锰锌高磁导率铁氧体制造工艺技术探讨

1、. . . . 1 / 25职业技术学院职业技术学院毕业论文毕业论文题目：题目：锰锌高磁导率铁氧体制造工艺技术探讨锰锌高磁导率铁氧体制造工艺技术探讨系 部_现代制造工程系 _专 业 名 称_ 材料工程技术_ 班 级_姓 名_ _学 号指 导 教 师_20112011 年年 9 9 月月 1515 日日职业技术学院. . . . 2 / 25毕业论文选题报告性别男学号系部制 造专业材 料论文题目锰锌高磁导率铁氧体制造工艺技术探讨课题来源教学课题类别论文选做本课题的原因与条件分析： 当今时代，由于电子设备的小型化、轻型化，高性能电子元件的需求在大幅度增长。市场需求的变化，对软磁铁氧体材料的性能提出

2、了更高的要求，其中高磁导率锰锌材料是市场前景最好的材料之一。在电子电路宽变压器、ISDN、LAN、WAN 和背景照明等领域的脉冲变压器中，需要大量性能优良的高磁导率锰锌铁氧体材料。这些领域的磁芯基本上是在弱场下工作，这时材料的高磁导率就会显示出独特的优越性。所以，很有必要对高磁导率锰锌铁氧体材料进行探讨。主要是利用所学的专业理论知识和实践，对高磁导率锰锌铁氧体制造工艺技术进行探讨和分析。容和要求容：1、高磁导率 MnZn 铁氧体材料的理论基础 2、高磁导率 MnZn 铁氧体的预烧料探究 3、高磁导率 MnZn 铁氧体制造工艺探究要求：1、容格式严格按照学院毕业论文设计规定进行2、论文容做到图文

3、并茂，3、语言表达准确，概念清楚，论点正确指导教师意见 （签章） 年 月 日系部毕业论文（设计）领导小组意见：（签章） 年 月 日职业技术学院. . . . 3 / 25毕业论文成绩评定表（一）学生学号学生题目锰锌高磁导率铁氧体制造工艺技术探讨指导教师评语指导教师评定成绩总分总分30%指导教师签字 年 月 日评阅教师评语评阅教师评定成绩总分总分30%评阅教师签字 年 月 日职业技术学院. . . . 4 / 25毕业论文成绩评定表（二）学生学号学生题 目锰锌高磁导率铁氧体制造工艺技术探讨答辩小组成员职称高级工程师高级工程师副教授副教授工程师评价容具 体 要 求分值评分报告容思路清晰；语言表达准

4、确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论严谨；论文（设计）结果有应用价值。40答 辩回答问题有理论根据，基本概念清楚。主要问题回答准确、有深度。30创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10综合素质能合理运用挂图、幻灯、投影或计算机多媒体等辅助手段，用普通话答辩。10报告时间符合要求。10总分40% 总分答辩小组评语：答辩小组组长签字： 年 月 日 指导教师评定成绩评阅教师评定成绩答辩成绩毕业论文（设计）综合成绩百分制五级制毕业论文（设计）答辩委员会审定意见主任签字年 月 日学院意见年 月 日职业技术学院. . . . 5 / 25毕业论文答辩记录表学生学生学号题目锰锌高

5、磁导率铁氧体制造工艺技术探讨答辩小组成员姓名职称工作单位备注高级工程师职业技术学院高级工程师职业技术学院副教授职业技术学院副教授职业技术学院工程师职业技术学院答辩中提出的主要问题与学生回答问题的简要情况：答辩小组代表签字：年月日. . . . 6 / 25目目 录录摘摘 要要 IABSTRACTABSTRACTII引引 言言 11 1 理论基础理论基础 21.1 概述 21.2 晶体结构 21.3 主要电磁参数 31.3.1 磁导率 31.3.2 损耗角正切 tg 和品质因素 Q42 2 高磁导率锰锌铁氧体预烧料探讨高磁导率锰锌铁氧体预烧料探讨.42.1 原料的分析 52.2 配方的选择 52

