烧结教育训练制程条件.doc

燒結製程條件 連續爐,推板爐,隧道爐, KT12,KT13,KT23 氣氛爐燒結爐 Roller 爐 N2做氣氛控制, 箱型爐,鐘罩爐, KB01, KB02 O2的深度1) 產量大,成本低,但特性的控制較屬平凡,P4A10可穩定達到,2) 速度快,產能大,通用於大 core3) 產能較低 ,氣氛控制較易,profile更變容易,屬PC控制【換品名材質生產容易】 注:因要顧及爐內的氣氛一致性,氣流較強,脫鋅比較嚴重,但AL仍較高,降溫時氣流較強,外觀顏色較差;熱及氣氛皆採取對流的方式,【認識燒結的不同爐子本身的特性】, 2,內容: 溫度設計 氣氛(PO2)設計 脫脂段:(將Binder去除) 升溫段 (長結晶區) 恒溫段 (晶粒成長,均質區) 降溫段 (AL值,特性) 燒結條件 均質段 13401380 1300 1000 1130 1200 21 長晶段 35/min 300 13/min 24/min 12x12/min sinter zone socking zone cooling zone 1800wu/nr 脫脂段 升溫段 恆溫段 降溫段 預熱 燒結區 sinteringFe3 說明:產品的厚度影響均勻性,愈薄愈易達成(厚度23 Fe3 mm),愈厚均質時間愈長愈佳。 注:里外有個均質,密度控制時,提高升溫速率,或提高燒結溫度,即長晶度,恆溫度3,工程師的素質: 1),數據的分析能力,應大膽假設,小心求證, 2)異常的分析 例: ECR變更前的數據報告。燒結 profile脫脂段:首重於Binder的裂解,緩和均勻的裂解釋放。 電熱脫脂: KT12 加熱棒: SiC加熱棒 1400 測溫棒: K TYPE Fe,Cr,Al 1000 A TYPE Ni,cr, 1000 BTYPE 瓦斯加熱脫脂: KT13,KT23 gas 丙烷,丁烷 其中丙烷占7080% air注:來源,瓦斯燃燒器。測溫棒:K TYPE 加熱形式的不同: 電加熱 輻射對流(;熱風循環系統) 瓦斯加熱 燃燒對流 注:都是為了調整升溫速率的合適性,及溫度的均勻性,是此段的目地。 優缺點比較: 電:Binder裂解後,僅是氧化,或為CXHX,H2O, CXH2會阻塞管路, 及氣味難聞。 改善:增加廢氣燃燒器,用LPG做熱源。 瓦斯:Binder裂解後直接有效二次燃燒,無氣味難聞。溫度波動較大。 KT13 7kg/1hr KT23 15kg/1hr脫脂段: 300 220 230 170 RT 3 4hr 1),以脫脂段的時間計算升溫速率。 2), 依裂的形式做此段profile的調整。 升溫曲線圖:g 溫度,重量 德國PVA+PEG 注:德國PVA+PEG 不使用,多用日本 Temp 日本PVA PVA, 時間180 220 Binder的自然現象【11.5%】 注:如右圖: 200 230 1) 裂在下方,循環量不足,溫度不足 ,如右上圖:2) 脫脂溫度不足,轉至sinter段,溫度過急的裂,除了產品裂之外,Binder會傷爐材(腐蝕)。3) 上方裂,主因循環過急,升溫速度過快導致,Binder同時由固態轉為氣態,顯示能量過多。4) 爆裂嚴重,升溫速率嚴重過快。 升溫段:(Sinter zone) 實際大於2.5 1370或1340 就會結晶 13 35 24 1200 1000 650 長晶區 600 300 1,在升溫段一般採air為介質, 2,排氣位置的確認及量的多與少是升溫的注意重點, 3,溫度在600650及10001200為外觀品質及長晶段大小的控制點,溫 度要依產品實際狀況,調出合適的升溫速率。 4,溫度的熱流方向要依爐內壓的趨勢配合,方不致產生表面結晶及棚板裂的 情況。 Toalout 熱風因素的考慮 不作排氣 Toal in 調整爐內壓 4/4 1/42/4 1/42/4 1150 2/43/4 1370 產品 1,防止熱流往長晶區移動,防止表面結晶的產生, 2,將恆溫段溫度帶過來12001370之間的溫度。SiO2析出,期能將其排出,保護爐內爐材。