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功能材料，在經濟生活與科技發展中占據著重要位置，其理論發展日趨成熟，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行了探索，提出了幾點看法。

關鍵詞：永磁鐵氧體；工藝；動向

作為基礎功能材料的永磁鐵氧體，其應用已深入到機械、通信、電子、儀表、汽車、航空、航天及軍事領域。隨著科技的發展，對永磁鐵氧體材料提出了更高的要求（內在性能和外觀、尺寸），也給其制備工藝提出了更新更高的課題。就永磁鐵氧體生產而言，中國是一個大國，但不是強國。關鍵是生產工藝的落后。如：同一個廠家的永磁料粉，在中國只能做到FB6系列，而出口日本便能生產出FB9系列的磁體。說明生產工藝是反映永磁料粉性能真實性的充分條件。就技術發展而言，傳統技術與其他行業技術的嫁接與聯姻，推動本行業技術與工藝的飛速發展，本文將詳細介紹。1 預燒料工藝預燒料傳統工藝是“備料造粒+預燒”，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+硫化床工藝”引入預燒料工藝中，取得成功，并作為專利技術封鎖很多年。其實硫化床工藝是很傳統的工藝，但與化學結晶工藝結合進入料粉生產工藝的發展趨勢，值得重視和借鑒。筆者認為：我國工藝探索相對滯后。首先，應加強對“亞微米共晶技術”的晶核尺寸、結晶的化學熱力學條件、后處理工序（洗滌+烘干+造粒）、硫化溫度與時間、加熱方式與介質、運行方式等探索。其次，加強設備與工藝的聯合研制。國內少數研究所設計了：①Fe（NO3）3溶液熱分解制備亞微米級的Fe2O3路線；②MFe12O19（M=Ba、Sr）細小晶粒尺寸的制備（1μm級）。這些探索是有益的，關鍵在熱力學條件的探索。筆者認為：（nFeCl2+SrCl2）混合溶液熱分解成nFe2O3·SrO共沉淀料，造粒，預燒（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行的SEM分析、EDAX分析發現，球磨或砂磨方式不是造成粒度分布差異的根本原因，關鍵在于工藝：料：球：水比例、球徑、球磨介質（分散劑）的選擇，工藝時間與溫度。不論是砂磨還是球磨，隨著平均粒度的下降，不可避免地發生：①粒度分布變寬以及順磁性粒子的產生與增多；②向料漿中引入Fe粒子或Fe合金粒子；③產生或加重“跑鍶”現象，致使磁性能降低。證實了生產中 “磨削時間越長，磁性能要衰減”的現象。目前采用的傳統措施：料：球：水比例、料徑與球徑的匹配與選擇、球磨機加筋，砂磨機加循環泵，分段球磨等。現在工藝探索的一個方向：在傳統工藝上加入分散劑，實質是將表面化學引入球磨工藝，對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。筆者認為：分散劑的選擇不應只局限于有機物，應放寬到無機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入和有效成分的損失；③分散劑的沸點不宜過高，250℃以下為宜，有利于殘留在生坯中的揮發；④分散劑可以是單一組分，也可以是多組分的配合使用。進一步說明：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不能太多，必須有與Fe、Sr原子親和力強的官能團，分子量不宜過大。3 成型工藝成型控制著磁性能和產品合格率，是磁體生產的關鍵工序，其工藝探索集中在兩個方面：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（壓制方向是單向還是雙向壓制）；③注料方式與抽水方向（模具設計）等。后者的措施：①降低粒度、控制粒度分布；②加大充磁磁場。國內由于采取普通平行磁場成型，取向度一般只有75%，由于取向度低，材料性能得不到真實反映，損失不小。先進的工藝是采用垂直磁場成型，在水平方向產生磁力線，磁性粒子沿加壓方向和垂直方向成鏈狀層層排列。加壓時，取向粒子是沿垂直方向被壓縮，以最初的取向狀態成型，幾乎不會出現無規則取向，從而提高了取向度。取向度可達98%以上。筆者認為：垂直磁場成型工藝的關鍵在于磁場設計與模具的改進，因此，工藝、設備、模具、操作聯合工藝攻關的時代到了。4 燒結工藝燒結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、降溫三個階段。工藝探索注重優化燒結曲線、裝坯方式、氣氛等。隨著快速燒結方式的興起，工藝研究還要注重：工藝流程的增減、加熱方式的改變、快速降溫對性能的影響。隨著設備的改進，燒結增設了預烘干工序，使生坯件入窯時含水量≤1%，溫度為200～300℃，縮短了升溫段時間，然而微波加熱方式的引入，比傳統的對流與傳導方式在升溫方面更快捷有效，有利于水分的揮發，更能縮短生降溫時間。筆者認為：快捷燒結的工藝探索應重點放在：①加熱方式的改變及燒結曲線的優化；②快速降溫對材料性能的影響，從燒結最高溫度到材料居里溫度左右，探索降溫速度多大為優化速率。5 磨加工工藝磨加工是控制永磁體表觀質量的工序，傳統的工藝探索注重磨削工藝的編制與工裝夾具的設計與改進。隨著磁體應用的深入，產品向微型化、超薄、表面光潔度方向發展。如：某廠出口歐盟的一產品，軸長24的磁瓦在外弧面上截出6個24×2的矩形平面，加工精度±0.02mm，粗糙度1.6，價格不菲，是典型的磨加工高新技術帶來的高附加值。筆者認為：將先進的機械加工技術與光學加工技術引入磨加工，將拓寬磁體的應用領域，適應科技發展十分必要。6 檢測工藝檢測是工藝控制的“眼睛”。由于永磁鐵氧體工藝的特殊性，重要參數的檢測結果滯后。筆者認為：檢測工藝的目標是實現同步檢測。料粉磁性能的檢測，傳統做法是模擬磁體生產工藝制成標準樣塊檢測，結果明顯滯后。因工序長，因素多，不能真實反映材料的性能，不便及時控制工藝。國內某技術中心的先進做法是：采用飽和磁化曲徑定理計算機軟件化，與振動磁強樣品儀結合測σs，實現了預燒料的同步檢測。7 結束語永磁鐵氧體材料工藝是一個涉及理化分析、磁性測量、固體材料分析、設備、原材料、操作可行性的系統。只有深入研究探索各子系統的優化性與相容性，才能保證系統的優化，推動工藝的發展，但其中，引入其他門類的技術與傳統技術進行嫁接與聯姻，實現永磁鐵氧體工藝的升級換代，是一個新的發展趨勢，值得高度重視。 作者簡介：陳華容，女，1991年華東工學院精細化工專業畢業，學士學位，副教授，具有十五年磁性材料理化分析及工藝技術工作的經歷，現在宜賓職業技術學院材料工程技術專業從事教學科研工作，先后承擔過多項永磁鐵氧體材料的研發項目。