6、.3 粉料的制备 62.4 添加剂的选择 72.5 预烧料的制备工艺流程 83 3 高磁导率锰锌铁氧体制造工艺探讨高磁导率锰锌铁氧体制造工艺探讨 93.1 生产工艺流程 93.2 成型工艺探讨 93.3 烧结工艺探讨 103.3.1 烧结技术 103.3.2 烧结温度 103.3.3 平衡气氛烧结与冷却 113.3.4 常规工艺与新工艺的比较 123.4 磨加工工艺探究 133.5 磁性能检测工艺 14结结 论论 15致致 16参考文献参考文献 17. . . . I / 25摘摘 要要锰锌系软磁铁氧体是尖晶石铁氧体材料中的一个重要分支，锰锌系材料在其使用的频率 1000Hz5MHz 围具有铁

7、磁损耗低、起始磁导率大、居里温度高、饱和磁化强度高等特点而被大量生产和使用。本文对制备高磁导率锰锌铁氧体的配方组成、制料方法、和烧结工艺等关键技术进行探讨，分析了其中一些难题，并制备出磁导率为 18000的锰锌铁氧体。关键词：高磁导率； 锰锌铁氧体； 制备工艺ABSTRACTABSTRACTManganese zinc is soft magnetic ferrite spinel ferrite materials is an important branch of the manganese zinc series materials, in the use of the frequenc

8、y 1000 Hz 5 MHz in the scope of the ferromagnetic low loss, starting the magnetic permeability, high Curie temperature, saturation magnetization strength higher characteristic and by many production and use. In this paper, the preparation high magnetic permeability manganese-zinc ferrite formula com

9、position, system cutting method, key technology and sintering process were discussed, analyzed some problems, and the preparation of magnetic permeability for 18000 of manganese-zinc ferrite. KeywordsKeywords:High magnetic permeability; Manganese zinc ferrite; Preparation technology . . . . 1 / 25引引

10、 言言寻求元件的效率高、功耗小、体积小、质量轻是电子技术发展的主要研讨方向，其中高磁导率锰锌材料是市场前景最好的材料之一，它在电子工业和电子技术中是一种急需和应用广泛的功能材料，可以用作通讯设备、测控仪器、家用电器与新型节能灯具中的宽频带变压器、微型低频变压器、小型环形脉冲变压器、和微型电感元件等更新换代的电子产品，因此，制备高磁导率锰锌铁氧体正是迎合电子技术发展方向和软磁铁氧体材料研究工作中一个重要课题。目前，国外实用高磁导率铁氧体的起始磁导率已经达到 28000 以上的水平，而国却只有 700020000，能大量生产 i 20000 的厂家更是屈指可数。国锰锌高磁导率铁氧体年产约 6 万吨

11、，i 达到 10000 至 12000 以上的材料约占 30%，其中 i为12000 至 15000 的材料不足 10%，15000 以上材料不足 3% 。因此，高磁导率材料一直是国外软磁材料研究的重点，有很大的市场需求，所以高磁导率材料的研究开发方兴未艾。. . . . 2 / 251 1 理论基础理论基础1.11.1 概述概述在实验室，软磁铁氧体材料的初始磁导率已经突破 40000，但真正用于工业化生产的性能远低于此。因为高磁导率材料除了应具有高的起始磁导率外，还应有高的居里温度、高的温度稳定性、低的磁导率减落系数、低的比损耗系数与宽的频带等，所以在提高磁导率的同时还要兼顾其它参数，使材料

12、性能达到一个很好的平衡。为了兼顾其他性能，现今工业生产中铁氧体材料的 i值很难超过 20000，绝大多数工厂生产的材料 i值在 10000 左右，而早在 19401950 年代就已经确定了锰锌铁氧体的基本配方（Fe2O3，MnO，ZnO 的摩尔比为：51.552.525.027.021.523.0） ；6070年代，对制备工艺、相组成与显微结构进行了研究；8090 年代对三元系材料性能与成分的关系与添加物的影响进行了系统的研究。1966 年 Roess 等人曾成功地研制出了5时起始磁导率 i为 40000 的材料；1971 年，日本住友公司研制成功了 i为20000 的材料；80 年代出现了溶

