SrM), BaFe12O19(BaM) 类型：烧结铁氧体、粘结铁氧体 类型：各向同性铁氧体、各向异性铁氧体 物理性能参数 居里点比热电阻 工作点温 度系数 抗弯强度 热膨胀系数 单位Cal/(g*) *cm %/ Kgf/mm2 C/C 数值450-4600.15-0.20104-0.2 5-10 14-15X10-6 9-10X10-6 磁性能参数 烧结铁氧体： 预烧料的制备 成型 烧结 二、硬磁铁氧体的制备工艺 粘结铁氧体： 粘结料的制备 成型 粘结 第一阶段：硫酸亚铁高温分解（甚至用铁锅等炒制） 型氧化铁和颜料铁红 磁铁矿FeSO4 4FeSO42Fe2O3+ 4SO2 + O2 纯度97%，含硫酸盐等杂质。 氧化铁原料的制备与发展过程 第二阶段：晶核氧化法生产的氧化铁 FeSO4+2NaOHFe(OH)2+Na2SO4 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 4FeSO4+4H2O+O22Fe2O3+4H2SO4 Fe+H2SO4FeSO4+H2 将一定量的硫酸亚铁溶液（5%）与过量氢氧化钠溶液反应（要求碱过量 0.040.08g/ml)，在常温下通入空气，使之全部变为红棕色的氢氧化铁胶 体溶液，作为沉积氧化铁的晶核。以上述晶核为载体，以硫酸亚铁为介质， 通入空气，在7585，在金属铁存以下，硫酸亚铁与空气中氧气作用生 成三氧化二铁（即铁红）沉积在晶核上，溶液中的硫酸根又与金属铁作用重 新生成硫酸亚铁，硫酸亚铁再被空气氧化成铁红继续沉积，这样循环至整个 过程结束，生成氧化铁红。 标称纯度97，实际纯度 99%，一致性、稳定性高，流动性好，粒度细匀 ，形貌比较规则和单一，不含硫酸根，但含有微量氮（N），氯含量非常低 。 铁鳞和磁铁矿粉直接氧化法生产的氧化铁 过渡阶段：水解法氧化铁红 水解过程： FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl 热处理过程： 2Fe(OH)3Fe2O3nH2O+(3n)H2O 第三阶段：Ruthner 法 Fe2O3 Ruthner 法又叫喷雾焙烧法(Spray Roasting)，是早期的大 中型钢铁企业处理酸洗钢材作业时产生的废液(主要成分为 FeCl2)、并回收盐酸和制备氧化铁的一种主要方法。它是以铁 的氯化物(FeCl2)为原料加铁屑耗酸，溶液经净化后进行高温 喷雾焙烧。氯化亚铁溶液在高温条件下水解、氧化生成氯化氢 和氧化铁。氯化氢以盐酸回收，返回酸洗钢材车间重复使用。 4FeCl2+O2+4H2O2Fe2O3+8HCl HCl(g)+H2OHCl(l) 干法生产和湿法生产的主要区别在于粉体制备方式，成型和烧结等工 艺都大致相同。干法生产采用氧化物作还原料，活性较差，反应不易完全 ，但是工艺简单，应用较为普遍。湿法生产虽然工艺复杂，但由于原料的 化学活性较高，便于提高质量，降低成本，适合小批量生产。 铁氧体基本上是采用粉末冶金的方法进行生产的，其生产工艺可以归纳为 干法生产和湿法生产两大类。 干法生产 高温固相法，自蔓延高温合成法（SHS）等。 湿法生产 溶胶-凝胶法，共沉淀法，水热法等 预烧料制备 1.传统的高温固相合成方法 原材料选择与配方 配方是影响铁氧体磁性能的一个关键，锶铁氧体的正分配方（摩尔比） 应是 Fe2O3：SrO = n = 6。当n 6 时, 过剩的Fe2O 3 使剩磁降低。 添加0.500.65wt%的SiO 2, 可细化 预烧料中的晶粒, 使预烧料中的晶粒直 径分布在12m 之间, 提高单畴粒子的 比率。