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磁性材料-------鐵氧磁體

磁性材料-------鐵氧磁體

在106個元素周期表上只有Fe、Co、Ni,三個元素，以及稀土族的Gd元素在室溫時具有鐵磁性表現(xiàn)。若將.Fe、Co、Ni,這三個元素和稀土族元素互相結(jié)合，或與其它不具有鐵磁性表現(xiàn)的元素互相結(jié)合，就可以做成各種不同特性的磁性材料。而氧化磁鐵就是典型的代表。它主要是由Fe2O3(氧化鐵) BaCo3(碳酸鋇)或SrCo3(碳酸鍶)金屬粉末在加以壓機成形，提供優(yōu)良之成本/特性比率。此種磁鐵有兩種類型：一為等方性磁鐵(Isotropic Magnet)，另一為異方性磁鐵(Anisotropic Magnet)，異方性磁鐵同時又分為干式與濕式。鐵氧體屬于氧化物系統(tǒng)的磁性材料。可用于制造能量轉(zhuǎn)換、傳輸和信息存儲的各種功能器件。

目前燒結(jié)金屬軟磁材料有：
1、純鐵Fe：
2、鐵磷合金Fe-P：
3、鐵硅合金Fe-Si：
4、鐵鎳合金Fe-Ni：
5、鐵鉻合金Fe-Co：
6、肥粒鐵系不銹鋼Fe-Cr：
7、鐵錫合金Fe-Sn：

軟磁材料：
是指在較弱的磁場下，易磁化也易退磁的一種鐵氧體材料。有實用價值的軟磁鐵氧體主要是錳鋅鐵氧體Mn－ZnFe2O4和鎳鋅鐵氧體Ni－ZnFeO4。軟磁鐵氧體的晶體結(jié)構(gòu)一般都是立方晶系尖晶石型，這是目前各種鐵氧體中用途較廣，數(shù)量較大，品種較多，產(chǎn)值較高的一種材料。主要用作各種電感組件，如濾波器、變壓器及天線的磁性和磁帶錄音、錄像的磁頭。

軟磁材料：
A：金屬軟磁材料：
使用于直流電場中：由電阻所產(chǎn)生之損失是唯一的能量損失。
使用于交流電場中：其感應磁束密度B會隨著H之變化而有時間上的延遲，此時間上的延遲將造成能量的損失。特別在高頻時此損失將更為嚴重。此能量損失之原因可分為磁滯損及渦電流損，總稱為鐵損。
1、磁滯損之量：磁滯曲線所圍繞之面積 × 頻率。
2、渦電流損之量：因磁場變化時會產(chǎn)生渦電流，此渦電流 × 材料之電阻＝Ic×Ic×R。
減少鐵損最有效的方法就是：選擇阻抗大的材料或使用薄片所迭成之鐵芯。
在粉末冶金金屬軟磁材料，其阻抗值很低，故在交流頻率下使用時，會有嚴重的渦電流損，故只能使用于直流或中低頻的磁性回路中。

B：鐵氧磁體磁材料：
因具有高阻抗值的優(yōu)點，可減少渦電流損失。故通常使用于高頻和中高頻的磁性回路中。其缺點為感應磁束密度B低，平均不到金屬軟磁材料的1/2。

軟磁材料的常用磁性能參數(shù)：

飽和磁感應強度Bs：其大小取決于材料的成分，它所對應的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化向量整齊排列。
剩余磁感應強度Br：是磁滯回在線的特征參數(shù)，H回到0時的B值。
矩形比：Br∕Bs
矯頑力Hc：是表示材料磁化難易程度的量，取決于材料的成分及缺陷（雜質(zhì)應力等）。
磁導率μ：是磁滯回線上任何點所對應的B與H的比值，與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)。

一般軟磁材料須具有以下之條件：
1、大飽和磁束密度Bs值。
2、小矯頑磁力Hc值。
3、大導磁率μ值。
4、高阻抗ρ值。
其中：
1、磁束密度Bs與材料的致密性程度有關(guān)。密度愈高Bs愈大。
2、矯頑磁力Hc、導磁率μ則與材料之成份及顯微組織有很大關(guān)系。