13、胶-凝胶的湿法制粉工艺，由于原料性能均匀，粒度分布窄，团聚性小，从而明显减小了材料的涡流损耗和磁滞损耗。这一时期材料的居里温度也从 40提高到 130以上，但温度稳定性仍较差。现今，关于软磁铁氧体的一些基本理论已经非常成熟了，提高磁导率一般从配方和工艺上着手，即改进工艺和调整配方与进行掺杂等。但是，我国高磁导率铁氧体材料起步相对比较缓慢：50 年代才有专业的铁氧体生产工厂；从 70 年代开始由于家电的普与，需求量激增；80 年代开始引进国外先进的工艺设备和技术，从而生产规模和质量都有了很大的提高；从 90 年代开始国基本上能制造大部分的铁氧体生产设备，大促进了我国的铁氧体生产和性能提高。1.2

14、1.2 晶体结构晶体结构MnZn 铁氧体属于混合型尖晶石结构，因此，其晶体结构的每一个晶胞有 8 个铁氧体分子，即 24 个金属离子和 32 个氧原子，金属离子所占据的位置分为 A 位和 B 位两种，一个晶胞中，占 A 位的有 8 个，占 B 位的有 16 个。A 位是由四个氧离子组成的四面体：B 位是由六个氧离子组成的八面体，一个晶胞中，有 64 个 A 位，32 个 B 位，其中只有 8 个 A 位和 16 个 B 位被金属离子占据。因此，晶胞中还用许多空位，这些空位. . . . 3 / 25为铁氧体掺杂、改善性能提供了条件。如图所示： 图图 1 11 1 铁氧体的晶体结构铁氧体的晶体结

15、构其金属离子的分布可用下式表示： 其中( )的离子表示占 A 位置， 的离子表示占 B 位置。当 ZnO 含量增加到 X=0，5 以上时，非磁性离子 Zn2+的加入，必将 A 位上的磁性离子 Fe3+挤到 B 位，那么将会出现这样一些 B 位，由于原来与此 B 位离子产生超交换力的 A 位为 Zn2+所占，因而处于这一 B 位的磁性离子将失去超交换作用的对象。即 AB 间的超交换作用消失，但这一 B位的磁性离子却受到它近邻 B 位磁性离子的 BB 交换作用，使得这个 B 位离子的磁矩与其它多数 B 位离子的磁矩反平行，结果每一个这样的 B 位离子将减少两个离子磁矩，这相当于 B 位的磁矩数下降

16、，所以过多的 Zn2+加入使饱和磁感应强度 Bs 下降。 1.31.3 主要电磁参数主要电磁参数1.3.11.3.1 磁导率磁导率起始磁导率是表征磁介质磁性的物理量。常用符号 i表示，它等于磁介质中磁感应强度 B 与磁场强度 H 之比，即 i=B/H，也就是说，在某一磁场强度下的磁导率与该磁场强度对应的磁化曲线上的点的斜率成正比，斜率越大，磁导率越高。根据磁场强度的大小、励磁信号的类别、磁路结构不同等等，磁导率有不同的定义或称谓，磁导率随磁场变化而变化。B 和 H 的关系除在真空中和在磁性材料中具有线性关系外，一般具有非线性关系，如下图磁滞回线性特性： . . . . 4 / 25图图 1 1

17、2 2 磁滞回线磁滞回线1.3.21.3.2 损耗角正切损耗角正切 tgtg 和品质因素和品质因素 Q Q品质因素 Q 是损耗角正切 tg 的倒数。磁性器件作滤波电感时，通常用品质因素 Q 来表示它的质量。因此损耗角正切 tg 和品质因素 Q 也是锰锌铁氧体主要参数之一。2 2 高磁导率高磁导率 MnZnMnZn 铁氧体预烧料铁氧体预烧料探讨探讨2.12.1 原料的分析原料的分析目前，国外的磁性材料生产制造商，以与磁性材料的研究者，对原材料的选择都是十分重视的。由于生产铁氧体的原材料大多数都是天然而成的材料，或者说是工业上的副产品。其中的成分含有大量的杂质，而杂质的数量和杂质的种类都需要考虑是

18、否影响最终产品的性能。而在生产工艺条件下证明，影响铁氧体原料活性的主要因数有：颗粒的表观形貌、原料的结构、预烧温度等。原料经过混合、粉粹过程后，颗粒表面能大幅度提高，颗粒表层处于高能量的介稳状态。一般认为，颗粒的平均粒度越小，表面能越高，颗粒越有可能处于高活性。其实，对于铁氧体原料的生产，并不是越细越好，平均粒度的大小有一个相对的围，在这个围，粒度越细越好，超出了这个围，原料太细，不但活性不是很好，而且有可能还会产生一系列的不利影响。原料的加工方法不同，制得的颗粒外形一般也不一样，对于产品的质量在一定程度上有很大的影响。常见的颗粒形状有：球状粉末、多角状粉末、不规则状粉末、技枝粉末、针状粉末。

