宜职院铁氧体生产工艺技术课件15永磁铁氧体材料大生产

永磁铁氧体材料大生产工艺控制技术《铁氧体生产工艺技术》1、永磁铁氧体材料磁性能

2、钡永磁铁氧体的制备

3、锶永磁铁氧体的制造

《铁氧体生产工艺技术》一、永磁铁氧体材料的磁性能《铁氧体生产工艺技术》教学目标

熟悉永磁铁氧体主要磁性参数，基本掌握提高永磁铁氧体磁性能的途径。

职业技能教学点：

1、主要参数及相互影响关系，2、提高Br，Hcj的基本途径，3、永磁铁氧体的基本特性及理论值发展史。《铁氧体生产工艺技术》复习上次课重点：

永磁铁氧体钡铁氧体，锶铁氧体

种类工艺

同性铁氧体，异性铁氧体压制成型

干压同性和干压异性，湿压磁场成型

《铁氧体生产工艺技术》烧结永磁铁氧体主要工艺流程

配方混磨预烧球磨成型烧结加工检测《铁氧体生产工艺技术》新课教学永磁铁氧体的材料性能永磁铁氧体的使用性能通常用退磁曲线来表征，

主要参数有

剩磁，Br

磁感应矫顽力Hcb

内禀矫顽力Hcj

最大磁能积（BH）max

《铁氧体生产工艺技术》铁氧体的亚铁磁性决定了它的饱和磁感应强度不高。对于单一磁化轴的铁氧体多晶体，若在工艺上采用磁场成型，且取向程度高（＞95%），使晶轴取向外磁场而造成各向异性材料，则可使Br接近Bs。亚铁磁性？《铁氧体生产工艺技术》材料的本征特性饱和磁化强度4πMs，各向异性常数K和居里温度Qf等（是和材料的成分，晶体结构有关）材料的结构灵敏特性矫顽力Hcb和Hcj等（与材料的加工工艺、均匀性，缺陷，杂质等的分布，应力状态等有关）《铁氧体生产工艺技术》提高永磁铁氧体性能的途径：主要是提高Br和Hcj，影响因素：Br=γσsργ—取向度，σs—比饱和磁化强度，ρ—磁体密度提高Br1、提高取向度2、比饱和磁化强度3、提高磁体密度

《铁氧体生产工艺技术》提高Br的措施1、优化模具及成型工艺，2、增加取向磁场，3、降低料浆粘度，4、减少顺磁性微粒的比例。若将取向度提高到90%，剩磁可接近440mT；若将取向度提高到95%，剩磁可接近455mT

《铁氧体生产工艺技术》影响矫顽力的因素Hc=AK/Ms+Bλσ/Ms+C（N2—N1）Ms第一项为磁晶各向异性对矫顽力的贡献；第二项为应力各向异性对矫顽力的贡献；第三项为形状各向异性对矫顽力的贡献。

《铁氧体生产工艺技术》大生产中提高Hcj的措施二次加杂

最早是添加高岭土（主要成分SiO2和Al2O3）后改为加Al2O3，Cr2O3等通过加杂来提高矫顽力，不管什么杂质，除Fe之外，都要影响Br，使Br下降。《铁氧体生产工艺技术》大生产中提高Hcj的措施大生产中提高Hcj的措施减少Br的下降1、料浆粒度尽可能成正态分布2、La2O3部分取代SrCO3，用部分Co（预烧料用Co3O4，二次添加用Co2O3）或其它元素如（Zn，Mg，Mn，Ni等）部分取代Fe《铁氧体生产工艺技术》二、钡永磁铁氧体的制备技术《铁氧体生产工艺技术》教学目标职业技能教学点1、幻灯片18，添加剂的影响，2、原料，预烧，球磨工艺。3、磁场成型法、烧结设备与工艺，4、产品的充磁磁化设备和方式。熟悉钡永磁铁氧体生产预烧料及其常规产品的制备《铁氧体生产工艺技术》与后来发展起来的锶永磁铁氧体相比优点Br高，成本低。缺点：Hcb，Hcj较SrFe12O19低。《铁氧体生产工艺技术》生产BaO.6Fe2O3多数是氧化物法生产备料1、基本配方：分子式为BaFe12O19=BaO.6Fe2O3理论上BaO：Fe2O3=1：6，但实际中，一般在5.4～5.7之间，原因？《铁氧体生产工艺技术》（1）从BaO—Fe2O3系相图（图2.2.1）可以看出，BaFe12O19（M）相只存于n≤6的一个很小范围内。（2）Fe2O3比例稍低于6会使晶格点阵产生一些空位，这些空位有利于烧结时原料离子迁移，从而促进烧结时固相反应的进行，其结果是收缩率增大，密度上升，饱和磁化强度与剩余磁化强度增大，使磁性能提高。《铁氧体生产工艺技术》图2.2.1BaO-Fe2O3二元系平衡状态图

