永磁铁氧体材料的制备工艺探索

摘 要：永磁铁氧体作为基础功能材料，在经济生活与科技发展中占据着重要位置，其理论发展日趋成熟，其工艺探索便摆在了十分突出的位置。本文就永磁铁氧体主要制备工艺进行了探索，提出了几点看法。

关键词：永磁铁氧体；工艺；动向

作为基础功能材料的永磁铁氧体，其应用已深入到机械、通信、电子、仪表、汽车、航空、航天及军事领域。随着科技的发展，对永磁铁氧体材料提出了更高的要求（内在性能和外观、尺寸），也给其制备工艺提出了更新更高的课题。就永磁铁氧体生产而言，中国是一个大国，但不是强国。关键是生产工艺的落后。如：同一个厂家的永磁料粉，在中国只能做到FB6系列，而出口日本便能生产出FB9系列的磁体。说明生产工艺是反映永磁料粉性能真实性的充分条件。就技术发展而言，传统技术与其他行业技术的嫁接与联姻，推动本行业技术与工艺的飞速发展，本文将详细介绍。1 预烧料工艺预烧料传统工艺是“备料造粒+预烧”，不论是干法工艺还是湿法工艺，很难制备出晶粒尺寸约1μm的料粉，性能档次难以突破。日本率先将“亚微米共晶技术+硫化床工艺”引入预烧料工艺中，取得成功，并作为专利技术封锁很多年。其实硫化床工艺是很传统的工艺，但与化学结晶工艺结合进入料粉生产工艺的发展趋势，值得重视和借鉴。笔者认为：我国工艺探索相对滞后。首先，应加强对“亚微米共晶技术”的晶核尺寸、结晶的化学热力学条件、后处理工序（洗涤+烘干+造粒）、硫化温度与时间、加热方式与介质、运行方式等探索。其次，加强设备与工艺的联合研制。国内少数研究所设计了：①Fe（NO3）3溶液热分解制备亚微米级的Fe2O3路线；②MFe12O19（M=Ba、Sr）细小晶粒尺寸的制备（1μm级）。这些探索是有益的，关键在热力学条件的探索。笔者认为：（nFeCl2+SrCl2）混合溶液热分解成nFe2O3·SrO共沉淀料，造粒，预烧（硫化工艺）到永磁铁氧体料粉的路线值得探索。2 球磨工艺随着电子显微镜、电子探针及激光粒度分布仪等进行的SEM分析、EDAX分析发现，球磨或砂磨方式不是造成粒度分布差异的根本原因，关键在于工艺：料：球：水比例、球径、球磨介质（分散剂）的选择，工艺时间与温度。不论是砂磨还是球磨，随着平均粒度的下降，不可避免地发生：①粒度分布变宽以及顺磁性粒子的产生与增多；②向料浆中引入Fe粒子或Fe合金粒子；③产生或加重“跑锶”现象，致使磁性能降低。证实了生产中 “磨削时间越长，磁性能要衰减”的现象。目前采用的传统措施：料：球：水比例、料径与球径的匹配与选择、球磨机加筋，砂磨机加循环泵，分段球磨等。现在工艺探索的一个方向：在传统工艺上加入分散剂，实质是将表面化学引入球磨工艺，对控制磁性粒子的凝聚、粒径分布、粒子形状及晶粒缺陷都有好处。添加的分散剂主要有：硬脂酸、亚油酸、甲苯等。笔者认为：分散剂的选择不应只局限于有机物，应放宽到无机物及功能高分子材料中去筛选，只要符合：①具有分散效果，有利于改善粒径及分布、粒子形状；②提高球磨效率，抑制或减少有害粒子的进入和有效成分的损失；③分散剂的沸点不宜过高，250℃以下为宜，有利于残留在生坯中的挥发；④分散剂可以是单一组分，也可以是多组分的配合使用。进一步说明：如果选择功能高分子材料做分散剂，分子链的亲水基官能团不能太多，必须有与Fe、Sr原子亲和力强的官能团，分子量不宜过大。3 成型工艺成型控制着磁性能和产品合格率，是磁体生产的关键工序，其工艺探索集中在两个方面：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合理的压制曲线；②大吨位压机（压制方向是单向还是双向压制）；③注料方式与抽水方向（模具设计）等。后者的措施：①降低粒度、控制粒度分布；②加大充磁磁场。国内由于采取普通平行磁场成型，取向度一般只有75%，由于取向度低，材料性能得不到真实反映，损失不小。先进的工艺是采用垂直磁场成型，在水平方向产生磁力线，磁性粒子沿加压方向和垂直方向成链状层层排列。加压时，取向粒子是沿垂直方向被压缩，以最初的取向状态成型，几乎不会出现无规则取向，从而提高了取向度。取向度可达98%以上。笔者认为：垂直磁场成型工艺的关键在于磁场设计与模具的改进，因此，工艺、设备、模具、操作联合工艺攻关的时代到了。4 烧结工艺烧结是永磁铁氧体性能最终形成的重要工序。大致分成升温、保温、降温三个阶段。工艺探索注重优化烧结曲线、装坯方式、气氛等。随着快速烧结方式的兴起，工艺研究还要注重：工艺流程的增减、加热方式的改变、快速降温对性能的影响。随着设备的改进，烧结增设了预烘干工序，使生坯件入窑时含水量≤1%，温度为200～300℃，缩短了升温段时间，然而微波加热方式的引入，比传统的对流与传导方式在升温方面更快捷有效，有利于水分的挥发，更能缩短生降温时间。笔者认为：快捷烧结的工艺探索应重点放在：①加热方式的改变及烧结曲线的优化；②快速降温对材料性能的影响，从烧结最高温度到材料居里温度左右，探索降温速度多大为优化速率。5 磨加工工艺磨加工是控制永磁体表观质量的工序，传统的工艺探索注重磨削工艺的编制与工装夹具的设计与改进。随着磁体应用的深入，产品向微型化、超薄、表面光洁度方向发展。如：某厂出口欧盟的一产品，轴长24的磁瓦在外弧面上截出6个24×2的矩形平面，加工精度±0.02mm，粗糙度1.6，价格不菲，是典型的磨加工高新技术带来的高附加值。笔者认为：将先进的机械加工技术与光学加工技术引入磨加工，将拓宽磁体的应用领域，适应科技发展十分必要。6 检测工艺检测是工艺控制的“眼睛”。由于永磁铁氧体工艺的特殊性，重要参数的检测结果滞后。笔者认为：检测工艺的目标是实现同步检测。料粉磁性能的检测，传统做法是模拟磁体生产工艺制成标准样块检测，结果明显滞后。因工序长，因素多，不能真实反映材料的性能，不便及时控制工艺。国内某技术中心的先进做法是：采用饱和磁化曲径定理计算机软件化，与振动磁强样品仪结合测σs，实现了预烧料的同步检测。7 结束语永磁铁氧体材料工艺是一个涉及理化分析、磁性测量、固体材料分析、设备、原材料、操作可行性的系统。只有深入研究探索各子系统的优化性与相容性，才能保证系统的优化，推动工艺的发展，但其中，引入其他门类的技术与传统技术进行嫁接与联姻，实现永磁铁氧体工艺的升级换代，是一个新的发展趋势，值得高度重视。 作者简介：陈华容，女，1991年华东工学院精细化工专业毕业，学士学位，副教授，具有十五年磁性材料理化分析及工艺技术工作的经历，现在宜宾职业技术学院材料工程技术专业从事教学科研工作，先后承担过多项永磁铁氧体材料的研发项目。