19、片状粉末、碟状粉末等。对于软磁材料来说，活性的排列顺序为：球形或接近球形、板状、片状、针状。. . . . 5 / 25表表 2 21 1 高性能高质量锰锌铁氧体对原料的要求高性能高质量锰锌铁氧体对原料的要求杂质原料SiO2Na2O/K2OCaO其他总杂质Fe2O30.030.05Mn3O40.040.10ZnO0.0020.0020.03光谱纯0.080.052.22.2 配方的选择配方的选择配方是生产高磁导率锰锌铁氧体材料的关键。通常在配方中提高 Zn 的比例可获得磁导率高的产品，目前高磁导率材料的配方(摩尔比)一般都确定为Fe2O3:MnO:ZnO=(51.5-52.5):(25.0-2

20、7.0):(21.5-23)。实际生产中必须严格控制成分偏移，成分的微小偏移都可能对锰锌铁氧体材料性能产生很大影响。要得到磁导率高的材料需注意以下几方面：首先必须设法使磁晶各向异性常数 K1和饱和磁致伸缩系数s 趋于零，饱和磁化强度 Ms 尽可能大，尽可能降低材料的外应力，形成精确而均匀的微结构。此外，在烧结过程中必须尽量避免 Zn 的挥发，可采用过量的 Fe2O3和ZnO，使磁晶各向异性常数 K1和饱和磁致伸缩系数 s 下降直至零。另外还必须考虑居里温度，因为过多的 Zn 也会降低居里温度，反而使材料失去实际使用的价值。投料时必须严格防止配方偏移。众所周知，MnZn 铁氧体的磁导率与该材料的

21、各向异性常数 K1，磁滞伸缩系数 s以与应力有密切的关系。当各向异性常数 K1和磁滞伸缩系数 s 接近于 0 时，材料就表现在有较好的初始磁导率。从 MnZn 铁氧体的三相组成成分相图可知当 Fe2O3含量大于 50时，其磁滞伸缩系数是正值和铁氧体其他部分的负值起局部抵消作用，使铁氧体的磁滞伸缩系数 s 具有较低的值。ZnO 含量增加可以减低 K1值，但相应的 Fe2O3含量就需要稍减，这样才能维持各向异性常数和磁滞伸缩系数等于 0 同时出现，从而提高 MnZn 铁氧体的初始磁导率，目前研究和开发的 MnZn 铁氧体基本遵守上述的基本成. . . . 6 / 25分选择原则。在实际研究过程中，

22、成分的选择有所侧重，过量的 Fe2O3在烧结时形成Fe2O4除了起着降低铁氧体的 K1值之外，还可以提高 Bs 和 Tc。Fe2+占据尖晶石结构 B位，增加了 B 位和 A 位上磁矩差，故 Bs 增加。Fe2+和 Fe3+是磁性离子，占据 A 位和 B位后增加了 AB 间超交换作用，Tc 上升。锰锌铁氧体在一定围增加 ZnO 和 Fe2O3。都可提高磁滞伸缩系数和 Bs，但各有侧重。增加 Fe2O3含量主要提高 Bs 和 Tc，但 Q 值下降。在高磁导率 MnZn 铁氧体中，通过 ZnO 过量可以大幅度提高初始磁导率，因为ZnO 过量能有效地促使各向异性常数和磁滞伸缩系数趋于零。同时，原材料的

23、纯度、杂质与活性对铁氧体材料的工艺和性能有很大的影响。在一样工艺条件下，原材料纯度的提高，意味着磁导率提高。纯度高、杂质少、粒度细和活性高的材料对防止烧结过程中形成巨晶是非常重要的，因为巨晶会影响铁氧体的微结构，阻碍固相反应，形成非磁性相，形成应力和退磁场，使材料矫顽力增大，功耗大，磁导率下降。因此在实际生产中，必须严格控制成分偏移，成分的微小偏移都可能对性能产生很大影响。要得到高磁导率材料要注意：必须设法让磁晶各向异性常数 K1 和饱和磁致伸缩系数趋于零，饱和磁化强度尽可能大，尽可能降低材料的外应力，形成精确而又均匀的微结构。此外，在烧结过程中必须尽量避免 Zn 的挥发。可以采用过量的 Fe

