永磁铁氧体预烧料的加工工艺及方法

永磁铁氧体预烧料的加工工艺及方法永磁铁氧体预烧料的加工过程实际上是碳酸钡（BaCO3）或碳酸锶（SrCO3）与铁红（Fe2O3） 经过高温下的固相反应充分生成六角形的铁氧体晶粒的过程。固相反应是否完善、充分，晶粒形状 是否完整，对材料的质量有很大影响。同时预烧料的优劣在铁氧体磁铁的生产中至关重要，质量差 的预烧料是无法生产出高性能铁氧体磁铁。目前我们公司生产的铁氧体预烧料有：异方性锶料、等方性普通粒料、自动车料三种。决定 永磁铁氧体预烧料性能优劣主要有以下几个方面：Q材料Q配方。工艺手段及控制方法一、材料在永磁铁氧体预烧料生产中首先要选择合适的原材料，选择时主要考虑：原料纯度、含杂质 情况、原料化学活动性、颗粒度等几个方面。1、铁红（Fe2O3）：永磁铁氧体预烧料的主料，应选择纯度97%以上，最好在98%以上。目前我公司使用印度铁红有98.5%、98%、97.5%、96%四种，用量最大为 97.5%铁红。台湾铁红纯度98.5%、比利时铁红纯度99%。2、碳酸钡（BaCO3）或碳酸锶（SrCO3）：永磁铁氧体预烧料的主料，纯度应大于96%。最好大于98%以上。目前我公司使用为纯度97%。3、添加剂：在预烧时增加添加剂主要目的是为了改善材料的结构灵敏度，弥补某一特性。永磁铁氧体常用的添加剂有：SiO2、CaCO3、SrSO4等，具体作用在配方中再 做介绍。4、含杂质情况：杂质含量中二氧化硅（SiO2）含量应该在0.5%以下，最好在0.1%以下。氯离子含量最好在0.15%以下（此杂质对铁氧体性能影响很大，直接影响产 品收缩率、反应气氛，应在烧结低温部分将其挥发排除）。5、化学活动性：就铁红、铁磷、铁矿砂三种生产永磁铁氧体原料而言，铁红的化学活动性优于其他两种。我公司目前全部使用铁红生产，另外纯度大的铁红化学活 动性优于纯度小的铁红。4、 颗粒度：原料的粒度最好在1um以下，颗粒度太大往往影响固相反应的充分发生。5、 原料密度： 原料的压密程度（密度）同样对预烧料的烧结有较大影响，密度大的铁红在混料过程中更加容易混料均匀、铁红与碳酸锶能充分接触；预烧过程中会增 加铁氧体的生成比例。二、原料配方1、异方性锶料的主配方：碳酸锶（SrCO3）与铁红（Fe2O3），一般按摩尔比1： 5.3-5.9之间。我公司目前使用摩尔比1： 6,换算成原料为：154公斤碳酸锶、1000公斤铁 红。2、等方性钡料的主配方：碳酸钡（BaCO3）与铁红（Fe2O3），一般按摩尔比1： 5.0-5.3之间，我公司使用摩尔比1： 5.0，换算成原料为248公斤碳酸钡、1000公斤铁红。 一次加杂为SiO2,比例为0.8%。3、 加杂及作用：（1）加杂的作用：有促进固相反应、助熔、防止晶粒膨胀、降低需要烧结温度、改善材料性能、增加机械强度、增加韧性等作用。（2）加杂分一次加杂和二次加杂。一次加杂为在预烧料烧结前加入，二次加杂 是在已烧结加工完成的预烧料二次加工时加入，如异方性锶料球磨工序、 自动车料砂磨工序都需要进行二次加杂。Q二氧化硅（SiO2）:等方性钡料中加入SiO2有降低原料需要的烧结温度，使其在较低温度下 进行固相反应作用。异方性锶料中加入少量SiO2有在成型烧结时抑制晶 粒膨胀、提高矫顽力的作用。一般在加入0.3%-0.8%的SiO2时，矫顽力 有所增加，而Br （剩磁）有所下降。碳酸钙（CaCO3）:碳酸钙在80OC左右开始分解，在产品烧结过程中，较低温度下碳酸钙即 成熔融状态，有利于固相反应的进行，降低产品烧结所需要的温度，增 加产品致密程度。当在永磁铁氧体材料中加入0.2%-1.0%的碳酸钙时， Br有一定增加，而矫顽力无明显下降。硫酸锶（SrSO4）：分解温度在1400C以上，在锶铁氧体一次配料时加入少量硫酸锶，其中一 部分固溶在铁氧体中，形成自由能，对铁氧体的各向异性取向度有明显提 高，不溶于铁氧体中的部分，成为细的分散剂，可抑制晶粒长大，提高矫 顽力。实验发现，加入0.5-1.0%的硫酸锶，锶铁氧体材料的剩磁和矫顽力 均有一定提高。加杂过程对产品的性能影响是多方面的，我们加杂时提高一项性能参数往往会影响其他参 数，因此加杂需要注意以下事项：要根据不同的性能参数及工艺加工要求选择不同的杂质。加杂应点到为止，过多往往会起到反作用。加杂是应注意杂质纯度及其含量。三、加工工艺及控制方法在铁氧体生产过程中，配方决定材料性能，但配方的实现取决于生产工艺及控制方法。配方不同生产工艺也不尽相同，一种配方的最佳体现，必须有一种合适的生产工艺相适应。我公司经多年实践、大量经验积累，已形成一套行之有效且低成本的原料加工工艺。