为了促进固相反应，通常在配方 中加入CaCO3，Bi2O3等助熔剂，但是要 控制所加的量，过多的添加剂对磁性能 影响较大。 湿式干法工艺（Ries, 1969） 采用悬浮液（料浆），在振动磨机、鼓形混料机或砂磨机中混 合均匀，然后经脱水干燥。 混料通常采用的混合方式是用滚动式球磨机干磨或湿磨，又称 为一次球磨。 混料 形成钡铁氧体的固相反应过程： BaCO3 + Fe2O3 = BaO.Fe2O3 + CO2 BaO.Fe2O3 + 5Fe2O3 = BaO.6Fe2O3 总反应式为： BaCO3 + 6Fe2O3 = BaO.6Fe2O3 + CO2 预烧：固相反应过程 永磁铁氧体预烧实质上是各类原料在高温条件下通过固相反 应充分转变为六角晶系铁氧体的过程，这一转变过程进行得 是否完善、晶体形态是否完整会对材料的品质带来重要影响 ，“先天不足”一旦在此发生，后工序将无法弥补。一般的预 烧温度在800-1200之间，保温时间1-4h。预烧完结后基本 上已得到具有所要的化学成分的铁氧体，但是反应程度还不 够均匀，或存在少量未反应的配料。 预烧所用的设备：回转窑 二次球磨 经过预烧的坯料是多气孔、多缺陷、低密度的部分铁氧体化物质，将其用球 磨机粉碎、研磨制成铁氧体粉料以利于压制成型，这道工序习惯上称为二次球磨 ，且通常采用湿磨方式。 对烧结铁氧体，一般要求能够将磁粉磨到单畴粒径以下，即0.6-0.9 m之间 ；对粘结铁氧体，一般要求在1-2 m之间。 铁氧体形貌与尺寸 测定六角铁氧体粉末的颗粒度比较困难： （1）单畴颗粒不能用磁场退磁，彼此之间因磁性吸引而团聚； （2）六角铁氧体颗粒容易呈片状，颗粒比较容易沿六角晶格的基面解离。导致 ：延长研磨时间，颗粒比表面积增大，但显微镜下看到的颗粒度减小不显著。 （3）铁氧体颗粒可以被一种碳酸钡/氢氧化钡薄膜包围，这种疏松的表面给人产 生一种错觉，即粉末的比表面积特别大。 （4）商业化铁氧体颗粒中含有大量的细颗粒，可能是一些磨损物及杂相。 二次球磨细度对磁性能的影响 大量实验表明，当预烧料进行研磨时，一开始Hcj升高，进一步研磨时则Hcj 下降。中间存在一个临界尺寸，大约1微米。 解释： 随着尺寸减少，多畴晶粒逐渐转变成单畴晶粒，畴壁减少，矫顽力提高。 当颗粒尺寸非常细时，矫顽力下降的可能原因： （1）晶格缺陷增多，容易形成再磁化核，从而产生畴壁。 （2）超顺磁性晶粒增多，导致矫顽力下降。 实验一：退火使矫顽力提高50-300%； 实验二：酸洗粉末，超细颗粒首先融解，但矫顽力仅增加5-15； 实验三：XRD测量显示，细磨粉体中衍射线展宽在很大程度上是晶格畸变造成 的。 实验四：电子显微镜观察显示，堆垛层错和形变孪晶是主要的晶格缺陷。 二次球磨细度对磁性能的影响 饱和磁化强度随研磨时间的增大而减少，极 端情况下降低到起始值的2/3。 退火后或进一步稍微降低，或部分或几乎全 部恢复到磁极化强度的起始数值。 2.高温自蔓延法（SHS）方法合成Sr铁氧体磁粉 主要特点： 反应物一经点燃，能够用自 身反应所放出的热量维持反 应的进行，直到结束。反应 步骤少，生产率高，能耗少 ，反应设备简单。 v反应方程式 v反应步骤 配料混料SHS反应洗涤球磨退火 SHS方法减少了传统铁氧体合成方法中的铁氧体化过程（焙烧），降低了能 耗，缩短了合成时间，提高了生产率。而且合成出来的铁氧体磁性能也较高 。 1.还原Fe粉对反应速度和反应最高温度的影响 维持SHS反应自发进行的能量来源于还原铁粉被氧化所 释放出来的热量，因此Fe粉含量越高，燃烧温度越高，反应 速度越快。