料浆含水率对烧结永磁铁氧体性能的影响

(北矿磁材科技有限公司，北京 102600)

永磁铁氧体在汽车、家电、计算机、电动工具以及电声产品领域都有广泛的应用。随着近年来这些领域的快速发展，我国的永磁铁氧体制造行业也迎来了更为广阔的前景。当前，国内仅有少数几家企业具有较高的生产能力，然而其产品总合格率也不是很高[1]。为此，国内很多学者对压型、烧结、球磨等工艺对永磁铁氧体产品质量的影响进行了相关的研究，但是针对料浆含水率对永磁铁氧体生坯质量、密度以及产品合格率所产生的影响这一方面的研究还很少，本文主要对料浆含水率对永磁铁氧体性能所产生的影响进行了研究。探讨了料浆含水率对提高永磁铁氧体生坯密度、抗压强度以及产品生产效率和合格率的影响。

1 湿压磁场成型原理

通常情况下，制备高性能各向异性永磁铁氧体材料所采用的都是湿压磁场成型工艺。该工艺的原理为：压制坯件时，利用外加磁场引导型腔中的单畴颗粒c轴转向外磁场方向。待坯件压实，颗粒无法自由转动后即制作成为各向异性的坯件。湿压磁场成型工艺中所使用的原料称作料浆，呈软泥状，其中包含的主要成分为预烧料颗粒，含水率通常为30～40wt%。单畴颗粒粒度通常为0.7～0.9µm。预烧铁氧体化后，因磁各呈现出异性特征，其中，单畴颗粒的分子状态，由六角单晶易磁化轴c轴进行有序排序，并在成型的过程中，外磁场的作用影响下，单畴颗粒的c轴方向转动并呈现出同外磁场方向一致的局面，烧结后磁体的磁性能好坏，主要是由一致转向的程度即取向度决定，取向度越高，磁性能就越好[2]。通过分析单畴颗粒在转向过程中的动力和阻力可以看出，对取向度造成影响的两个主要因素分别为外磁场强度和浆料含水率。

为了降低单畴颗粒在转向过程中所受阻力，在生产过程中会将成型料制成软泥状料浆，以便利用水份的润滑作用。提高料浆中的含水率能够使阻力降低，增加单畴颗粒取向度，但是相应的也会增加成型难度，降低生产效率。如果降低料浆中的含水率，虽然能够降低成型难度，但又会增加颗粒转向阻力，降低取向度。因此，必须对料浆含水率进行合理的控制。为了进一步提高成型坯件成型工艺和质量的一致性，还必须要求料浆含水率尽可能稳定，降低其波动范围。

2 试验方法

2.1 永磁铁氧体的制备

料浆含水率的测量方法采用的是操作简便且可以快速测量料浆含水率的称量法。假设容器质量为m、体积为V、容器装满料浆后的质量为M、料浆含水率为P、铁氧体粉末无水时密度为4.1g/cm3，那么料浆含水率则为：，从式中可以看出，在知道容器质量为m和体积为V的情况下，就可以通过直接对料浆质量进行称量来计算出料浆的含水率。

料浆原料选用TY42B，对含水率为30%、32%、34%、36%、38%、40%、42%、44%的料浆分别进行取样，采用100t磁性材料湿式成型液压机各压制2000片磁片。在对不同含水率料浆进行压制成型时，所用设备各项参数保持一致。压制成型后一起送入36m双推板电窑中进行烧结，最后经过打磨、清洗、烘干后对其外观结构进行检验，并计算其各自的产品合格率。

2.2 设备和方法

对产品物相结构进行分析时采用的是由日本Mac Science公司所生产的MXP18AHF型转靶X射线衍射仪(XRD)，X射线源采用的是Cu-Ka靶，波长0.15418cm，管压40kV，扫描速度8°/min，扫描步长0.02°；测量产品强度所用设备为济南中路昌试验机制造有限公司生产的WDW-10M型电子万能试验机；测量生坯密度采用的是深圳群隆设备有限公司所生产的固体密度测试仪进行测试。

3 试验结果与讨论

3.1 对结晶度程度的影响

图1为34%、40%以及46%料浆含水率试样所生产的产品XRD图谱。

图1 不同含水率料浆所生产产品的XRD图

从图1中可以看出，所有试样都为单一M型的六角铁氧体相，没有其他杂峰出现，根据3种产品的XRD峰值强度可以看出，3中料浆含水率的产品结晶度都有较好表现。

3.2 对生坯密度的影响

图2为不同含水率的料浆所压制的铁氧体生坯密度。由图中可以看出，当料浆中含水率低于36%时，生坯密度在3.3g/cm3左右，当料浆含水率高于36%时，生坯密度开始出现快速下滑。由此可知，只有将料浆含水率控制在36%或36%以下，才能有效提高生坯密度。由于铁氧体在制备时，生坯中颗粒的易磁化轴必须转向与外磁场方向一致才能够具有各向异性，如果料浆中含水率过低，则会降低取向度。因此，在考虑成型难度和压型效率的同时，为了便于颗粒在外磁场的作用下自由转动，选用36%含水率的料浆最为合适。

图2 料浆含水率对生坯密度的影响

3.3 对成品合格率的影响

图3为不同含水率料浆所生产的铁氧体成品合格率。由图中可以看出，成品合格率先是随着料浆含水率逐渐增加，在料浆含水率为36%时，产品合格率达到98%，随着料浆含水率超过36%，产品合格率开始快速下降，当料浆含水率达到46%时，产品的合格率只有76%。同时，料浆含水率过高时，产品压型时容易出现跑料和毛坯成型困难等现象，因此，料浆含水率为36%时最为合适。

图3 料浆含水率对成品合格率的影响

3.4 对产品抗压强度的影响

图4为料浆含水率不同时产品抗压强度测试。由图中可以看出，当料浆含水率为36%时，产品强度达到最高，料浆含水率超过42%时，产品强度开始快速降低。之所以出现这种情况是因为磁瓦生坯在压制之前，料浆的流动性对于瓦磁的最终强度会有很大的影响。在制备过程中，为了便于单畴颗粒转动，成型所用的浆料需要做成软泥状，利用其中的水分进行润滑，有利于颗粒在外磁场中用下自由转动，并更好的填充于模具内空间。如果料浆中含水率过低，那么颗粒填充性与取向度都较差，从而影响磁瓦密度的均匀分布，使其机械强度降低。如果料浆含水率过高，水分难以排出，很容易导致层裂现象，从而降低磁瓦强度。因此，从产品抗压强度方面来考虑，也是以36%含水率为最佳。

图4 料浆含水率对产品抗压强度的影响

4 结论

从上文中料浆含水率对铁氧体制备中的各个方面所造成的影响来看，料浆含水率对永磁铁氧体的性能有较大影响。在永磁铁氧体的实际生产中，料浆含水率过高或是过低都不利于铁氧体的制备生产，而将料浆含水率控制在36%时，则可以使永磁铁氧体的强度、生坯密度以及成品合格率达到最佳水平。