目前 主要有异方性锶料、等方性普通粒料、自动车料三种加工工艺，下面将从异方性锶料、自动车 料来探讨其加工工艺。1、异方性锶料加工工艺：Q混料工序：混料分为湿混、干混两种加工工艺。湿混为使用球磨机将一定比例的原料、水进 行混和，其优点为混料均匀，有利于铁红与配料的充分接触，预烧时固相反应充 分。缺点是成本较高、工期较长。干混为将干的配料使用锥形混料器利用搅拌臂搅拌混和，其优点是成本较低、工 期短；缺点是混料不均匀，有死角，预烧时铁氧体生成比例略低。混料工序需注意事项：混料时间要至少40分钟，时间太短混料不均匀、湿混不能 加入地下水，需使用自来水，减少杂质。目前公司异方性锶料、自动车料使用湿混工艺混料，等方性普通粒料使用干混工 艺混料。料球成型：此工序使用煤球成型机将已混和的原料成型为直径110毫米左右、高度70-80毫 米且中间有通孔的料球，以便于烧结时氧气流通。料球成型需注意事项：成型密度尽量大、水分含量在10%以下、料球孔必须贯通。 Q料球预烧：使用四孔推板窑炉对成型料球进行预烧，使其充分固相反应生成永磁铁氧体。烧 结温度一般在1290-1320C(测温表显示温度)，推板速度30-40分钟/板。烧结过程在整个预烧料制备工艺中至关重要，要从以下方面重点控制：(1) 温度：温度必须严格控制，在规定温度上下浮动不能超过5C，预烧温度太 低将影响铁氧体晶粒生成比例；温度太高，造成晶格膨胀，一般温度超过1380 度以上，部分铁氧体将会分解，生成铁氧体晶体将有重量减轻现象，影响预烧料 性能。(2) 氧化气氛：在烧结过程中，800C时SrCO3开始分解，900C以上开始逐步 生成铁氧体晶体，反应过程要经过2SrO. Fe2O3 - SrO. Fe2O3 - SrO. 6Fe2O3 几个过程，反应时需要有充分的氧气环境。一般要求含氧量5%，氧气含量低将 会影响铁氧体生成比例或产生还原现象，即：Fe2O3还原成Fe3O4，影响预烧料性 能。(3) 推进速度：产品推进速度必须经过相关实验来确定最合适的速度，一般来 讲有两种推进方式：低温慢推、高温快退。两种方式各有优劣，低温慢推，产品 废气、挥发的要好一些，有利于产品质量稳定和提高，但缺点是产量低一些；高 温快推，产品废气有时会挥发不完全，对产品质量有一定影响，好处是产量会高 一些。（4）保温时间：保温时间是指预烧料球在高温区的烧结时间，保温的目的是要 尽可能提高铁氧体晶体的生成比例，使其充分反应，一般能生成95%以上的铁氧 体已经是较佳的状态。其烧结时间根据颗粒粒子直径大小而定，颗粒小的原料要 求保温时间短，颗粒大的原料要求保温时间长，一般在30-180分钟，目前我公司 使用铁红粒度一般在0.5-1.0um，保温时间在90分钟左右。Q、QC检查工序：从烧结炉口取出已烧结完成的预烧料球，经过破碎、打散、球磨后形成粒 度在0.8-0.9um的粉料。然后经过实验成型机压制成圆饼，在实验烧结炉中经 1250C左右烧结后，使用磁性能测试仪检测预烧料的性能参数。一般要求：Br （剩磁）N 3650Gs，Hcb （矫顽力）N 2600 Oe, Hcj （内禀矫顽力）N 2800 OeBH （max）（最大磁能积）N3.0MG OeQ、振磨工序：将已经烧结并抽查的预烧料球，经鄂式破碎机破碎后经输送带送入振磨机，经 西德振磨机粗磨、日本振磨机细磨加工成粒度在3.5-5.0um的异方性锶料粗粉。 经QC检查后即可合格入库。2、等方性钡料（自动车料）加工工艺Q、混料、料球成型、料球预烧、振磨几个工序与异方性锶料加工工艺基本一致，区别在预烧 工序温度控制在1070-1090C，推进速度在25分钟左右。等方性钡料烧结注意事项：如在等方性钡料烧结过程中烧结温度高一些，对产品Br（剩磁）、 松装比都有好处，造粒工序也容易加工，但振磨工序加工难度加大，粒度往往经过多次振 磨都无法达到要求；如烧结温度低一些，振磨工序加工难度小，但造粒产生细粉多，松装 比很难达到要求。因此等方性钡料烧结温度设定要与振磨工序、性能要求配合设定。、砂磨工序:将已振磨完成的等方性料粉和配方一同投入砂磨机加入自来水，使用砂磨机砂 磨3-4小时，将原料由1.2um粒度砂磨至0.8-0.9um粒度的过程。此工序要注意砂磨后粒度必须在0.8-0.9um.。、烘干、打散工序：使用烘十炉将已砂磨的细粉烘十至水分0.8%以下。并进入打散机打散 至蓬松状态。此工序要注意杂质、异物的混入。Q、造粒工序：将已打散的细粉加入捏合机进行搅拌，同时均匀洒入PVA胶水，经捏合机均匀搅拌，使每个PVA胶粒周围沾满等方性磁粉。后经提升机进入烘干炉，在 300C左右温度下使粘结在一起的料块分散开，形成中间为PVA胶粒、四周为 等方性磁粉的单个颗粒的过程，称之为造粒。