24、2O3 和 ZnO，使磁晶各向异性常数 K1 和饱和磁致伸缩系数下降直至趋于零，通常在配方中提高 Zn 的含量可以提高材料磁导率，但过多的 Zn 会降低居里温度而使材料失去使用价值。如下图：图图 2 21 1 磁导率与磁导率与 MnZnMnZn 铁氧体组成的关系铁氧体组成的关系2.32.3 粉料的制备粉料的制备制粉是锰锌铁氧体生产中一个相当重要的工序，它分干法和湿法两种：干法是将氧化物原料直接球磨混合，经成型和高温烧结制成铁氧体，该方法工艺简单配方准确，. . . . 7 / 25但烧结活性和混合均匀性受到限制，从而制约了其材料性能的完善。湿法有化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、超临界法与微

25、乳液法等，本文采用的是溶胶凝聚法。 溶胶一凝胶法是 20 世纪 90 年代兴起的一种新的湿化学合成方法，被广泛的应用于各种无机功能材料的合成当中。此法是将金属有机化合物如醇盐等溶解于有机溶剂中，通过加入纯水等使其水解、聚合、形成溶腔，再采取适当的方法使之形成凝胶，并在真空状态下低温干燥，得疏松的干凝胶，再作高温煅烧处理，即可制得纳米级氧化物粉末，凝瞍的结构和性质在很大程度上取决于其后的干燥致密过程，并最终决定材料的性能。此法制备的粉体纯度高，均匀性好，粒经小，尤其对多组分体系，其均匀度可达到分子或原子水平。烧结温度比高温固相反应温度低，晶粒大小随温度和时间的增加而增大。完全晶化温度约为 750

26、左右。与共沉淀法相比，该法合成的纳米粉体仅在烧结时才出现团聚，且在不高的温度(700800)晶化完全。这样可以节约能源，避免由于烧结温度高而从反应器中引入杂质，同时烧前易部分形成凝腔，具有较大的表面积，利于产物的形成。是一种较好的制备超微粉的方法。2.42.4 添加剂的选择添加剂的选择为了进一步改善铁氧体的电磁性能，除了合理选择主配方外，还与所添加的杂质元素有关。铁氧体取得优良的性能是通过严格控制成分和组织获得的，而目前掺杂已成为改变软磁铁氧体微观组织和性能的主要手段之一。在铁氧体的原料中掺杂添加剂，主要起着控制动力学反应，控制晶体微观结构，调整晶粒部参数。在高温时参与固相反应，使添加剂或存在

27、于铁氧体晶界，或固溶于晶粒部，从而提高了磁体的综合性能。在 MnZn 铁氧体中加入 TiO2可以改进材料的电性能和磁性能。扫描电子显微镜和能谱仪分析显示：Ti4+均匀地分布在晶粒的表面，在高导配方中掺入少量的 Ti4+可以促进晶粒的均匀增长。添加了钛离子的高导铁氧体，其结构和磁性能更巩固了，因为 Ti4+离子和 Fe2+离子配对并占据了水晶格的八面体位置。当 Ti4+进入晶格时，在 B 位出现2Fe3+Fe2+Ti4+的转化，不仅增多了 Fe2+，还由于 Ti4+的离子半径（0.69）和 Fe2+的离子半径（0.83A）均比 Fe3+的（0.67A）大，从而改变晶体的晶场特性，但过量的Ti4+

28、使磁晶各向异性常数 K1更大，反而会使 ui下降。Ca2+半径较大，常富于晶界，生成非晶质的中间相，从而增进晶界电阻，降低损耗，提高 Q 值。故 CaO 在 MnZn 铁氧体中所起的作用主要为改善电磁性能的作用，同时这也. . . . 8 / 25可抑制晶粒生长。当配方使用时，可以显著地增加铁氧体的电阻率，从而降低损耗因素。此外，在高磁导率材料中掺入少量的 Bi2O3 和 CaO 可以改善材料高频性能，在100kHz 以下磁导率均保持在 7000 左右；以 SO3 和 CaO 为掺杂物生产的高磁导率材料，在磁导率明显提高的同时还改善了比损耗系数；还可以用掺入 MoO3 的方法改进烧结工艺，使材

