葡萄糖酸鈣加入時(shí)機(jī)對(duì)鍶鐵氧體磁性能的影響

李金道，陳中艷，樂(lè) 天，詹振華，呂兆民

廣東江粉磁材股份有限公司，廣東 江門 529000

葡萄糖酸鈣加入時(shí)機(jī)對(duì)鍶鐵氧體磁性能的影響

李金道，陳中艷，樂(lè) 天，詹振華，呂兆民

廣東江粉磁材股份有限公司，廣東 江門 529000

研究了葡萄糖酸鈣的加入時(shí)間對(duì)細(xì)磨效果及鍶鐵氧體磁性能的影響，用激光粒度分布儀、SEM和VSM分析樣品的粒度分布、微觀形貌、取向度及磁性能．研究結(jié)果表明：葡萄糖酸鈣能有效地提升材料的磁性能，并且分散劑的加入方式也對(duì)材料磁性能產(chǎn)生明顯影響；在細(xì)磨前和細(xì)磨后分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%和0.1%的分散劑的方式下，鍶鐵氧體可得到最優(yōu)磁性能，其中Br=443.6 mT和Hcj=359.5 kA/m．

鍶鐵氧體；葡萄糖酸鈣；磁性能

永磁鍶鐵氧體具有穩(wěn)定性好、性價(jià)比較高等優(yōu)點(diǎn)，一直是工業(yè)用永磁材料的首選．近年來(lái)，中國(guó)永磁鐵氧體市場(chǎng)份額逐漸增加，一方面由于發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)能轉(zhuǎn)移，使我國(guó)逐漸成為制造大國(guó)；另一方面，隨著稀土永磁材料成本的大幅增加和永磁鐵氧體磁性能的大幅度提升，使原本用稀土永磁設(shè)計(jì)的部分電機(jī)轉(zhuǎn)而使用鐵氧體永磁，這給永磁鐵氧體的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇，也進(jìn)一步增加了市場(chǎng)份額．永磁鐵氧體材料性能的提升除了從主配方和工藝技術(shù)方面著手外，分散劑的使用對(duì)材料性能的提升也有非常重要的作用，特別是制備高性能永磁鐵氧體．葡萄糖酸鈣被證實(shí)是一種有效的分散永磁鐵氧體磁粉的添加劑，但過(guò)量的添加會(huì)導(dǎo)致磁性能的下降[1]．

本研究在大量的關(guān)于葡萄糖酸鈣添加量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究其添加方式對(duì)永磁鍶鐵氧體性能的影響．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原 料

實(shí)驗(yàn)原料為JPM-7NH鍶鐵氧體預(yù)燒料，廣東江粉磁材股份有限公司生產(chǎn)；葡萄糖酸鈣Ca(C6H11O7)2，鄭州瑞普生物工程有限公司生產(chǎn)．

1.2 方 法

實(shí)驗(yàn)一：以JPM-7NH為基料，在細(xì)磨前添加一定比例的固態(tài)葡萄糖酸鈣，在滾動(dòng)球磨機(jī)中濕磨6 h后得到平均粒度為0.70 μm左右的漿料，將漿料濾水后壓制成型．圓餅樣品的直徑和高度分別為30 mm和12 mm，取向磁場(chǎng)為1.1 T，然后將樣品在箱式電阻爐中1180 ℃下燒結(jié)，保溫時(shí)間1.5 h，樣品隨爐冷卻，經(jīng)打磨處理后測(cè)試磁性能．

實(shí)驗(yàn)二：選用相同原料，不同的是在細(xì)磨后添加一定比例的葡萄糖酸鈣溶液，混合10 min，后續(xù)步驟同實(shí)驗(yàn)一．

1.3 樣品測(cè)試

用德國(guó)新帕泰克激光粒度分布儀(HELOS-RODOS H2470+)，檢測(cè)粉料的粒度分布；用美國(guó)MicroSense公司生產(chǎn)的EV11型振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)試取向度，測(cè)試時(shí)所加最大外加磁場(chǎng)為2000 kA/m；用美國(guó)FEI的S50型掃描電子顯微鏡(SEM)，分析產(chǎn)品的微觀形貌；用綿陽(yáng)雙極電子有限公司生產(chǎn)的AMT-4永磁特性測(cè)量?jī)x，測(cè)樣品的磁性能；采用阿基米德排水法，測(cè)試樣品的密度．

