永磁鐵氧體磁瓦機械強度研究

唐 瓊，孫風玉

鞍山市德康磁性材料有限責任公司，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，主要應用于直流微電機上。永磁鐵氧體磁瓦的質(zhì)量不僅表現(xiàn)在磁性能、尺寸公差、外觀滿足國家標準及用戶的使用要求，還有一項重要的質(zhì)量特性參數(shù)—機械強度。如果磁瓦的機械強度達不到要求，則在電機的安裝過程或使用過程就可能出現(xiàn)碎裂現(xiàn)象，導致電機轉(zhuǎn)子被卡住停轉(zhuǎn)，電機報廢。因此需要搞清影響磁瓦機械強度的因素，在生產(chǎn)過程中針對性的解決該問題。

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燒料，其主成份為Fe2O3和SrO，當預燒料在高溫燒結(jié)過程中主成份沒有完全反應時，預燒料中必存在非磁性相，該預燒料在二次球磨研磨過程中，多余的SrO 會形成Sr(OH)2，使球磨機內(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，由于非磁性相的存在，磁瓦在高溫燒結(jié)過程中會產(chǎn)生晶體不能連續(xù)生長，這樣會導致磁瓦的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不質(zhì)密或存在局部內(nèi)應力，最終導致磁瓦的機械強度不好。因此，選用好的預燒料不只是其磁性能符合要求，還應選用反應充分的預燒料。預燒料的反應是否充分，可用下列方法檢驗：抽取預燒料的樣品，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，表明該預燒料反應充分，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，表明該預燒料反應不充分，不可使用。

2 雜質(zhì)的影響

原材料在配制、球磨機研磨、料漿運輸及壓制成型過程中，都有可能進入雜質(zhì)，這些雜質(zhì)常見的有：預燒料的包裝用品、球磨機的密封圈、操作者的勞保用品、以及球磨機內(nèi)破碎的鋼球等，尤其經(jīng)球磨研磨前進入的雜質(zhì)影響最為嚴重，原因是這些雜質(zhì)均被研磨成細粉狀，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)，在高溫燒結(jié)過程中，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，都會阻斷磁性晶體的連續(xù)生長，產(chǎn)生局部內(nèi)應力，影響了磁瓦的質(zhì)密化，進而影響磁瓦的機械強度。為防止雜質(zhì)進入原料中，要采取下列必要的措施：一是在原料裝入球磨機過程中要過慮設施；二是定期將球磨機內(nèi)鋼球篩選；三是球磨后出料口也要有過慮設施，四是如果料漿不是管道輸送，則需將輸送料漿的器具的進出料口封好。上述的措施只是個舉例提示，由于不同的生產(chǎn)廠家其生產(chǎn)工藝布局不同，可針對自己的實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鍵工序，模具的設計加工及工藝參數(shù)的設定都對磁瓦壓制成型產(chǎn)生重大影響。如果模具設計不合理或者壓制工藝參數(shù)設定不正確，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)細小的裂紋，不論哪種，都是影響磁瓦強度的重要因素。裂紋的成因是取向磁場的局部不均勻或毛坯密度不均勻在磁瓦的內(nèi)部出現(xiàn)應力，在燒結(jié)過程中，因為各向異性收縮，增大了內(nèi)應力，導致裂紋在磁瓦內(nèi)部產(chǎn)生。克服上述缺陷，第一要做到模具設計及加工要合理，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對取向磁場的分布產(chǎn)生較大影響；第二要合理設定壓制工藝參數(shù)，比如壓制壓力、快壓與慢壓的匹配、卸載壓力、壓制時間、取向磁場的電流、脫模方式等參數(shù)設定合理。總之，若要克服磁瓦中的隱蔽裂紋，需要從上述的成因中逐個精準的控制，這是提高永磁鐵氧體磁瓦機械強度的重要前提。

4 燒結(jié)的影響

永磁鐵氧體磁瓦的燒結(jié)過程，不僅對其磁性能有重大影響，也會對其機械強度及物理特征產(chǎn)生重大影響，因為燒結(jié)過程就是永磁鐵氧體的固相反應過程，最終會影響到產(chǎn)品的材料形成、密度、晶粒的大小、幾何尺寸及機械強度等。

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

排氣過程：目的是完全排出毛坯件內(nèi)的水份。在此階段，如果電窯的溫度過高或燒結(jié)速度過快，會造成毛坯內(nèi)的水份蒸發(fā)過快而將毛坯件脹裂，因此，此過程即要保證毛坯內(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)過程：這是形成永磁鐵氧體材料的關鍵過程，主要的工藝參數(shù)是燒結(jié)溫度及燒結(jié)時間，必須設定準確，同時還要保證窯體內(nèi)的燒結(jié)氣氛正常。首先分析燒結(jié)溫度，如果燒結(jié)溫度過低，磁瓦的密度會小，其機械強度隨之會降低；如果燒結(jié)溫度過高，就會導致部分鐵氧體的基相分解，產(chǎn)生非磁性相及內(nèi)部缺陷，不僅會使磁性能下降，磁瓦的密度也會下降，影響了機械強度。其次分析燒結(jié)時間，如果燒結(jié)時間短，會造成永磁鐵氧體的反應不完全，即影響了磁性能，又影響了磁瓦的密度，進而影響了機械強度；如果燒結(jié)時間過長，也會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，影響了磁性能及強度。最后分析燒結(jié)氣氛，如果在高溫燒結(jié)時期窯體內(nèi)的氣氛不好，缺少氧氣，會造成反應不完全，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、密度及機械強度都會受到巨大影響。

降溫過程：產(chǎn)品燒結(jié)后降溫，我們追求的是越快越好，但如果降溫過快，會出現(xiàn)磁瓦表面與內(nèi)部的溫差過大，由于熱脹冷縮產(chǎn)生較大內(nèi)應力，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，該工序影響磁瓦強度的主要有三個方面，一是工裝夾具設計加工合理，二是磨削量，三是冷卻水。工裝夾具不合理或磨削量過大，會使磁瓦承受的壓力加大，造成部分產(chǎn)品出現(xiàn)內(nèi)傷，影響強度。充足的冷卻水是磨削磁瓦的關鍵，冷卻水不充足，在磨削時產(chǎn)生的熱量不能及時散去，因熱脹冷縮導致磁瓦受損，甚至碎裂。

6 結(jié)論

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

[1]周文運，永磁鐵氧體和液體設計工藝，成都：電子科技大學出版社，1991，6.