29、料磁导率明显提高。因为高原子价的 Mo 存在于晶界附近，增加晶格的空位，提高晶界的移动能力，从而促进晶粒生长。所以掺杂是改善和提高材料性能的有效措施。 图图 2 22 2 磁导率与磁导率与 MoOMoO3 3添加量的关系添加量的关系2.52.5 预烧料的制备工艺流程预烧料的制备工艺流程对于高磁导率锰锌铁氧体原料的制备，采用溶胶一凝胶法较好。具体工艺工艺步骤如下：按 m（Fe2O3）：m（MnO）:m(ZnO) =69.2:15.5:15.3 称量并混合，采用振动球磨机混合 25 分钟，得到红色固体混合物，该混合物进料量为 25Kg/分钟。在 800 度下的回转窑进行预烧，充分固相反应得到黑色粉

30、末，随后用振动球磨机促粉碎 30 分钟，投入砂磨机中细粉碎 90 分钟。具体的工序流程下图所示：图图 2 23 3 锰锌铁氧体原料的制备工序流程图锰锌铁氧体原料的制备工序流程图材料检验试验配料材料混合一次球磨脱水烘干预压预烧检查. . . . 9 / 253 3 高磁导率锰锌铁氧体制造工艺高磁导率锰锌铁氧体制造工艺探讨探讨3.13.1 生产工艺流程生产工艺流程工艺流程的选择，对于生产企业来说，都是至关重要的。选择好的工艺流程，不但可以节约成本，还可以提高产品质量，从而达到双赢的目的。针对高磁导率锰锌铁氧体材料的制备，一般采用的都是如下工艺流程。如下图所示： 图图 3 31 1 锰锌铁氧体制备工

31、艺流程锰锌铁氧体制备工艺流程3.23.2 成型工艺成型工艺探讨探讨成型是将制备好的粉料按照产品要求压制成具有一定的坯件形状的过程，在软磁铁氧体制造过程中常常选用干压成型方法。成型对磁芯的几何尺寸、外观、电磁性能都有极大的影响。成型坯件密度尤为重要，坯件密度不均匀，会导致烧结产品出现开裂、起层、变形等缺陷。成型是批量生产中控制难度较大的工序之一，它对颗粒料的粒度、流动性、粘接性、模具、压机以与调试人员。操作人员的要求都比较高。压机操作不当、使用颗粒料的特性不好、模具设计不到位，都会造成产品微观结构不均匀，部出现裂纹。颗粒料的流动性决定着颗粒料在模腔的填充速度和填充效果。模具设计应根据产品形状、坯

32、件的收缩比、颗粒料的装料比、可成型性等，综合考虑其压制方向、相关尺寸、模腔高度、凹模脱坯锥度。对于高磁导率铁氧体来说，粉体的压制也是重要的工序。我们知道，生坯密度的原料混合球磨脱水制备搅拌碎粒造粒二次干燥混合整粒成型烧结磨加工成品检测分选. . . . 10 / 25大小和均匀性与气孔率都对产品的磁导率有很大的影响。目前，大多数厂家都采用干压成型技术，效率高，但生坯部密度不太均匀，而且加大压力对提高生坯密度的效果不明显，过大的压力会导致生坯层裂、断裂等。为了弥补干压成型的缺陷，可采用等静压方式压制，特别是对磁头材料大部分都采用此种方式压制。除此以外，压坯的显微结构将在很大程度上影响烧结体的显微

33、结构，从而影响材料的性能。3.33.3 烧结工艺烧结工艺探讨探讨软磁铁氧体材料的烧结过程是一个物理和化学变化的结合过程，它对磁芯几何尺寸和电磁性能起着决定性作用。对高磁导率材料来说，要得到密度高、气孔率低、晶粒大而均匀的铁氧体磁芯，就必须在烧结时严格控制烧结温度、烧结时间和烧结气氛，同时要控制 Mn 离子和 Zn 离子的变价、防止出现 Zn 的高温挥发配方偏移，又要保证铁氧体固相反应完全和抑制巨晶形成。3.3.13.3.1 烧结技术烧结技术对高磁导率的锰锌铁氧体来说，好的烧结方法将决定其产品的性能。本文采用的是微波烧结。对于常规烧结，起始磁导率与铁氧体平均晶粒直径成正比，与晶界厚度和气孔成反比