氧化鐵磁石生產(chǎn)流程：
將原料：SrCO3、Fe2O3 ──＞計量混合──＞假燒──＞粗粉碎──＞微粉碎──＞壓制──＞燒結(jié)──＞研磨加工──＞洗滌清潔──＞出廠檢驗──＞裝運入庫

釹鐵硼鐵石生廠流程：
原材料──＞計量混合──＞真空熔煉──＞氣流研磨──＞壓制──＞真空燒結(jié)──＞毛胚性能測試──＞研磨──＞半成品檢驗──＞表面涂覆──＞線切割──＞鉆孔──＞切片──＞充磁及包裝──＞成品檢驗──＞裝運入庫

其生產(chǎn)流程如下所述：
一般制程
磁性陶瓷材料的制程分為干式法與混式法，前者以適當比例的金屬氧化物粉體為起始原料，在高溫加熱進行鐵氧磁體的粉體合成或燒結(jié)，濕式法則以金屬鹽水溶液為起始原料，包括沈淀、生成、干燥、熱處理等工程。而兩種以上成分的金屬鹽水溶液，以共沈法可以得到均勻超微狀的鐵氧磁體粉體，但它的缺點是缺乏量產(chǎn)性。生成沈淀之際，因沈淀微粒子常成獨特的針狀，板狀，立方體狀等析t.故利用此種結(jié)晶現(xiàn)象可大量生產(chǎn)磁帶用氧化物磁粉(，以下我們分述干式法制作多結(jié)晶燒結(jié)鐵氧磁體與濕式法制作微粒子氧化物磁粉。

5式法多結(jié)晶燒結(jié)氫氧磁體
工業(yè)上大量生產(chǎn)的高頻用軟磁鐵氧磁體及硬磁鐵氧磁體干式制程，因其用途完全不同為，在制造的控制下有很多不同點。但基本上有很多共通的制程纓作。
高頻用磁芯的燒結(jié)鐵氧磁體主要為尖晶石型的鐵氧磁體如錳鋅系，鎳鋅系. .永久磁石用鐵氧磁體如鍶系、鋇系則為六方晶系。
(a)鐵氧磁體粉體準備
起始原料粉體經(jīng)混合，加熱(煅燒)粉碎制得鐵氧磁體粉體，粉體經(jīng)造粒、加壓成形、加熱燒結(jié)得到燒結(jié)成品，制品的磁性受微細構(gòu)造影響很大. ,為得到具優(yōu)良磁持性的微結(jié)構(gòu)，須研究鐵氧粉體的特性。

(t)原料的選擇與處置
原料以金屬氧化物或碳酸鹽為主，這些原料常為數(shù)V m~數(shù)十pm的微粉體。原料的純度曾，主原料的純度曾影響到產(chǎn)品偏離化學計量組成的程度，而微量不純物，亦不可輕忽其對最后特性之影響。原料的經(jīng)時變化，如吸附水分、二氧化碳，分解等都會使產(chǎn)品偏離組成。故使用特性清楚的原料是增高生產(chǎn)性、管制質(zhì)量的第一步。

(2)混合
為得均勻的混合粉體，常在混合粉體，汾體加水成泥漿，用球磨機(Ball Miller)混合。形成泥漿是要增高混合效率，防止發(fā)熱，混合時通常用水，但容易溶解的原料可改用氯乙烯、異丙醇、乙醇等溶劑，有時亦用全無液體的干式混合。而鐵氧磁體原料的混合通常用鋼制球磨罐，球罐與球的損耗會使鐵粉混入原料粉中，有時須補正組成的偏差，球磨機混合完成后，以泥漿濾壓機等脫水，干燥。

(3)煅燒
將均勻混合的原料粉體水I，混合粉體的粒子間進行固體反應，生成鐵氧磁體。此第1段加熱工程稱為煅燒，接著經(jīng)粉碎及成形，而后加熱，此工程稱琵程稱為燒結(jié)。煅燒的理由如下:
1.原料為碳酸鹽或高級氧化物等時，:.須預先加熱分解釋出產(chǎn)生的氣體。
2.預先完成含氧化鉛，氧化鋅等揮發(fā)性，氧化物的反應，使燒結(jié)工程產(chǎn)生的外形尺寸收縮程度保:。叫1塤持一定
3.消除混合體的局部組成變動以求粉體的均勻性。

