永磁鐵氧體材料的制備工藝探索

摘 要：永磁鐵氧體作為基礎(chǔ)功能材料，在經(jīng)濟(jì)生活與科技發(fā)展中占據(jù)著重要位置，其理論發(fā)展日趨成熟，其工藝探索便擺在了十分突出的位置。本文就永磁鐵氧體主要制備工藝進(jìn)行了探索，提出了幾點(diǎn)看法。

關(guān)鍵詞：永磁鐵氧體；工藝；動(dòng)向

作為基礎(chǔ)功能材料的永磁鐵氧體，其應(yīng)用已深入到機(jī)械、通信、電子、儀表、汽車、航空、航天及軍事領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展，對(duì)永磁鐵氧體材料提出了更高的要求（內(nèi)在性能和外觀、尺寸），也給其制備工藝提出了更新更高的課題。就永磁鐵氧體生產(chǎn)而言，中國(guó)是一個(gè)大國(guó)，但不是強(qiáng)國(guó)。關(guān)鍵是生產(chǎn)工藝的落后。如：同一個(gè)廠家的永磁料粉，在中國(guó)只能做到FB6系列，而出口日本便能生產(chǎn)出FB9系列的磁體。說明生產(chǎn)工藝是反映永磁料粉性能真實(shí)性的充分條件。就技術(shù)發(fā)展而言，傳統(tǒng)技術(shù)與其他行業(yè)技術(shù)的嫁接與聯(lián)姻，推動(dòng)本行業(yè)技術(shù)與工藝的飛速發(fā)展，本文將詳細(xì)介紹。1 預(yù)燒料工藝預(yù)燒料傳統(tǒng)工藝是“備料造粒+預(yù)燒”，不論是干法工藝還是濕法工藝，很難制備出晶粒尺寸約1μm的料粉，性能檔次難以突破。日本率先將“亞微米共晶技術(shù)+硫化床工藝”引入預(yù)燒料工藝中，取得成功，并作為專利技術(shù)封鎖很多年。其實(shí)硫化床工藝是很傳統(tǒng)的工藝，但與化學(xué)結(jié)晶工藝結(jié)合進(jìn)入料粉生產(chǎn)工藝的發(fā)展趨勢(shì)，值得重視和借鑒。筆者認(rèn)為：我國(guó)工藝探索相對(duì)滯后。首先，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)“亞微米共晶技術(shù)”的晶核尺寸、結(jié)晶的化學(xué)熱力學(xué)條件、后處理工序（洗滌+烘干+造粒）、硫化溫度與時(shí)間、加熱方式與介質(zhì)、運(yùn)行方式等探索。其次，加強(qiáng)設(shè)備與工藝的聯(lián)合研制。國(guó)內(nèi)少數(shù)研究所設(shè)計(jì)了：①Fe（NO3）3溶液熱分解制備亞微米級(jí)的Fe2O3路線；②MFe12O19（M=Ba、Sr）細(xì)小晶粒尺寸的制備（1μm級(jí)）。這些探索是有益的，關(guān)鍵在熱力學(xué)條件的探索。筆者認(rèn)為：（nFeCl2+SrCl2）混合溶液熱分解成nFe2O3·SrO共沉淀料，造粒，預(yù)燒（硫化工藝）到永磁鐵氧體料粉的路線值得探索。2 球磨工藝隨著電子顯微鏡、電子探針及激光粒度分布儀等進(jìn)行的SEM分析、EDAX分析發(fā)現(xiàn)，球磨或砂磨方式不是造成粒度分布差異的根本原因，關(guān)鍵在于工藝：料：球：水比例、球徑、球磨介質(zhì)（分散劑）的選擇，工藝時(shí)間與溫度。不論是砂磨還是球磨，隨著平均粒度的下降，不可避免地發(fā)生：①粒度分布變寬以及順磁性粒子的產(chǎn)生與增多；②向料漿中引入Fe粒子或Fe合金粒子；③產(chǎn)生或加重“跑鍶”現(xiàn)象，致使磁性能降低。證實(shí)了生產(chǎn)中 “磨削時(shí)間越長(zhǎng)，磁性能要衰減”的現(xiàn)象。目前采用的傳統(tǒng)措施：料：球：水比例、料徑與球徑的匹配與選擇、球磨機(jī)加筋，砂磨機(jī)加循環(huán)泵，分段球磨等?，F(xiàn)在工藝探索的一個(gè)方向：在傳統(tǒng)工藝上加入分散劑，實(shí)質(zhì)是將表面化學(xué)引入球磨工藝，對(duì)控制磁性粒子的凝聚、粒徑分布、粒子形狀及晶粒缺陷都有好處。添加的分散劑主要有：硬脂酸、亞油酸、甲苯等。筆者認(rèn)為：分散劑的選擇不應(yīng)只局限于有機(jī)物，應(yīng)放寬到無機(jī)物及功能高分子材料中去篩選，只要符合：①具有分散效果，有利于改善粒徑及分布、粒子形狀；②提高球磨效率，抑制或減少有害粒子的進(jìn)入和有效成分的損失；③分散劑的沸點(diǎn)不宜過高，250℃以下為宜，有利于殘留在生坯中的揮發(fā)；④分散劑可以是單一組分，也可以是多組分的配合使用。進(jìn)一步說明：如果選擇功能高分子材料做分散劑，分子鏈的親水基官能團(tuán)不能太多，必須有與Fe、Sr原子親和力強(qiáng)的官能團(tuán)，分子量不宜過大。3 成型工藝成型控制著磁性能和產(chǎn)品合格率，是磁體生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，其工藝探索集中在兩個(gè)方面：①提高生坯密度及生坯密度的一致性。