铁氧体生产工艺技术课件

软磁铁氧体材料大生产工艺控制技术一、软磁铁氧体现状及发展教学目标

熟悉软磁铁氧体的基本用途，生产现状，发展方向职业技能教学点：

1、基本应用，2、国内概况，3、常用工艺流程，4、发展方向应用概况

软磁铁氧体，易磁化，也易退磁，适于高频应用。

国内软磁铁氧体磁芯产量中80—90wt%用于消费类电子设备中。

消费类电子产品中使用软磁铁氧体磁芯大致分为以下四类

1）、U型，E型功率材料磁芯：主要用于开关电源变压器，回扫变压器，枕校变压器和行推动器等

锰锌功率铁氧体

EI型磁芯

锰锌功率铁氧体

UF型磁芯

锰锌功率铁氧体

EC型磁芯

锰锌功率铁氧体

RM型磁芯

开关电源变压器2）、用高阻率的MgMnZnFe2O4系铁氧体制成的偏转磁芯。

3）用高磁导率的锰锌铁氧体制成的电源滤波器磁芯。如UF型，EE型，日字型磁芯等

适用于频率50hz，额定电压400v的配电系统中。根据系统感性无功量的多少，自动快速的调节无功电流的输出，使系统无功功率得到快速补偿，从而提高电网电压质量，减少系统和变压器损耗，达到节能的目的。无源滤波器

防变频器在工作时输入端对电网及其它数字设备产生干扰变频器输入端电源滤波器电磁屏蔽专用滤波器在很宽频带（20KHZ-10GHZ）范围内具有极高的插入损耗（大于50dB），极佳的高频干扰抑制特性

4)用高频镍锌铁氧体制成的多种电感线圈，小型固定电感器。其形状种类众多，主要有：工字型磁芯，螺纹磁芯，帽形磁芯，双孔磁芯等。

SP型贴片功率电感用于笔记本电脑、网络通讯SPE型贴片功率电感用于便携式通讯设备SMD屏蔽型功率电感器

国内概况-生产及市场需求信息化的基础是网络，网络的优化和对信息消费的需求使得人类对网络终端的数量和质量提出了越来越高的要求。软磁材料作为电子信息产品主要构件之一，在网络终端中的应用十分广泛。网络终端有手机、PC、笔记本电脑和数字电视终端等。数字电视终端主要由平板电视构成，而平板电视主要又有液晶电视(LCD)和等离子(PDP)电视两大门类，而上述终端都无一例外需要用到软磁体。因此，未来数年内，软磁材料依然会保持较高的发展速度。生产及市场需求预计由于电子信息产业的推动，未来五年中世界对软磁铁氧体的需求将继续保持在10%～15%的增长率水平。另外，新型绿色照明技术、电子产品数字化、汽车电子、表面贴装技术等的飞速发展，进一步增加了软磁铁氧体的市场需求，对软磁铁氧体和元件带来良好发展机遇。软磁铁氧体材料的制备

国内常用制造软磁铁氧体的工艺流程

配料→｛A：湿混→烘干→制坯；B：干式强混→造球｝→预烧→粗粉碎→砂磨→喷雾干燥造粒→成型→烧结→磨加工→检测。

研究方向为适应电子元器件小型化，微型化的需要，国内外都在致力于开发两大类磁性优异的材料，宽带变压器用的高磁导率铁氧体（VHP）和开关电源用的低功耗铁氧体（LPL）。

二、软磁铁氧体的主要性能教学目标

熟悉软磁铁氧体的主要磁性参数以及对使用的影响职业技能教学点：

1、复数磁导率；2、磁导率的稳定性。

软磁铁氧体的主要技术参数有初始磁导率μi居里温度Tc（℃）剩磁Br（mT）比损耗系数tgδ/μi（x10-6）、比温度系数αμ/μi（x10-6）、矫顽力HCJ（A/m）减落因素DF（x10）、饱和磁通密度B（mT）、密度d（g/cm3）（一般小于4.5～4.9g/cm3）电阻率ρ（Ω.cm）、功率损耗Pc（mW/g）MnZn高磁导率磁芯复数磁导率