Fe粉含量越高，在产物中产生的杂质也越多，常 见的有Fe2O3,Fe3O4。 SHS 合成铁氧体的影响因素 2.原料粉体的粒度和相对密度的影响 原料粒度的增大，会降低燃烧的温度和燃烧的速度，原料相对密度的增 大也会影响燃烧温度和燃烧速度，这是氧渗透障碍所致。这些可以通过氧压 力的增大而克服。 燃烧温度与氧压力的关系燃烧速度与氧压力的关系 晶型呈明显的六角平板状，说明晶体的生长较完全。 SHS合成的铁氧体的晶粒形貌 成型方法 成型是烧结硬磁铁氧体制造过程中的关键工序之一，成型的质量不但对 产品的几何尺寸，而且对产品的电磁性能有极大影响。 干压：模具简单，能够压制小型部件，压制时间短；冲床。 湿压：晶粒排列较好，磁性能高，压力低，均匀度高。液压机。 成型过程中应该注意三点： 一.料浆的流动性好，充分取向。 二.充磁场足够大。 三.生产相同产品时的料浆浓度、 压制时间及压力一致。 成型过程中的取向 模压取向：靠压力使片状颗粒转动，其平面垂直于加压方向 排列，而垂直于晶体平面的c轴优先排列在加压方向上。 磁场取向：400-800KA/m (5-10KOe）的直流磁场。 磁场的空间分布：与所要求的压坯的晶体取向相适应，需要 设计。 二次烧结 二次烧结直接决定硬磁铁氧体产品的最终成分、相的分 布、晶粒大小、致密性、尺寸、外观及磁性能。 温度一般在1000-1400之间，保温时间2-6h，保温段 对磁性能的影响最大。 二次烧结中的问题 摩尔比n=Fe2O3/MO (M = Ba, Sr, Pb) 具有化学计量组成的钡铁氧体收缩比较小，晶粒长大进行正 常。 BaO稍微过量（n0.43T（4300G）， Hcj325kA/m（4100Oe）的烧结永磁铁氧体。 分级级研磨及循环环研磨技术术：（1）严严格控制进进料粗粉的平均粒度3- 5m及粒度分布标标准偏差=0.14-0.16 m，这这可以通过过振磨机或球磨机干 磨加风选风选 分级级工艺艺来实现实现 ；（2）采用底部进进料的连续连续 砂磨机对对粗颗颗粒 长时间长时间 研磨。 此技术术可以有效地控制晶粒分布标标准偏差0.14-0.16 m，使永磁铁铁 氧体的剩磁和矫顽矫顽 力提高4%。 永磁铁氧体颗粒球形化的研究 从片状颗粒到球状颗粒：c轴生长 原因：增加颗粒流动性。 Morphology of strontium ferrites preheated at 1050 C for 2 h with (a) x = 0, (b) x = 0.5, (c) x = 1 and (d) x = 1.5. SEM photographs of the samples with different x calcined at different temperatures for 2 h: (a) 900 C, x = 0, (b) 900 C, x = 1, (c) 1050 C, x = 0 and (d) 1050 C, x = 1. Sketch map of the change of Sr-ferrite morphology. Sketch map of the liquid action. SEM photographs of commercial Sr-ferrite powders fired at 1050 C for 2 h with (a) the original state and (b) 1 wt% Bi2O3 addition. Photographs of commercial ferrite and SrCO3/Fe2O3 mixture powders di