(4)粉碎與造粒
煅燒所進行的固相反應會產(chǎn)生粒子間的輕微燒結(jié)，須將之粉碎微?；?。此工程仍大都是以加水或泥漿，以鋼制球磨罐、球粉碎。粉碎后粉體的形狀影響后續(xù)粉體成形、燒結(jié)所得制品的微結(jié)構(gòu)，而對磁特性有敏感影響，故粉碎工程很重要。由于粉碎之際發(fā)生的機械性應變或機械化學作用，會使鐵氧磁粉的磁特性劣化，可在不產(chǎn)生晶粒成長的溫度下作短時間退火處理即可。此項操作在橡膠磁體用鐵氧磁體之促成上很重要。如表17.30為比較硬磁鐵氧1氧磁體粉制造法不同所導致矯頑磁力的差異。經(jīng)過
1、原料選擇：以金屬氧化物和碳酸鹽為主。通常為數(shù)μm~數(shù)十μm的微粉體。
2、計量混合：要得到均勻的混合原料，常在混合粉體加水成泥漿再用球磨機混合。對容易溶解的原料可改用異丙醇…等代替水?；旌贤瓿珊螅阅酀{濾壓機等脫水、干燥。
3、假燒：將均勻混合的粉體加熱，混合粉體的粒子間進行固體間反應，生成鐵氧體。
4、粉碎：假燒所進行之固相反應會產(chǎn)生粒子間的輕微燒結(jié)，須將之粉碎微粒化。此時粒徑約0.5~1.5μm。
5、造粒：可消除微粒子間的不規(guī)則黏著或黏于容器壁，改善流動性且可防粉體飛散。量產(chǎn)時粒徑約0.1~0.6mm。
6、壓制成形：目的再獲得與制品相似的粉體成形體。
7、燒結(jié)：直接決定磁特性、電性、機械性質(zhì)等。燒結(jié)分為三期：
A：初期過程：加熱時先從微粒子接觸部結(jié)著，再形成頸部成長，造成粒子間距離減少而形成體收縮。氣孔率大約30%左右。
B：中期過程：由于粒子間的結(jié)合使粒子成長，趕出粒子間的空隙，使成形體更致密，成形體顯著收縮，氣孔率減少。氣孔率大約30%~10％。此過程中一部份空隙成為閉氣孔封入燒結(jié)體中。
C：為減少晶界能量，繼續(xù)進行晶粒成長，而被封入的氣孔經(jīng)晶界擴散而少量排出于成形體外部，收縮變緩和。
8、研磨加工與洗滌清潔
9、出廠檢驗。

由以上的生產(chǎn)流程，我們可以知道燒結(jié)后成品密度和燒結(jié)之前的生胚密度，兩者之差異相當大。此由于燒結(jié)過程中粒子間的結(jié)合使粒子成長所造成的收縮。
若粉體成形的生胚密度不加以量測，則有可能造成燒結(jié)后產(chǎn)品因收縮而產(chǎn)生變形現(xiàn)象，浪費原料和成本。又金屬粉末經(jīng)壓機成形之生胚是多孔性毛胚。此毛胚一旦浸入水中，立即產(chǎn)生瓦解，無法量測其生胚密度值。

經(jīng)我們的訪問調(diào)查得知，目前工業(yè)界采用：
1、水銀壓入密度儀：利用水銀表面張力大的特性，將水銀給予加壓而滲入粉體內(nèi)的細孔。由圧力和被圧入的水銀量來求得密度的方法。但經(jīng)醫(yī)學家證實水銀是有毒的，如吸入汞蒸氣，咽下可溶性汞化合物或經(jīng)皮膚吸收汞，都可引起汞中毒。