34、。烧结温度过低，晶体生长不充分，晶粒过细，晶界较厚，气孔分散于晶粒部，对畴壁位移阻滞较严重，因而其起始磁导率和烧结密度较低，但由于晶界厚，其晶界电阻率较大，故高频下涡流损耗低；随着烧结温度的升高，晶粒逐渐长大并变得均匀，晶界变薄，气孔率逐渐被排除，起始磁导率和烧结密度逐渐增大。1230的烧结温度下保温 3h，可以得到适宜的起始磁导率和烧结密度，氧分压越低，磁导率越高，电阻率越小，密度越大，但氧分压低于 5%后烧结密度不再增加。而微波烧结则是利用锰锌铁氧体所具有的良好的吸波能力，在高频电磁场中，通过其介质损耗和磁损耗，将微波能转化为热能而进行烧结。微波烧结过程中，热量的产生来自于材料本身与微波的

35、耦合，而非来自于外加热源的热传递，因此微波加热是种体积加热。由于大多数铁氧体材料对微波具有很好的透过度，因此微波加热是均匀的，而且微波加热使得材料部温度高于表面温度。微波加热的特性使得微波烧结与常规烧结有着很大的不同，与常规烧结相比，烧结温度大幅度降低；烧结时间缩短，致密速度加快；比常规节能 70%90%，降低了烧结费用；并且微波烧结安全无污染。微波烧结降低了烧结活化能、增强了扩散动力，微波加热方式不但大大优于传统加热方式，且利用微波烧结技术烧结的高磁导率锰锌铁氧体材料的各项性能均达到或超过传统烧. . . . 11 / 25结方式的产品。3.3.23.3.2 烧结温度烧结温度高磁导率材料的烧

36、结温度一般在 1400左右，个别超过 1450，晶粒生长过大，产品性能难以提高。所以，向其中掺入微量改性添加剂，抑制晶粒生长过大，从而提高产品性能。通过实验表明，随着烧结温度的不断升高，样品的损耗先降后升，这样损耗随着烧结温度的升高出现了一个最小值。在 50kHz 的交底频率下，剩余损耗所占比重较小；而高磁导率锰锌铁氧体的电阻率达到 106108m，涡流损耗不与磁滞损耗。由于测试是在 B150mT 的强磁场下进行的，这时要限制不可逆壁移已不可能，故希望材料的磁滞回线越窄越好，因此要求材料的密度高，晶粒大而均匀，晶界薄而整齐，气孔少。如下图所示，样品在烧结温度下的损耗和起始磁导率的变化。图图 3

37、 32 2 样品的损耗和起始磁导率随烧结温度的变化样品的损耗和起始磁导率随烧结温度的变化3.3.33.3.3 平衡气氛烧结与冷却平衡气氛烧结与冷却任何金属氧化物的存在都有其特定的环境条件，如温度、周围气氛中的氧气含量等。为了保证金属氧化物不会发生氧化或还原，温度越高，则周围气氛中的氧气含量也应越高；而且温度越高，其发生氧化或还原的速度也越快。在保温过程中，要形成期望的铁氧体成分，必须达到组成铁氧体的金属氧化物成分生成的温度和气氛条件；而在冷却过程中，必须保证这些氧化物存在的温度与气氛的平衡，即随着温度的下降，气氛中的氧气含量也必须同步降低，否则，就不能将高温形成的铁氧体成分保持至常温。就锰锌铁

38、氧体的来说，其平衡气氛围比较狭窄，平衡氧分压比较低。在氧含量较低的气氛下，未发现 Mn2+氧化，只有在氧含量较高时，才发现 Mn2+氧化成 Mn3+，生成. . . . 12 / 25Mn2O3的化学反应。由此可见，在烧结保温段和冷却段，Fe2+的氧化比 Mn2+更活跃。Mn铁氧体冷却时的氧化、分解的最高速度区域也只集中在 1050左右，而在 750以下，其氧化速度相当低。若在平衡气氛中冷却，或在低的氧分压下，Mn 铁氧体则不易发生氧化、分解反应。因此，在讨论锰锌铁氧体的烧结与冷却过程中的平衡气氛时，关注的核心问题就是铁氧体中的 Fe2+与 Fe3+之间的变化。3.3.43.3.4 常规工艺与