《铁氧体生产工艺技术》（3）有利于矫顽力的提高。（4）

生成合适的缺陷结构，有利于离子扩散，降低烧结温度，增进密度（5）补偿球磨时铁的加入以及烧结时碱土氧化物的挥发。（6）铁氧体原料中含有硫类杂质，这些杂质在生成铁氧体温度（～8000C）前就与BaO生成BaSO4（～7000C），因此一部分BaO生成稳定化合物BaSO4后消耗掉了，相对地造成配方中Fe2O3过剩，固BaO实际含量增加《铁氧体生产工艺技术》一般使用BaCO3代替BaO，BaCO3在900～10000C分解成BaO与CO2，这样分解的BaO活性较好，有利于固相反应。

BaO很不稳定。解决措施？《铁氧体生产工艺技术》2、添加剂的影响为了改善磁性能，目前附加最多的添加剂有：ＳiO2、Al2O3、高岭土、CaCO3、As2O3、稀土氧化物（La2O3）硼化物（H3BO3）、锰化物、Bi2O3《铁氧体生产工艺技术》添加剂的主要作用是：（１）细化晶粒以便在较宽的烧结温度范围获得高Hc；（２）增加密度提高Br；（３）改善温度系数等。《铁氧体生产工艺技术》（1）高岭土高岭土的主要成分是Al2O3和ＳiO2，是早期常用的添加剂，一般可分两次（预烧料，二次料）加入，一般加入量为0.5～1.0%，在钡铁氧体、锶铁氧体中少量添加剂有利于细化晶粒、提高Hcb。但常由于Al2O3，ＳiO2含量不稳定，只用于中低挡磁性能的生产，高性能永磁铁氧体已不使用。《铁氧体生产工艺技术》（2）Al2O3（Al、In、Cr、Zn、GeNb、Ga等离子代换）Al代换Fe，磁晶各向异性将增大，从而得到较高的HcB（但要使Br下降）《铁氧体生产工艺技术》（3）ＳiO2Si可以与Ba生成BaSi2O5（T≤9950C），降低烧结温度在较高温度时（T＞10000C）可生成液相的玻璃态，Si的含量富集于晶界，可以阻止晶粒生长，提高矫顽力《铁氧体生产工艺技术》（4）、稀土氧化物轻稀土族元素La，Ce，Pr，Nd等，有利于磁能积提高，最佳代换量为7—10%，例如，配比为（BaO）1-x（La2O3）x/2.5.6Fe2O3的组成，当0≤x≤0.12时，磁性能最佳，少量La2O3的添加可以增加矫顽力，并不过多地影响Br，从而提高（BH）max值，此外，还可以使烧结温度范围增宽，有利于提高产品的成品率，

《铁氧体生产工艺技术》（5）、As，Pb，Bi的代换Pb3O4、Bi2O3往往作为低熔点助熔剂添加，它可以降低烧结温度、增进密度、提高Br（对Hc有影响）。As2O3的添加有利于降低Ms的温度系数，Pb，As的蒸汽有毒，

Bi的价格较贵。《铁氧体生产工艺技术》（6）CaCO3

CaCO3在高温时化学性质不稳定，8250C热分解产生CaO,其中一小部分Ca2+离子进入磁铅石结构中，剩下的大部分Ca2+离子在固相反应中起助熔剂的作用，即在反应过程中产生低熔点产物，从而降低反应温度相应提高了磁体密度