2、利用一般性橡膠比重計量測：使用其它溶液來代替水。如硅油…等帶有黏稠度的液體。其目的是避免此毛胚瓦解(防水處理)。簡單的說就是不讓滲入開放孔隙。因為多孔性產(chǎn)品的密度求法根據(jù)ASTM B311與MPIF Standard 42與JIS Z2505和GB/T 5163準則所規(guī)定。是以『體密度』為認定標準。而體密度(Bulk Density)即一般粉末燒結(jié)產(chǎn)品，它包含待測物體內(nèi)密閉孔隙與開放孔隙所測得之密度。所以絕對不能讓液體滲入開放孔隙內(nèi)。目前廠商可能都是使用硅油代替水的理由。但根據(jù)我們的了解，此硅油代替水的方法只是權(quán)宜之策。但硅油是黏稠度的液體，在產(chǎn)品處理上帶給操作者相當?shù)牟槐恪?br />
以下是我們的實驗報告：
針對軟磁材料，我們作了以下之實驗報告，來驗證我們的產(chǎn)品適合使用于多孔吸水的磁性材料：
A：軟磁生胚材料：
條件：使用本公司專業(yè)型比重計MH-200P 200g 平均讀值0.001g 使用C程序
蠟溫80℃ 蠟比重：0.900 水溫15℃ 水密度值 0.998
演算公式為：Db＝Wa/【(Wb－Ww)/ 0.998－(Wb－Wa)/0.900】

干燥空氣中重	防水處理后空氣中重	防水處理后水中重	體密度值
11.308	11.652	7.629	3.099
11.340	11.711	7.676	3.123
11.314	11.617	7.462	3.116
11.220	11.736	7.657	3.025
11.296	11.622	7.587	3.069
11.257	11.648	7.593	3.102

B：軟磁燒結(jié)后材料：使用A程序
條件：使用本公司專業(yè)型比重計MH-300I 300g 平均讀值0.001g
工業(yè)酒精比重：0.800 水溫15℃ 水密度值 0.998
演算公式為：Db＝(Wa×0.998)/(Wb－Ww)

干燥空氣中重	防水處理后空氣中重	防水處理后水中重	體密度值
13.404	13.441	10.815	5.089
13.423	13.462	10.823	5.071
13.463	13.482	10.848	5.096
13.416	13.458	10.830	5.090
13.363	13.388	10.774	5.097

由以上的兩個實驗，可以證明我們的產(chǎn)品能輕易快速的、準確的直接讀出磁性材料的生胚、燒結(jié)密度。

本公司對電子比重計已有18年的實際生產(chǎn)銷售經(jīng)驗。經(jīng)3年的研發(fā)，終于生產(chǎn)出完全符合ASTM，MPIF，JIS，中國國家標準…等的標準粉末冶金專用電子比重計來服務于磁性材料行業(yè)。

A：專業(yè)型臺灣MatsuHaku電子比重計QL-300I：吸水體專用
稱重精度：0.005/0.01~200g 密度精度：0.001g/cm3   平均稱重精度：0.001g
體積精度：0.001 cm3  固體量測具有水溫度補償、可使用其它溶液代替水溶液。

B：專業(yè)型臺灣MatsuHaku電子比重計QL-600I：吸水體專用
稱重精度：0.02/0.01~600g  密度精度：0.001g/cm3   平均稱重精度：0.001g
體積精度：0.001 cm3  固體量測具有水溫度補償、可使用其它溶液代替水溶液。

以上二種機型完全依照ASTM、GB/T、JIS、ISO的標準方法為依規(guī)，且以阿基米得原理的水中置換法理論為基礎(chǔ)所設(shè)計而成。以精制石蠟來代替硅油做為防水處理劑，以三個變量公式。能輕易的讓  您快速的量取生胚和燒結(jié)密度值。

附錄：
生胚封蠟防水處理標準操作法
步驟：
1、將蠟粒直接放入蠟溶解槽上，然后電源power on給以加熱，可調(diào)至最高溫度讓其快速加熱，因蠟的熔點為60℃約1~2分鐘就可發(fā)現(xiàn)蠟開始溶解成液體，此時調(diào)降溫度至零位置或?qū)㈦娫磒ower off。利用爐子的余溫即可將蠟完全溶解為液體。
2、拿150℃之溫度計測試蠟溫。
3、蠟溫勿超過150℃。
4、防水處理之蠟形成液體之后，首先測試防水處理劑的情況，必須達到(速浸速干)
5、此要求。(可拿夾子浸入速拿起，看看是否速干之狀況，而且覆蓋層要向糖衣一樣薄薄的一層。)
6、使用夾子夾住樣品先浸泡一半，在使用夾子夾住已防水浸泡之部份，再浸泡另一半。
7、如以上所示，即可完成防水處理之效果。

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磁性材料密度測試儀

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