永磁铁氧体磁瓦机械强度研究

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摘 要 研究分析了影响永磁铁氧体磁瓦机械强度的生产过程及所有生产工序：原材料选用、二次研磨、控制杂质进入、压制成型、烧结及表面磨加工，提出了解决磁瓦机械强度的方法。

关键词 永磁铁氧体磁瓦；机械强度；影响因素

中图分类号O59 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）103-0187-02

0引言

永磁铁氧体磁瓦是一种功能性电子元器件，主要应用于直流微电机上。永磁铁氧体磁瓦的质量不仅表现在磁性能、尺寸公差、外观满足国家标准及用户的使用要求，还有一项重要的质量特性参数—机械强度。如果磁瓦的机械强度达不到要求，则在电机的安装过程或使用过程就可能出现碎裂现象，导致电机转子被卡住停转，电机报废。因此需要搞清影响磁瓦机械强度的因素，在生产过程中针对性的解决该问题。

1原材料的影响

众所周知，选用好的原材料是生产好的产品的前提条件，永磁铁氧体磁瓦的原材料是永磁铁氧体预烧料，其主成份为Fe2O3和SrO，当预烧料在高温烧结过程中主成份没有完全反应时，预烧料中必存在非磁性相，该预烧料在二次球磨研磨过程中，多余的SrO会形成Sr（OH）2，使球磨机内料浆的PH值上升，料浆粘度增大，压制成型后，毛坯的压制密度不均匀，同时，由于非磁性相的存在，磁瓦在高温烧结过程中会产生晶体不能连续生长，这样会导致磁瓦的内部组织结构不质密或存在局部内应力，最终导致磁瓦的机械强度不好。因此，选用好的预烧料不只是其磁性能符合要求，还应选用反应充分的预烧料。预烧料的反应是否充分，可用下列方法检验：抽取预烧料的样品，将其块状砸碎，观察内部结晶情况，如果结晶均匀且呈同一种灰色，表明该预烧料反应充分，可作为磁瓦的原材料使用；如果结晶不均匀且局部有暗黑色，表明该预烧料反应不充分，不可使用。

2 杂质的影响

原材料在配制、球磨机研磨、料浆运输及压制成型过程中，都有可能进入杂质，这些杂质常见的有：预烧料的包装用品、球磨机的密封圈、操作者的劳保用品、以及球磨机内破碎的钢球等，尤其经球磨研磨前进入的杂质影响最为严重，原因是这些杂质均被研磨成细粉状，广泛分布在料浆内，影响面巨大。存在磁瓦中的杂质，都是非磁性物质，在高温烧结过程中，有的在磁瓦内产品孔隙，有的被铁氧体基相包围，不论哪种情况，都会阻断磁性晶体的连续生长，产生局部内应力，影响了磁瓦的质密化，进而影响磁瓦的机械强度。为防止杂质进入原料中，要采取下列必要的措施：一是在原料装入球磨机过程中要过虑设施；二是定期将球磨机内钢球筛选；三是球磨后出料口也要有过虑设施，四是如果料浆不是管道输送，则需将输送料浆的器具的进出料口封好。上述的措施只是个举例提示，由于不同的生产厂家其生产工艺布局不同，可针对自己的实际情况作好防止杂质的一切措施。

3压制成型的影响

压制成型是永磁铁氧体磁瓦的关键工序，模具的设计加工及工艺参数的设定都对磁瓦压制成型产生重大影响。如果模具设计不合理或者压制工艺参数设定不正确，磁瓦成型后乃至烧结后，从外观上看不到异常，但经表面磨加工后，有的产品表面会出现裂纹，也有产品虽然表面发现不到裂纹，沿径向切开后，可以切口面发现细小的裂纹，不论哪种，都是影响磁瓦强度的重要因素。裂纹的成因是取向磁场的局部不均匀或毛坯密度不均匀在磁瓦的内部出现应力，在烧结过程中，因为各向异性收缩，增大了内应力，导致裂纹在磁瓦内部产生。克服上述缺陷，第一要做到模具设计及加工要合理，比如模具材质选择、模具凹模形状、上吸水路通畅、下冲头的镶嵌焊接方式等都会对取向磁场的分布产生较大影响；第二要合理设定压制工艺参数，比如压制压力、快压与慢压的匹配、卸载压力、压制时间、取向磁场的电流、脱模方式等参数设定合理。总之，若要克服磁瓦中的隐蔽裂纹，需要从上述的成因中逐个精准的控制，这是提高永磁铁氧体磁瓦机械强度的重要前提。