2 結(jié)果與討論

2.1 細(xì)磨前添加葡萄糖酸鈣對(duì)粉末的影響

葡萄糖酸鈣屬于陰離子分散劑，其溶于水能使鐵氧體粒子受到靜電斥力而分散，從而提高鍶鐵氧體的細(xì)磨效率[1]．葡萄糖酸鈣不同添加量細(xì)磨到平均粒度相同時(shí)粉料的粒度分布如圖1所示．從圖1可見(jiàn)，當(dāng)粉料平均粒度為0.7 μm時(shí)，隨著葡萄糖酸鈣添加量從0增加到0.4%，粒度分布區(qū)間中部0.4～1.2 μm的顆粒占比明顯增加．

圖2為細(xì)磨前添加不同量葡萄糖酸鈣粉料的SEM照片．從圖2可見(jiàn)：粉料中大尺寸的顆粒隨著葡萄糖酸鈣添加量的增加而減少，這是因?yàn)榱Ｗ颖砻娴钠咸烟撬徕}起到了阻止粒子新生裂紋的閉合，促進(jìn)裂紋擴(kuò)展[2]；粉料中小顆粒(≤0.4 μm)的數(shù)量隨著葡萄糖酸鈣添加量的增加而減少，這是因?yàn)殡S著研磨效率的提高而減少了研磨時(shí)間，減少了超細(xì)顆粒的產(chǎn)生．葡萄糖酸鈣的添加使粉末的粒度分布更集中在0.4～1.2 μm的單磁疇尺寸范圍內(nèi)，從而使粉料更易獲得更優(yōu)的磁性能．

表1為細(xì)磨前不同添加量葡萄糖酸鈣對(duì)鍶鐵氧體性能的影響．由表1可知，隨著葡萄糖酸鈣添加量增加到0.4%，鍶鐵氧體燒結(jié)后收縮增加了0.5%、密度增加了0.17%、取向度增加了1.33%、剩磁增加1.57%、0.4～1.2 μm的顆粒占比從61.46%增加到64.72%．密度增加是由于葡萄糖酸鈣的加入使鍶鐵氧體細(xì)磨顆粒更加均勻[3]，磁場(chǎng)作用下的排列更致密；鐵氧體粉末顆粒在c軸方向取向度增加，是鐵氧體顆粒均勻性提高，在磁場(chǎng)作用下更易轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致的；隨著添加量的增加，內(nèi)稟矯頑力增加了2.86%，是因?yàn)檠心r(shí)間縮短及效率的提高使過(guò)細(xì)和過(guò)大顆粒減少，以及燒結(jié)過(guò)程中異常長(zhǎng)大晶粒數(shù)量的減少．公式Br∝Ms·ρ·f[4]表示影響B(tài)r的各因素，其中Ms為飽和磁化強(qiáng)度、ρ為密度、f為取向度，剩磁的提高歸于密度及取向度的共同提高．

圖2 不同添加量葡萄糖酸鈣球磨后粉料的SEM照片(a)無(wú)添加；(b)0.2%葡鈣；(c)0.4%葡鈣Fig.2 SEM images of powder with different additions of calcium gluconate (a)no add；(b)0.2% calcium gluconate；(c)0.4% calcium gluconate

表1 細(xì)磨前不同添加量葡萄糖酸鈣對(duì)鍶鐵氧體性能影響

2.2 細(xì)磨后添加葡萄糖酸鈣對(duì)粉末的影響

圖3為細(xì)磨后添加不同量葡萄糖酸鈣粉料的粒度分布．從圖3可見(jiàn)，隨著葡萄糖酸鈣添加量從0增加到0.4%，粉料平均粒度為0.7 μm時(shí)，粒度分布區(qū)間中部0.4～1.2 μm的顆粒占比基本一致，粉料的粒度分布也基本一致，表明該添加方式對(duì)粉料粒度無(wú)影響．

表2為細(xì)磨后不同添加量葡萄糖酸鈣對(duì)鍶鐵氧體性能的影響．由表2可知，在細(xì)磨后添加的方式下，隨著添加量增加到0.4%，鍶鐵氧體的燒結(jié)收縮率及密度基本不變，取向度增加了3.65%，剩磁增加了1.77%，粒度分布區(qū)間中部0.4～1.2 μm的顆粒占比從61.46%增加到61.72%．該添加方式下鍶鐵氧體的致密性和密度不變，是因?yàn)樵撎砑臃绞讲](méi)有參與細(xì)磨過(guò)程，均勻顆粒帶來(lái)的致密性和易取向并未體現(xiàn)．鐵氧體顆粒在c軸方向取向度增加，是因?yàn)轭w粒在混合過(guò)程中葡萄糖酸鈣的包裹更易，因剪切力打散了之前的團(tuán)聚細(xì)顆粒，使其分散成單個(gè)細(xì)顆粒，顆粒分散后在磁場(chǎng)作用下更易轉(zhuǎn)動(dòng)．