1,讓爐頭的預熱足將熱流往爐頭帶,2,爐頭開檢測窗,較不會影響爐內的狀況。注:排氣量與進氣量是相對的因素,進氣量大,排氣量大,否則相反,以愈小愈佳,可節省能源外,對產品的影響亦最佳。長晶區間: A07 1315 (晶粒大小的要求A10 1520 頻寬 , /Z/ 需求A05 1014 Q , AL值 )P4 9 13溫度就可以控制出來升溫區異常: 1, 表面結晶,升溫速率過快,或排氣不對導致熱風影響2, 內部晶粒過大3. 硼版的損壞恒溫段; 1,恆溫段的目地是令內部晶粒均勻成,其需求是長的時間晶粒緩和成長。2,依溫度的高低可控制燒成密度。3,它與長晶區是一體二面皆可控制晶粒的大小及密度的大小,只是前者急,後 者緩。 4,不同的材質有不同的恆溫溫度。 P41340 A0513401360 A0713501370 A1013701400 A1213801400 P512401280 5,不同的材質有不同的恆溫溫度。 一般: P4 3hr P2 3hr A0735hr A1057hr 6,連續爐通常恆溫時間約為: 2.54hr7,通常採用提高恆溫在1030來彌補恆溫段時間的不足,但提高溫度會 使晶粒不均勻成長,一般在較低溫度較長時間的恆溫後,會得到大而均 勻的晶粒 。 注:表面結晶(長花)的原因:PO2 值太低,約在3%左右,一般至少要10%左右 方可去此疑慮。 8,測溫環的使用: 是利用結構陶磁(AL2O3)的收縮率來判定此爐的最高溫 度及爐內的溫度分部。 一般可分為: 絕對測溫錠 (如右圖) 尺寸0 0 比對測溫環 (如右下圖) 此曲線主要使密度增高,抑制晶粒的均勻成長,感值提高。 N2 1n/cm3降溫段:(CoolingZone) ,PO2的控制 目的:利用Air+N2來控制O2的濃度比率,達到材料內部Fe 價的平衡, 求得材料初導磁率的表 恆溫段 均勻段 1000 PO2 =(14540)/(K+ Temp ) + b 設定溫度高低來求得 100PPm以下的PO2需 Temp 箱形爐 P材(p2,p4) 1250 A材(A7,A10) 2hr 1100 1000 b=10 b=9.5 Time 降溫段於調整時,需配合之量測儀器与判讀分析。 T圖 f 圖 金相圖 密度量測 (降溫,長晶) (降溫,長晶段) (長晶) (長晶) f 圖: i A12 12000 7080KHZ A10 10000 A07 100Khz左右 8000 6000 A05 200Khz以上 4000 P4 400Khz以上 2000 P5 1MKHZ左右 1900 f KH/Z/ 10 20 30 40 100 200 300 600 10MH/Z/ 頻寬AL=1.2570 P4在400 KHZ 左右 0 :封閉 A5在200 KHZ 左右e :有間隙 A07在100 KHZ 左右 在末梢是否上翹與氣氛有關: A10在7080 KHZ 左右 氧化上翹, A12 在40 - 50 KHZ左右 小core ,薄 core P5 1MKHZ左右 正常 氧化(產品肉薄) 還原(產品肉厚) f 一般分析,要有相同的材質及外觀形狀(即同品名),才會有比較分析的價值。 (標準Test core) LS:多數線圈電感量。 AL= LS / N2 (N為圈數) ui 居里溫度,磁崩潰點TC 12000 Tsmp點 完全無導磁性,無電感量 10000 斜率的最低點 4000 15 20 25 140 200 T 注: 峰谷很深, 原因a, 晶粒過大, b, 內部過於氧化,內電阻過高 ,12501300 PO2過高 材質:居里溫度點(与配方有關) A12 90 A10 A07 120130 A05 130 P4 220 P材易發熱 注: 1,如果Tsmp不明顯的話,則以斜率最低點為之。 2,Tsmp與產品的厚度,薄的易出現Tsmp 點。1),降溫段的PO2設定: 13401280 1 3% 12801250 0.51% 12501200 0.20.5% 12001100 0.10.3% 11001000 0.070.2% 1000 以下只能維持100ppm 2),氣氛調整需依Test core 或產品的表現為依據,設備的控制點,會因遷就議定 的需求有所偏差,如測溫棒的量測點。