4 烧结的影响

永磁铁氧体磁瓦的烧结过程，不仅对其磁性能有重大影响，也会对其机械强度及物理特征产生重大影响，因为烧结过程就是永磁铁氧体的固相反应过程，最终会影响到产品的材料形成、密度、晶粒的大小、几何尺寸及机械强度等。

永磁铁氧体的烧结过程主要分为三个阶段，即排气过程、烧结过程、降温过程。

排气过程：目的是完全排出毛坯件内的水份。在此阶段，如果电窑的温度过高或烧结速度过快，会造成毛坯内的水份蒸发过快而将毛坯件胀裂，因此，此过程即要保证毛坯内的水份均匀缓慢的排出，也要保证窑体内的空气流通，避免水蒸气聚集在窑体内。除此以外，毛坯件在烧结板上的摆放也是一项重要因素，单块烧结板上的毛坯件不能码放太高太多，以不超过20Kg为宜，可克服产品堵塞窑堂而影响空气流通，以及因重量导致下层产品的上部与下部收缩不一致而产生的变形或断裂现象。

烧结过程：这是形成永磁铁氧体材料的关键过程，主要的工艺参数是烧结温度及烧结时间，必须设定准确，同时还要保证窑体内的烧结气氛正常。首先分析烧结温度，如果烧结温度过低，磁瓦的密度会小，其机械强度随之会降低；如果烧结温度过高，就会导致部分铁氧体的基相分解，产生非磁性相及内部缺陷，不仅会使磁性能下降，磁瓦的密度也会下降，影响了机械强度。其次分析烧结时间，如果烧结时间短，会造成永磁铁氧体的反应不完全，即影响了磁性能，又影响了磁瓦的密度，进而影响了机械强度；如果烧结时间过长，也会造成部分永磁铁氧体的基相分解，内部产生缺陷及非磁性相，影响了磁性能及强度。最后分析烧结气氛，如果在高温烧结时期窑体内的气氛不好，缺少氧气，会造成反应不完全，乃至永磁铁氧体内部的氧气析出，即出现还原现象，不能完全形成铁氧体材料，其磁性能、密度及机械强度都会受到巨大影响。

降温过程：产品烧结后降温，我们追求的是越快越好，但如果降温过快，会出现磁瓦表面与内部的温差过大，由于热胀冷缩产生较大内应力，造成磁瓦断裂。

5 磨加工的影响

表面磨加工是磁瓦生产的最后一道工序，该工序影响磁瓦强度的主要有三个方面，一是工装夹具设计加工合理，二是磨削量，三是冷却水。工装夹具不合理或磨削量过大，会使磁瓦承受的压力加大，造成部分产品出现内伤，影响强度。充足的冷却水是磨削磁瓦的关键，冷却水不充足，在磨削时产生的热量不能及时散去，因热胀冷缩导致磁瓦受损，甚至碎裂。

6 结论

综上所述，永磁铁氧体磁瓦的机械强度是磁瓦本身的固有特性，但它与原材料的选用、生产过程控制杂质进入、压制成型、烧结及磨加工工序均息息相关，只要能做到确定严谨的生产工艺及精细的生产管理，就能做到减少乃至削除影响强度的诸多因素，生产出机械强度合格的产品。

参考文献

[1]周文运，永磁铁氧体和液体设计工艺，成都：电子科技大学出版社，1991，6.