高磁导率铁氧体磁芯主要应用于？1.局域网隔离变压器和共模滤波器这些器件在计算机联网用的网卡中是必备的

2.场致发光电源变压器：许多钟、表、BP机笔记本电脑话频（300—3400Hz）变压器3.程控交换机中的话频变压器目前多用EP13高磁导率磁芯……

提高μi、低Hc的软磁材料的途径①、提高Ms值②、降低K1值、λs值降低K1值、λs值的途径有：a、非磁性离子Zn、Cd（镉）等的置换：b、K1抵消法：

c、降低σ值d、减少夹杂物、提高密度、增大晶粒尺寸。磁导率的稳定性

磁导率的频率稳定性——磁谱μi和共振频率fr满足fr（μi-1）=γMs/3π或fr（μsi-1）=3Ms/βDμsi为静态初始磁导率，β为阻尼系数，D为晶粒尺寸（P70）图3.2.1是NiZn铁氧体的典型磁谱。从上可知，当磁性材料应用于高频时，为了避免驰豫与共振损耗，就要相应地降低μi值μi的温度稳定性Mn-Zn、Ni-Zn铁氧体的μi-T曲线在居里点剧烈下降，十分陡峭。利用该特性的热敏铁氧体元件已广泛应用于30-200℃范围内的30～200℃范围内的温度控制器中。

提高μi温度稳定性降低温度系数的途径⑴非磁性离子的置换如以Al3+等非磁性离子来置换Fe3+，可以使各向异性常数减少，从而改善温度系数。⑵利用形状退磁因子来改善温度系数用退磁场样品制成一定的形状（如存在一定的空隙等），也可将已烧成的铁氧体研碎后，再用绝缘介质均匀混合制成磁介质，对一般烧结铁氧体，细化晶粒在一定程度上也能降低温度系数

提高μi温度稳定性降低温度系数的途径磁导率的时间稳定性

磁导率随时间的延长而逐渐下降，一部分是由于材料内部结构随时间变化而引起磁导率的下降，这种变化是不可逆转的，称为老化老化?减落?

磁导率随时间的延长而逐渐下降一部分是可逆的，即经过重新磁中性化后可以恢复原值。这种随时间的变化称为减落。

防止阳离子空位的产生，在工艺上采用平衡氧气氛烧结，在配方中附加少量添加物，如：CaO、SiO2、TaO5（钽）、ZrO2等。降低减落的主要措施?三、锰锌铁氧体的制备教学目标

熟悉锰锌铁氧体的配方、烧结工艺原理职业技能教学点：

1、配方对电磁性能的影响；

2、烧结气氛对产品质量的影响。

引入新课：

锰锌铁氧体在其使用的频率1000Hz～5MHz范围内具有较其它铁氧体更多的优点。如：铁滞损耗低、起始磁导率（μi）大、居里温度高等，而且价格较便宜。因而生产量大，在低频段应用很广配方高磁导率铁氧体的基本配方Fe2O350.5～55.5%（mol%）、MnO16.5～35.5%（mol%）、ZnO14～28%（mol%）。含铁量较小时损耗很大；含铁量较高而含锌量低时μi太小；含锌量过大时居里点太低。高磁导率MnZn铁氧体EC型磁芯

高磁导率MnZn铁氧体EP型磁芯

高磁导率MnZn铁氧体RM型磁芯

高磁导率MnZn铁氧体EE型磁芯

功率铁氧体的配方功率铁氧体主要用于变压器磁芯，工作于高功率状态。要求高饱和磁化强度、低损耗。开关电源变压器的功率铁氧体的参考配方为：Fe2O375wt%、ZnO23wt%、CoO1wt%、Al2O30.5wt%、SiO20.1wt%、CaO0.4wt%。性能指标为：Bs=500mT（25℃）Bm=400mT（100℃、H=2000A/m）、Br=80Mt、Hc=150A/m、μ=70。

MnZn功率铁氧体EC型磁芯

开关电源变压器

开关电源变压器

开关电源变压器开关电源变压器添加物的选用CaO、SiO2

少量Ca2+的添加基本上不影响初始磁导率以及磁滞与剩磁的损耗，而显著地降低涡流损耗，使Q值大幅度提高。

为了提高材料的μQ值、同时改善稳定性，通常将CaO与SiO2、CeO2、Ta2O5、V2O5、SnO2、InO3、ZrO2、Nb2O3等高价离子合并使用。

CaO-SiO2组合可以显著的提高MnZn铁氧体的电阻率，从而降低损耗因数。SiO2含量不宜过大（低于0.5wt%），否则促使晶粒非连续长大。

Ti4+、Sn4+、Ge4+、V5+等高价离子Fe2+除取决于基本配方与气氛中，亦可通过添加高价离子进行控制。Sn4+、Ge4+等起着与Ti相似的作用，有利于降低损耗。Co2O3