39、新工艺的比较常规工艺与新工艺的比较在常规工艺的烧结中存在以下难点：（1）烧结初期，气孔细小且均匀密布于界面上，而且多数是封闭的气孔，呈不规则的多面体，随着温度的升高，气孔表面逐渐接近于球形，表面能变小，气孔更稳定；同时气孔中的气体随着温度升高压力增大，小气孔的压力相对较大，则逐渐迁移到较大的气孔中，当然也可能向晶粒部扩散。气孔的作用类似杂质，其存在阻碍晶粒成长，从而影响磁芯电感、阻抗等。（2）烧结中期，晶粒开始形成并成长，同时晶粒由于大小不一致且不均匀，引起晶界上的能量不平衡，在表面能的作用下，较大晶粒开始吞并较小晶粒，使其晶粒进一步长大，故不能再继续升温，而是延长保温时间，让晶粒均匀化。（3

40、）烧结后期，起始磁导率 i随烧结温度的升高而快速上升，温度在升高，则成趋缓状态，达到最大值后开始下降。显微结构直接影响锰锌铁氧体的磁性能，特别是对磁导率 i影响显著。在烧结温度较低时固相反应不完全，晶粒较小，所以随烧结温度的提高使起始磁导率 i快速增加，固相反应趋于完全，晶粒生长较大且均匀；再提高烧结温度，晶粒会出现异常长大，起始磁导率 i会缓慢上升，继续提高烧结温度，起始磁导率反而下降。. . . . 13 / 25ACME烧结工艺010020030040050060070080090010001100120013001400012027037044076083088291296099312

41、600510152025溫度PO2图图 3 33 3 一般烧结工艺示意图一般烧结工艺示意图而在新工艺中，常温到 400，研究温度点、升温速率与添加剂挥发速度间的关系，从而回避了因时间降低而导致的脱脂裂；在 6001100 度为晶粒形成与平缓成长区，但是此时存在着部分未排除，气孔的存在阻碍了晶粒的成长。在此段先升至某一段然后持温，再次升至中温，持温，同时降低氧含量，形成二次晶粒成长，同时在此氧含量下，晶粒可以形成大而均匀，对磁芯性有大幅度的帮助。通过改变脱脂工艺，脱脂段快速升温，到脱脂温度时，回火至 800，保温 2 小时，总的脱脂时间比同行业下降 50%，有效提高脱脂率与生产效率；烧结工艺采用

42、升温到1050后下降至 800，氧含量随之下降至 0.65%，持温与气氛 2 小时，升温至 1380，持温 3 小时，以 3/min 降至 1000，1000以下以 5/min 降温工艺，解决了烧结过程中充分利用能源，减少烧结炉的使用时间，提高生产效率问题。通过研究，找出降温速度与产品产生龟裂的平衡点，然后快速降温。. . . . 14 / 25烧结工艺曲线图02004006008001000120014001600020040060080010001200时间（min）温度（）0%5%10%15%20%25%温度气氛图图 3 34 4 新工新工艺烧结工艺示意图艺烧结工艺示意图3.43.4 磨

43、加工工艺探究磨加工工艺探究通过磨加工可以使产品达到图纸上规定的尺寸精度，可以满足客户要求的机械尺寸和外观。在企业生产中，烧结后的磁芯只有极少部分可以直接使用，因为在烧结的过程中磁体一般会发生形变，所以，烧结成的磁体都要经过磨加工工艺。磁芯的磨加工方式通常有直线通过式、圆盘通过式、圆盘周期式等。直线通过式的加工效率高，但它需要下垫砂带、钢带，而且磁芯相对于台面也在移动，但是其精度较差，对电感量一致性要求较高和用户需要批量开气隙的磁芯，该加工方法存在隐患。采用圆盘周期式磨床加工时，由于磁芯与台面相对固定，且不垫任何介质，因此加工精度较高，适合于加工小型磁芯，其缺陷是磁芯磨损（掉快）会严重一些。对于高磁导率的锰锌铁氧体来说，磨削速度一般控制在 60m/s，为了减少成本，磨