圖3 細(xì)磨后添加不同量葡萄糖酸鈣粉料的粒度分布Fig. 3 Particle size distribution of calcium powder after milling with calcium gluconate

表2 細(xì)磨后不同添加量葡萄糖酸鈣對(duì)鍶鐵氧體性能的影響

2.3 葡萄糖酸鈣添加時(shí)機(jī)對(duì)鍶鐵氧體性能的影響

研磨前添加有利于研磨效率的提高和較好的粒度分布，最終提高產(chǎn)品各項(xiàng)磁性能；而研磨后添加會(huì)極大降低顆粒聚集度，從而獲得更好的取向度，最終提高鍶鐵氧體的剩磁．為了得到最優(yōu)的磁性能，綜合兩種添加方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．表3為在葡萄糖酸鈣添加總量為0.4%時(shí)，不同添加方式得到的鍶鐵氧體磁性能，參照綜合磁性能衡量指標(biāo)K值(K=Br+0.4Hcj)．由表3可知：隨著細(xì)磨前添加量的減少和細(xì)磨后添加量的增加，K值先增大后減??；當(dāng)細(xì)磨前添加量為0.3%、細(xì)磨后添加量為0.1%時(shí)，K值達(dá)到最大為587.4 mT，表明在此添加方式下鍶鐵氧體磁性能最優(yōu)．

表3 不同添加時(shí)機(jī)葡萄糖酸鈣對(duì)鍶鐵氧體性能的影響

3 結(jié) 論

研究了葡萄糖酸鈣在不同添加時(shí)機(jī)對(duì)鍶鐵氧體預(yù)燒料細(xì)磨過(guò)程中粒度的影響，以及在壓制過(guò)程中取向的影響，并通過(guò)綜合運(yùn)用添加劑加入時(shí)機(jī)，最大化提升了產(chǎn)品的磁性能．

(1)研磨前添加葡萄糖酸鈣，使其參與細(xì)磨可以得到更集中的粒度分布，以提高密度及取向度，從而提高剩磁和矯頑力等磁性能．

(2)研磨后添加葡萄糖酸鈣，可以在混合過(guò)程中通過(guò)剪切力將聚集顆粒打散，在磁場(chǎng)中成型時(shí)各顆粒自由取向從而提高取向度，以獲得更優(yōu)的剩磁．

(3)在總添加量為0.4%時(shí)，通過(guò)兩種添加方式的綜合運(yùn)用在細(xì)磨前添加0.3%及細(xì)磨后添加0.1%的添加方式，鍶鐵氧體可以得到最優(yōu)磁性能，其中Br=443.6 mT和Hcj=359.5 kA/m．

[1] 王玉英，馮泉，于忠淇，等.葡萄糖酸鈣對(duì)鍶鐵氧體球磨效率和磁性能的影響[J].磁性材料及器件,2009,40(1)：47-50.

[2] 陽(yáng)開(kāi)新. 鐵氧體料漿中表面活性劑在固液界面上的吸附[J].磁性材料及器件,2001,21(3):34-39.

[3] 陳華容.提高永磁鐵氧體剩磁有效途徑的工藝研究[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007(5)：96-99.

[4] 徐文生,朱紅.永磁鐵氧體工藝技術(shù)的新進(jìn)展[J].磁性材料及器件,2004,35(5):36-38.

Theeffectsofcalciumgluconateadditiononmagneticpropertiesofstrontiumferrite

LI Jindao，CHEN Zhongyan，LE Tian，ZHAN Zhenhua, LV Zhaomin
JPMFGuangdongCo.，Ltd.，Jiangmen，529000，China

The effect of adding time of calcium gluconate on the fine grinding effect and magnetic properties of the material was studied.The particle size distribution, microstructure, orientation and magnetic properties of the samples were analyzed by laser particle size distribution analyzer, SEM and VSM. The results show that calcium gluconate can enhance the magnetic properties effectively, and dispersing agent mode the effects of material properties. Calcium gluconate with mass fraction of 0.3% and 0.1% was added before and after fine grinding respectively, strontium ferrite can be obtained for the optimal magnetic properties, whereBr=443.6 mT andHcj=359.5 kA/m.

Sr ferrite；calcium gluconate；magnetic property

TM277.5

：A

2017-05-05

李金道(1986-)，湖南衡陽(yáng)人，本科，工程師.

1673-9981(2017)03-0178-04