Co2+与Fe2+在合适的组合条件下可以获得十分平坦的μi

–T曲线。除了上述Ca，Si，Ti，Co等离子添加物外，其它还有添加Al2O3以改善温度稳定性，添加WO3，P2O3。CuO等以促进良好的显微结构。

低损耗，高稳定性实例

Fe2O3：MnO：ZnO=54：36：10，附加：0.06wt%CaO，0.02wt%SiO2，0.15wt%Co2O3，2.0wt%SnO2，1180℃在0.6wt%O2的氮气氛中陪烧，8hrs样品性能如下：μi=1100。Qf=240℃，tgδ/μ=0.8x10-6（100KH2）DF=1.5x10-6，Δμ/μ2ΔT=（0.5+0.04）x10-6℃（ΔT：-20—+80℃）烧结气氛的影响平衡氧气氛烧结对制备MnZnFe2O4是十分重要的，但在大生产中，要连续调节气氛使产品处于平衡氧压下降温是比较困难的。⑴分段控制气氛⑵真空烧结法

⑶高压充氮法⑷氮气烧结法

⑸淬火法⑹燃烧铁氧体

⑺助溶剂法

通常采用什么方法控制?真空烧结法

常用的窑炉有真空烧结炉、钟罩窑。用真空泵控制升温、保温、降温各阶段氧分压的大小。特点是冷却较慢、设备复杂、生产周期长、产量低。可用于生产形状复杂、尺寸大、量小的产品。可控制烧结温度曲线，自动控温。

SDR系列真空烧结炉真空烧结炉SRD系列真空烧结炉氮气烧结法通过调节烧结窑炉（氮气推板窑、辊道窑）中氮气的流量以控制氧气氛。目前常采用分阶段气氛冷却法——即将降温段分为几个温区，每一温区取一定的氧分压，其平均效果可接近于平均氧分压法。常用于生产高μQ、高稳定性的软磁铁氧体

四、镍锌铁氧体的制备

教学目标

熟悉锰锌铁氧体的配方、烧结工艺原理职业技能教学点：

镍锌铁氧体（NiZnFe2O4）的基本配方；添加剂的影响；NiCuZnFe2O4中Cu的作用原理

在1～100MHz范围内，NiZnFe2O4应用最广泛。使用频率高、频带宽。由于Ni2+不易变价，故可在氧气氛中烧结，以避免Fe2+离子的产生。电阻率ρ可达106Ω.cm以上。缺点是：Ni资源缺乏，故生产成本较高。基本配方1、Fe2O3的含量接近于50mol%时，μi最高。对（Ni0.32Zn0.68O）1-x（Fe2O3）1+x的配方，1、

当x＞0时，密度随x值的增加而下降，从而导致μi值的下降2、当x＜0时，会产生非磁性相，因而μi随x负值的增大而下降；3、随着Ni含量的增加，Fe2O3的下降，这主要是由于偏离λs、K1较小的区域4、ZnO含量因使用频率与具体用途而异，当用于1MHz以下较低频段时ZnO含量可适当提高，甚至可达35%。使用频率的增高，要求ZnO含量随之减小，甚至可低到百分之几（摩尔比）NiZnFe2O4用于大功率高频场中（因此称为高频磁）需要的是高饱和磁感应强度。通常取NiFe2O4：ZnFe2O4=60%：40%的配比即Ni0.6Zn0.4Fe2O4。NiZn功率铁氧体H型磁芯NiZn功率铁氧体BH型磁芯添加剂的影响1、添加Co2O3

在NiZnFe2O4中添加少量的钴，可以产生感生各向异性，有利于提高截止频率，降低损耗。另一方面由于Co3+的存在，将会在μi-T曲线上呈现第二峰，有利于改善温度特性。