5mm JH 氣氛抽測口 Air+N2 故為求實際的偏差值,我們需要另外備細測量棒量測。2), Air+N2 的進氣位置。3),模擬 Air+N2 的擴散方式。勿集中排氣,加大脫鋅量。 排氣要合適 , 會影響混合氣的擴散斜率 9501000將爐尾100PPm的N2排出, 避免影響氣 氛混合擴散。 N2 Air+N2 密閉 N24),降溫段排氣目前分為定量排氣與自然排氣。 定量:自用抽風機加流量計控制排氣量,於積載變化時,爐內壓上升或下降 。 自然:利用爐內壓及熱流往上原理排氣,於積載變化時,適當調整爐內壓力。 P材的產品氣氛較氧化;13401280 6%10% P材於內結晶:不可做特材12801250 1%3%12501200 0.8% 1.5%12001100 0.3%0.6%11001000 0.3% 0.2% a,溫度設定及排氣:溫度設定不過於集中,入氣勿過於集中,會導致預熱不足及氣流過強,引發Plate破損。b,冷卻水控制不足,也會Plate 破損。調爐的步驟: 因隧道爐內是互通的,因些若未尋一定的步驟,將會耗費更長久的時而未有所得,氣氛的穩定性易難控制。一,交換氣室的基本PO2確認及交換氣室的爐內壓力。要求:1), PO2 100ppm以下,交換氣室的爐內壓力爐內壓。0.05m bar 交換時間及氮氣進氣量的控制。 2), 在D2門關閉之后至D1門打開,由20%降至100ppm的時間內 N2進氣量的最小值即為設定值。 KT13 3m3/hr KT23 78m3/hr KT12 1.8m3/hr D1 交換氣室 D2 100ppm 尾 描述:當產品推至爐尾A處,D1打開,產品推入B處交換氣室此 時,B處氣氛在100ppm以下的PO2。 常見的問題:(交換氣室),A產品表面氧化,暗紅色(FeO),黑色,Fe, 爐層900的PO2100ppm以上 。D1,D2的迫緊(密封的材料)失效,交換氣室異常,無法在100ppm以下二,交換氣室的爐內壓部份: 利用排氣口控制交換氣室內的爐壓力,令其壓力小於爐內壓約0. 05m bar,主要是讓D1門打開后,不會影響爐尾的氣氛波動振蕩。氣氛量測若是有規律的波動振蕩。如下圖: 下擺震蕩壓力太高的因素:因為它是100ppm的壓力。 P1V1=P2V2于D1打開時,V1會膨脹為V2,如果P1=10mmH2O, P2=1mmH2O就會有10倍的交換氣室的體積, N 2往爐內流通,導致波動。三,若於交換時間內,因異常而手動打開D2門處理的時候,特別注意: 在D1打開時,交換的時間是否足夠,否則將會令爐內產品氧化而不知原因,因此要非常清楚交換時間是否足夠,在爐速加快時亦需確認。因為我們的N2入氣量是min值。防呆:D2門打開后,PLC重新計時交換時間,不管主捱桿已將臺板推到定位,需待時間到了再打開D1門,若手動必須了解交換氣室是100ppm以下才可打開。(如下圖): 電磁閥 稀釋 D1 D2 N2 電磁閥N2進氣,電磁閥打開,氣體充分稀釋一,確認交換氣室無問題后:二,確認D1門是否有漏氣,並於開關的過程是否有air 滲入,確認在整個循環內可保持100ppm以下,並將入氣量調整到最低點。 O2 D1 100ppm以下 900以下 三,水冷段:900以下,至D1門,確認保持100ppm以下的N2最小。 1 kg 0.87 RMB 1.25m3 1),漏氣:檢查入N2相關管路接頭,是否有漏氣。 檢測:利用肥皂水來檢測。(停爐,攀爬,600900) 2),前三步驟為確認PO2值的基本動作,若無一到迖,調爐將無意義。四,1350900,氣氛段的調整: 1350 1000 950排气 900 N2 100ppm以下 N2+O2入气1),950,才開始作排氣。2),1000左右方開始入氣。3),平衡溫度設定,爐速,積載量,以確認溫度的穩定性。(溫度靠爐速帶到爐尾)4),依PO2之公式OR經驗值調整初步的profile ,由低溫點往高溫調整,配合入氣與排氣,得到欲得的氣氛,重點,每往前確認一點,就必須往后回測,氣氛是否有變異,如此反覆動作,以致完成,主要是因為爐內是互通且為動態平衡。 