《铁氧体生产工艺技术》3、原料、预烧与球磨原料为降原材料成本，国内不少单位采用铁鳞硫矿渣以及精矿粉等作原料，但活性较差，通常要进行磁选，磨细或氧化，以增进纯度与活性，测得含铁量后再进行配方，国外大多数将酸洗钢铁的氧化铁溶液进行喷雾煅烧，同时再生（回收）盐酸的工艺来制备廉价的氧化铁纯度高，活性好《铁氧体生产工艺技术》预烧预烧设备有隧道窑（现已淘汰），推板窑，钟罩窑，回转窑等。通常预烧采用直热式回转窑，以天燃气，煤气，柴油或重油为燃料，合格的预烧料是制造高性能永磁铁氧体的保证。

《铁氧体生产工艺技术》预烧预烧料温度一般在1260～13200C范围内，在充分的氧化气氛中，高温时保温时间根据粒子直径大小（和坯件的大小）一般为2～3h（最长为5h），如果能生成95%以上的铁氧体材料可视为预烧较佳状态。

《铁氧体生产工艺技术》推板窑《铁氧体生产工艺技术》推板窑《铁氧体生产工艺技术》钟罩窑《铁氧体生产工艺技术》钟罩窑《铁氧体生产工艺技术》回转窑《铁氧体生产工艺技术》制粉工艺目前的改进措施1、粗粉碎：将预烧后的料用雷蒙粉碎机，管磨机，又叫连续球蘑机粉碎至3～5μm，2、细磨：将原来的料球比1：2改为1：4～6，3、由原来的混合钢球改为用等径钢球，国外φ6mm，国内φ8mm，《铁氧体生产工艺技术》雷蒙机《铁氧体生产工艺技术》球磨机《铁氧体生产工艺技术》球磨机《铁氧体生产工艺技术》制粉工艺目前的改进措施4、球磨机内壁加筋6—8条5、适当降低球磨机转速22—28转/每分，h最佳=32/√D+n通过改进后，只球磨10h左右，就可使预烧料磨到0.9～1μm平粒度《铁氧体生产工艺技术》如何判别预烧料的好坏？一种是粉末测量法，测量预烧料的比饱磁化强度和分析Fe2+含量加以确定一种是模拟大生产工艺进行工艺试验配方、球磨、成型标样、磨加工、标样检测

《铁氧体生产工艺技术》成型各向异性永磁铁氧体的制备常用磁场取向法成型基本取向方法

垂直磁场成型法平行磁场成型法

改进平行磁场成型法

《铁氧体生产工艺技术》垂直磁场成型法平行磁场成型法

《铁氧体生产工艺技术》垂直磁场成型法

在水平方向产生磁力线磁场方向与压力垂直，在压制过程中，磁矩不发生偏转，该方向取向度高平行磁场成型法

磁场方向与压力方向同向平行，是生产中大量采用的方法。优点是成型效率高，可一模多件。缺点是磁场分布不均匀，磁矩可能发生偏转，取向度不如垂直定向高

《铁氧体生产工艺技术》改进平行磁场成型法

在模具的上下端，上下模具，上下导磁板用同一导磁材料，同一尺寸面积可使取向度均匀，可略提高一些取向度《铁氧体生产工艺技术》磁场取向成型关键

一是模具设计，加磁场方向所用材料应是良好导磁材料，为了同时兼顾机械强度，硬度，可以用高碳钢（可淬火，调质），而与磁场方向垂直的模具部分应采用无磁钢（如高锰钢，无磁硬质合金钢等），固定模，自动成型压模多采用固定磁场线包，用上下模具兼作磁极，型腔最好是采用无磁钢。二是取向磁场要足够大，生产永磁铁氧体均采用直流电磁铁式磁场，其磁场强度H=IN（安匝数），一般应为磁场Hcj的3～5倍。《铁氧体生产工艺技术》永磁铁氧体最主要的生产方法之一

湿压磁场成型

压制过程中自动合模后，高压泵管道将料浆注入型腔，自动加上取向磁场，自动加压，在压制同时，料浆水分通过上模具上的小孔（或小槽）由真空泵抽水，为防止料浆被抽走，在上模具上加一块滤布（国外用滤纸），加压完毕，自动加上退磁（反向）磁场，将坯件退磁，然后自动脱模《铁氧体生产工艺技术》操作工人在进行湿压磁场成型《铁氧体生产工艺技术》