2、添加BaO

Ba2+半径大，加入后使局部区域晶格畸变，磁晶各向异性常数Ko（n＞1）的值有一定增加，从而有可能得到平坦的μi-T曲线和低的高频损耗。

3、添加SnO2

NiZnFe2O4在烧结中，伴随Zn离子的挥发，相应地有部分Fe3+转变为Fe2+，使电阻率下降。含Sn的NiZnFe2O4电阻率高、涡流损耗小，可作为高频（0.1～75MHz）的感抗磁芯4、添加SiO2、Bi2O3

添加Bi2O3主要起降低熔点和致密化的作用。Si4+（0.41A）进入晶格相应的产生Fe2+，改变了磁晶各向异性常数，导致负的温度系数。如果只加入SiO2，则只有当温度大于1300℃时，Si4+进入晶格，而在高温下烧结，将使晶粒长大。而当SiO2和Bi2O3组合添加时，Si4+可在较低的温度下进入NiZnFe2O4晶格，同时得到细晶粒。

NiCuZnFe2O4中Cu的作用原理广乏用于广播电视、收录机、录像机、通信设备、程控交换机、计算机等整机。片式电感器的用途NiCuZnFe2O4

片式电感器的关键材料多层片式电感器（MLCI）的工艺技术关键

实现软磁铁氧体和纯银内导体材料的共烧结，这就要求其中的软磁铁氧体必须兼备低温烧结和高性能的特点。这主要有两个方面的原因

1、Cu与NiCuZn铁氧体总的其它组分在烧结过程中形成低共熔物，导致在较低温度下出现液相，再通过液相传质和粘结作用，促进烧结。

2、CuFe2O4和NiZnFe2O4形成固溶体，在烧结过程中，CuO会进入晶格形成NiCuZn尖晶石固溶体，其烧结机制为过度液相烧结，有利于获得电磁和机械性能优良的材料。NiCuZnFe2O4是在NiZnFe2O4基础上引入第三组元CuO构成的。CuO对实现该系统材料的低温烧结，以保证片式电感器全Ag内电极的实现起到关键作用。

CuO具有明显的降低烧结温度的作用。当CuO增大到x=0.275时，烧结温度降到960℃，x再增大，烧结温度不再下降。

课后小结1、NiCuZnFe2O4的基本配方：⑴Fe2O3接近于50mol%时，μi最高；（Ni0.32Zn0.68O）1-x（Fe2O3）1+x的配方，结果显示：当x＞0时，密度随x值的增加而下降，从而μi值的下降；当x＜0时，会产生非磁性相，也会导致μi下降。⑵通讯用NiZn铁氧体的配方与截止频率的关系2、添加剂的影响；NiCuZnFe2O4中CuO的作用。作业1、简述NiCuZnFe2O4的基本配方、基本用途及对主要参数的要求？2、NiCuZnFe2O4中，CuO的加入起到了哪些方面的作用？3、NiCuZnFe2O4铁氧体主要应用在哪些场合？

氧化物生产铁氧体

(一)

§1.4氧化物法制造铁氧体一、原料的分析与处理1、原料的含杂量

;

原料中存在的杂质对铁氧体的电磁性能影响很大，尤其是有害杂质的含量不能超过允许值。

2、氧化铁（Fe2O3）原料的制备氧化铁（Fe2O3）的分子量为159.70，常温下呈深红色粉末状态，不溶于水。氧化铁的化学活性与其制造方法有关，工业产品常以硫酸盐（FeSO4）、盐酸盐（FeCl2）或草酸盐（Fe2（C2O4）3）为原料。例：用硫酸亚铁制备氧化铁，其反应过程：氨水沉淀：FeSO4+2NH4OH→Fe（OH）2↓+（NH4）2SO4空气氧化：2Fe（OH）2+O2/2→2FeOOH（铁黄）+H2O铁黄热分解：2（α—FeOOH）4000Cα—Fe2O3+H2O由铁精矿制备铁红的工艺流程：

磁铁矿→球磨、磁选→精选矿（含全铁70%）→酸洗（盐酸或硫酸）→亚铁盐溶液→提纯→碱式碳酸盐→煅烧→α—Fe2O3二、原料、混合与粉碎原料确定之后，配方是决定产品性能的关键。对铁氧体配方，人们已积累了丰富的经验，通常用化学分式（分子式）表示配方。