1000ppm 1000 停爐 900 氣化1000ppm5),重新確認爐內壓力是否合理。6),由測試core 或產品的uf,ut,金相,密度,PCV等做細調整。7),確認每日的流量計是否正常供气。五,每日檢測:1),出燼產品,品質狀況:外觀顏色,AL值,外電阻,PCV,結晶。 注:外電阻 A10,A072001k A051 k5 k P445 k90 k P28 k30 k2),入氣量,排氣量,PO2關鍵點量測,冷卻水溫度。3),溫度是否正常。 4),爐況是否正常,有無停爐。燒結常出現的異常現象:一:成型裂: A,角裂:半自排滑軌安設時,令生胚下滑太快,導致角撞擊而裂開。愈重的產品,愈易產生。成型時不易有效壓制,導致生胚密度差異大,於脫模時因強度不足被拉開,燒結時因晶粒成長的過程中左右分靠,產生微細的裂縫。如:RM,EP,POT-皆易產生。 主因:填粉不易達到理論值1.35g/cm3 1,篩粉,造粉,流動性檢查,如選SK104(顆粒表面比較光滑,成型性好) 2,中模的脫模角与拋光度的順暢。 3,Binder的強度,可選粉,Binder量較高者,如45G,EP專用粉即Binder 含量較高。 4,合適的成型調机。C,垂直成型方向裂:(脫帽,層裂) 1,成型壓力太高,Binder低強度不夠。 2,脫脂角太小,模口產生剪力。 3,模具表面鍍層失敗。 4,粉太潮,導致表面粘模的机率大,脫模不易。 成型方向 層裂 檢查:1),硬脂酸鋅泡。 2),把生胚折斷確認折斷的狀況。D,成型撞裂:T core專屬現象,於生胚出模后相互強力碰撞導致與成型方向平行裂。 注:成型裂:燒結后斷裂口粗糙,顏色加深。二,燒結裂:上方裂:升溫速率快,熱風因素。 下方裂:溫度不足,溫度分佈不佳,臺板預熱不足。 綱狀裂:產品与硼板接觸太近,10min或BINDER 脫脂不乾淨導致 , 在表面約0.2-0.4 MM 的深度 Loading裂:角裂,斷腳,切割core的橫腰斷。 爆裂:上,下方中柱皆裂的情況 , 溫度設定不良。 熱震:(晶粒原色),強度很差,特性低。出爐口溫度太高,如超過200,吹到冷風,故目前我們要求在150以下。 結晶: 一,外部結晶: a,粉塵污染: “SIO2” 會与core的成份起化學變化,過多時會影響變形。 b,表面晶粒過大。例:F/PR(如下圖): 表面結晶,內部晶粒正常,因此是粉塵污染導致變形,表面呈大的光亮點。 C,恆溫段, PO2過低,導致結晶異常成長。改善方法: 杜絕粉塵 成型之生胚儲存防護 燒結Loading室与防塵罩 內部晶粒過大或上面內部晶粒過大( 熱風過快因素 ) 數量少,但是很大 主因:a,升溫過快, b,呈現表面晶粒較一致大,分布廣,且均勻。 二,內部結晶: 粉受污染:呈現內部晶粒差異极大,局部晶粒異常成長,局部正常。 晶粒過大:a,晶粒成長過大,大到肉眼可見的程度 ,於斷裂面的亮點是晶粒的剖面 穿徑破裂 b,升溫過快 C,A材可特採, P材不可特採。 三,顏色異常: 表面晶粒狀況對光線反射的程度。(黑色+紅色 呈 紫色) a,氧化:1,兩側氣流較強,脫鋅較多,顏色較黑,中間顏色正常。 2,進氣濃度配比不對(左右的AL值,差異超過300500nh),導致局部氧化, 顏色呈黑,或進氣太大,導致直接影響產品。 3,停爐時, 20分鐘以上就會導致,對策:在停爐時,適度調整air的入氣與N2入氣可避免。 4,爐況異常:氧化快速,無法避免,爐尾加大量的N2,主要是降低影響程度,令爐尾恢復100ppm加快。 600750左右 顏色呈微紅色 FeO析出 AL下降5%產品可重燒 750900左右 顏色呈多彩色 微紫 FeO+Fe析出 1320900左右 顏色呈黑色 影響特性三,顏色異常: 還原:主因: PO2值太低1) 連續爐於爐尾異常加大N2,忘記恢復原設計值。2) 入气馬迖運轉失靈,皮帶斷掉,無法供气,重要備品,必儲備品(皮帶,馬迖)狀況:外電阻很低,特性差,顏色較灰白。補救:采用箱型爐做重燒作業,可挽救產品。