湿压磁场成型生产中，应注意些什么?料浆中要防止细颗粒过多，细颗粒将透过滤布，滤纸被抽走或阻塞抽水小孔（小槽）。滤布要经常更换，压坯后料浆会被抽走或阻塞上模具过滤孔（或槽）。控制好含水量，一般半自动为人工加料，含水量应控制在36%左右，自动加料，含水量应控制在42—45%。

《铁氧体生产工艺技术》干压磁场成型应注意？用聚乙烯醇做粘合剂，加入少量硬脂酸锌等作润滑剂，造粒后，控制含水量在0.3～0.5%，《铁氧体生产工艺技术》微特电机的研制与应用越来越广泛，需要越来越多的圆环形全径向永磁铁氧体磁体，用常规生产方法，定向成型和烧结工艺过不了关。怎么办？用应力取向工艺，则可解决上述问题

《铁氧体生产工艺技术》应力径向取向永磁铁氧体全径向磁环工艺流程《铁氧体生产工艺技术》烧结产品烧结设备：推板窑，辊道窑。预烧料设备：回转窑，钟罩窑，推板窑，煤推板窑

《铁氧体生产工艺技术》推板窑《铁氧体生产工艺技术》推板窑《铁氧体生产工艺技术》《铁氧体生产工艺技术》辊道窑《铁氧体生产工艺技术》《铁氧体生产工艺技术》预烧

应使尽可能铁氧体化，充分固相反应

加助熔剂

Bi2O3，Pb3O4，WO3等（1～5wt%）可降低预烧温度。《铁氧体生产工艺技术》烧结

从室温到烧结温度，特别是0～6000C，缓慢升温，曲线要平坦，主要是水分蒸发（干压成型坯件排胶）。保温时间视其烧结温度高低、产品尺寸及体积大小而定。降温可快一些，一般为自然冷却或风冷

《铁氧体生产工艺技术》磁体的磁化

要使永磁充磁达到饱和，充磁磁花磁场必须达到永磁材料Hcj的3～5倍常采用的充磁机有电磁铁、超导螺旋管磁场、可控硅式脉冲磁场发生器、电容放电式脉冲磁场充磁机等。最常用的是电磁铁和电容放电式脉冲磁场充磁机

《铁氧体生产工艺技术》3、锶永磁铁氧体的制造

《铁氧体生产工艺技术》教学目标熟悉锶永磁铁氧体的制造工艺原理

职业技能教学点1、SrM的配方，2、添加剂与添加量，3、影响SrM的关键因素

《铁氧体生产工艺技术》配方

日本住友特殊金属公司（住特金）的舍子裕治等人经实验认为达到高性能的最佳组成是n=5.9，后日本有些公司等人认为不一定，经大量实践并提出n可≥6，有n=6.3性能佳的资料报道，国内，宜宾899用铁红生产，计算，投料，n=6，预烧之后，n=5.9左右。

《铁氧体生产工艺技术》添加剂与添加量

CaCO3、Cr2O3、Al2O3、H3BO3以及稀土氧化物等的添加，可改善锶铁氧体的磁性能，例如：加入La2O3可提高Hcb，加入Co2O3可提高HcJ，同时对Br也基本不影响或影响较小《铁氧体生产工艺技术》CaCO3在1230℃较高温度烧结，剩磁随CaCO3含量增大而增大，矫顽力随CaCO3含量增大而减少。添加量范围通常取0.2～1.4wt%。《铁氧体生产工艺技术》H3BO3无色晶体，溶于水。H3BO3是一种很好的分散剂，有助于磁粉在水中的分散，可有效降低湿磨料浆的凝聚，提高取向度；在烧结过程中，H3BO3还起助溶剂作用，有助于控制晶粒，提高剩磁。添加量范围通常取0.1～0.4wt%。《铁氧体生产工艺技术》AL2O3在SrFe12O19中，由于Al3+离子半径与Fe3+离子半径相似，且均为三价阳离子，因此，Al3+可部分置换（取代）Fe3+离子，提高Hcb和Hcj。但同时会降低剩磁。加入少量Al2O3后，可使磁体在较宽的温度下烧结，Hcj有较大提高，磁性能一