②提高取向度。前者的主要措施：①合理的壓制曲線；②大噸位壓機(jī)（壓制方向是單向還是雙向壓制）；③注料方式與抽水方向（模具設(shè)計(jì)）等。后者的措施：①降低粒度、控制粒度分布；②加大充磁磁場(chǎng)。國(guó)內(nèi)由于采取普通平行磁場(chǎng)成型，取向度一般只有75%，由于取向度低，材料性能得不到真實(shí)反映，損失不小。先進(jìn)的工藝是采用垂直磁場(chǎng)成型，在水平方向產(chǎn)生磁力線，磁性粒子沿加壓方向和垂直方向成鏈狀層層排列。加壓時(shí)，取向粒子是沿垂直方向被壓縮，以最初的取向狀態(tài)成型，幾乎不會(huì)出現(xiàn)無規(guī)則取向，從而提高了取向度。取向度可達(dá)98%以上。筆者認(rèn)為：垂直磁場(chǎng)成型工藝的關(guān)鍵在于磁場(chǎng)設(shè)計(jì)與模具的改進(jìn)，因此，工藝、設(shè)備、模具、操作聯(lián)合工藝攻關(guān)的時(shí)代到了。4 燒結(jié)工藝燒結(jié)是永磁鐵氧體性能最終形成的重要工序。大致分成升溫、保溫、降溫三個(gè)階段。工藝探索注重優(yōu)化燒結(jié)曲線、裝坯方式、氣氛等。隨著快速燒結(jié)方式的興起，工藝研究還要注重：工藝流程的增減、加熱方式的改變、快速降溫對(duì)性能的影響。隨著設(shè)備的改進(jìn)，燒結(jié)增設(shè)了預(yù)烘干工序，使生坯件入窯時(shí)含水量≤1%，溫度為200～300℃，縮短了升溫段時(shí)間，然而微波加熱方式的引入，比傳統(tǒng)的對(duì)流與傳導(dǎo)方式在升溫方面更快捷有效，有利于水分的揮發(fā)，更能縮短生降溫時(shí)間。筆者認(rèn)為：快捷燒結(jié)的工藝探索應(yīng)重點(diǎn)放在：①加熱方式的改變及燒結(jié)曲線的優(yōu)化；②快速降溫對(duì)材料性能的影響，從燒結(jié)最高溫度到材料居里溫度左右，探索降溫速度多大為優(yōu)化速率。5 磨加工工藝磨加工是控制永磁體表觀質(zhì)量的工序，傳統(tǒng)的工藝探索注重磨削工藝的編制與工裝夾具的設(shè)計(jì)與改進(jìn)。隨著磁體應(yīng)用的深入，產(chǎn)品向微型化、超薄、表面光潔度方向發(fā)展。如：某廠出口歐盟的一產(chǎn)品，軸長(zhǎng)24的磁瓦在外弧面上截出6個(gè)24×2的矩形平面，加工精度±0.02mm，粗糙度1.6，價(jià)格不菲，是典型的磨加工高新技術(shù)帶來的高附加值。筆者認(rèn)為：將先進(jìn)的機(jī)械加工技術(shù)與光學(xué)加工技術(shù)引入磨加工，將拓寬磁體的應(yīng)用領(lǐng)域，適應(yīng)科技發(fā)展十分必要。6 檢測(cè)工藝檢測(cè)是工藝控制的“眼睛”。由于永磁鐵氧體工藝的特殊性，重要參數(shù)的檢測(cè)結(jié)果滯后。筆者認(rèn)為：檢測(cè)工藝的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)同步檢測(cè)。料粉磁性能的檢測(cè)，傳統(tǒng)做法是模擬磁體生產(chǎn)工藝制成標(biāo)準(zhǔn)樣塊檢測(cè)，結(jié)果明顯滯后。因工序長(zhǎng)，因素多，不能真實(shí)反映材料的性能，不便及時(shí)控制工藝。國(guó)內(nèi)某技術(shù)中心的先進(jìn)做法是：采用飽和磁化曲徑定理計(jì)算機(jī)軟件化，與振動(dòng)磁強(qiáng)樣品儀結(jié)合測(cè)σs，實(shí)現(xiàn)了預(yù)燒料的同步檢測(cè)。7 結(jié)束語永磁鐵氧體材料工藝是一個(gè)涉及理化分析、磁性測(cè)量、固體材料分析、設(shè)備、原材料、操作可行性的系統(tǒng)。只有深入研究探索各子系統(tǒng)的優(yōu)化性與相容性，才能保證系統(tǒng)的優(yōu)化，推動(dòng)工藝的發(fā)展，但其中，引入其他門類的技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行嫁接與聯(lián)姻，實(shí)現(xiàn)永磁鐵氧體工藝的升級(jí)換代，是一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)，值得高度重視。 作者簡(jiǎn)介：陳華容，女，1991年華東工學(xué)院精細(xì)化工專業(yè)畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位，副教授，具有十五年磁性材料理化分析及工藝技術(shù)工作的經(jīng)歷，現(xiàn)在宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程技術(shù)專業(yè)從事教學(xué)科研工作，先后承擔(dān)過多項(xiàng)永磁鐵氧體材料的研發(fā)項(xiàng)目。