四,變形: 成型所導致的變形。 1)縮腰:如 UIU成型密度不均導致。 EET,ET 芯棒,組模太高於中模面,導致中柱密度偏大。 芯棒安裝過低,導致導致單腳密度太高。 2)側彎: 成型對壓線偏異導致。數量大,幾乎整批。(月亮型) 顏色較暗,反光少 對壓線偏上 顏色較黑亮,反光多3) 大小頭: 直立式成型机,因補粉為前后往覆式,導致補粉於模穴時,導致密度差異,一般燒結后約0.050.1mm旋轉式成型機: 中模補粉角度錯,因此設備有Over Fill動作,(超填粉,頂出刮掉) 所以密度較均勻,較不易產生。 斷差式產品 密度大2) 外彎( Tal out)單角外彎3)整批,幾乎100%外彎,生胚密度不均導致 密度小 C2 因粉鬆密度大,導致C2填粉較多,不調整C2C1尺寸5),內彎,(通常內彎) 幾乎100%的內彎狀況, 情況与外彎相反。 密度小 斷差式產品 密度大六,菱形變形: UIU常發生的現象,主因:芯棒安裝過多或過低,刮棒的材質過軟,膠質段過多。燒結所導致的變形:1) 外彎:不良率1050%不等,主因是墊片的不良,如F/PR或ZrO2的變形,且同時出現內外彎的大比例。 F/PR 外彎 內彎 ZrO2F/PR更換時機 (墊片,棚板,臺板) 所有墊片的管理非常重要,勿節省成本,令良率降低。對策:a,Loading時不放於接合線上。 b,將產品設計為切割core熱風因素,於升溫段600650左右升溫過快,氣流強,分布是區域性的。2),扭曲狀變形:主因產品互相連結燒成后的變形, BET過大 殘粉附著 堆積散燒 Tcore目前最嚴重的是UIU的燒結變形3)T core變形,橢圓形,梯形 大Tcore躺燒 大T core立燒,重力變形或肉薄T core立燒,重力變形 利用治具燒結 F/PM, F/PN , F/PV(F/PM29,F/PM36)四,異物附著 絕大多數是成型所產生之毛邊斷料或殘粉粘附導致,通稱異物附著。 燒結所導致者,爐材掉落附著,如 被腐蝕的AL2O3掉落,或清潔排气孔,SIO2掉落,Zn粉掉落。六,特性異常: 目的: 連續爐的Profile的設定完成之后,就要制定每爐層的 Loading模式,何者最佳的設定。 一般方法:試燒 批次燒,如:A10UT20, LV4LV3LV2LV1 找出層別之間的差異 , 讓燒結的特性最佳 可降低AL值異常的問題 燒結特性較差者 : 1 選粉制作 1 挑TSMP點合適者,產品的UT圖,TSMP很高無法移動,導致AL值一直無法提升,可挑選黑粉TSMP點較低者成型確認后,再予 以規定 2, 挑黑粉特性AL值較高者1. 特定位置与Loading方法:例:KT12 LV3 圍燒 導致特性異常的因素:1,燒結profile來確認。 氧化或還原 把極限值確認出來 (開天窗氧化的處理) 可依AL值做分離 可參考燒站的IPQC規定,開放型產品依封閉型同持的規定原理。 3200NH以上者都查作良品(A07 ET28)氧化的限度樣本及規定AL值下限規定。 2,粉的特性不對或Loading層別不對。 3,擺放的方法不對。(T core的模式) 4,A07,A10產品於迎風面及背風面的AL值較低,約510%,於收core時另外處理,以求AL值的均勻性。AL值低 加工課研磨時速度減少,增加研磨力度。(砂輪片晶粒用小號)AL值均勻值 加工課研磨時速度加快,增加研磨效率。 產品工程師的相關工作方法:(一) 確認自己所負責的產品的相關制程條件,參數。成型條件,模具,成型之設備,粉是否選擇。 確認為排出不燒結條件,Loading位置,排盤量,排盤方式。 良品的因素。研磨條件, 單向,雙面,切割,拋光,去毛邊,Sorting, AL值-包裝的方法:包裝數量,方式,副材料是否有改善空間。(二),每周報告本周的良率狀況,加工課之相關報表(發現不良或特殊異常,深入去了解分析,找出理論對策,再提出改善對策)(三),針對品質不良,做品質改善對策,維持它的良率 績效(四),整理每周良率狀況。 燒結爐重要備品: 1)加熱棒: SiO 1500 KT12 (24支)Fe, Cr ,AL 1100 KT12,KT13 (24支)Mo