例如：BaFe12O19，

Mn0.75Zn0.25Fe2.1O4

物料的混合粉碎物料的混合粉碎是铁氧体生产的必须工序。作为混合的设备有滚动球磨机、振动球磨机、砂磨机、强混机等。粉碎机有连续（管磨）球磨机，雷蒙粉碎机等。1、滚动球磨机（1）、滚动球磨机的转速（a）雪崩式：（b）瀑布式：（c）离心式：n最佳=32/√D（r/min）+C（r/min）

2、砂磨机振动筛鄂式破碎机CW卧式滚动球磨机球磨机球磨机LKS系列砂磨机

（2）钢球大小现除永磁铁氧体采用等径（φ6—φ8mm）钢球外，软磁、旋磁、矩磁、压磁仍采用混合钢球，球径d要求在：1/18D＞d＞1/30D（D＞0.2m）1/6D＞d＞1/10D（D＜0.2m）传统大钢球：中钢球：小钢球=15wt%：25wt%：60wt%（3）筒体与钢球的质量球磨过程中，筒内壁，钢球有磨损，主要成分为Fe，一般在配方中适当减少相应的Fe含量，另外，钢球采用高硬度，耐磨的轴承钢球，筒壁内衬采用高锰钢板。

（4）球磨方式、时间与固液比常规球：料：水（wt）=1.5～2：1：1～1.5现在一般，4：1：1.5～2，6：1：1.5～2试验：12：1：1.5～2要获得最佳球磨效果，球、料、水的总体积约占筒容量的50—75%，超过则降低球磨效率。四、预烧

预烧用的回转窑预烧

将配方一次球磨（混合）后的原料，造粒或预压成块或饼，在900—13000C左右，保温2—4h其目的是使各类原料初步铁氧体化（初步固相反应），减少烧结时产品的收缩，常用的预烧设备：回转窑，钟摆窑，推板窑，箱式电炉等。预烧有最佳烧结温度，若预烧温度过低，则固相反应不能充分进行，若预烧温度过高，则最佳烧结温度范围较窄。

课后小结：一、原料的分析处理：1、原料的含杂量，2、主要原料Fe2O3及制备。二、原料配方计算：1、摩尔比，2、摩尔百分比，3、重量百分比，4、投料量。三、混合与粉碎：1、滚动球磨，2、砂磨与分级球磨四、预烧，初步铁氧体化

作业布置：1、制备锶永磁铁氧体（SrO6Fe2O3），预烧料1000Kg，已知SrCO3的分子量为147.6，Fe2O3的分子量为159.7，SrCO3的纯度为98%，Fe2O3的纯度为98.5%，试计算两种原料的投放量为多少Kg？

第六讲氧化物法生产铁氧体（二）

教学目标：熟悉氧化物法生产铁氧体的成型，烧结工艺。职业技能教学点：一、成型工艺：1、粘合剂；2、造粒；3、成型方法。二、烧结工艺：1、升温阶段；2、保温过程；3、降温过程。教学设计：复习——讲授——小结——作业布置教学手段：课堂讲授，用烧结设备图片做辅助教具复习上次课重点：一、原料的分析处理：二、原料配方计算三、混合与粉碎：四、预烧：

新课教学：§1、4铁氧体氧化物法的烧结（二）五、成型1、粘合剂对粘合剂的要求：（1）

粘性好;（2）对铁氧体原来成分无影响;（3）挥发温度不要太集中;成型工序大生产概况产品成型用的压机产品成型用的压机产品成型用的压机产品成型用的压机2、造粒（制造颗粒料）3、成型方法及工艺（1）干压成型

（2）磁场成型（二章，永磁）（3）热压铸成型（4）应力取向成型（二章，或塑磁）；（5）注浆成型：铁氧体生产及少使用；（6）流延法成型：

干压成型过程易出现的问题和原因：①

横裂（层裂、起层）原因：a成型压力过大，压制时空气被压缩，脱模时发生弹性膨胀（回弹）而造成层裂；b、凹模的脱模斜率（锥度）过大。C、料粉干湿不均匀或粘合剂不均匀存放时间过长等。②

纵裂原因：a、脱模时坯件受力不一致，b、装料不均匀，c、芯杆无脱模斜度，脱模时坯件内外膨胀不一致。

③龟裂原因：a、未压紧，b、烧结时发生氧化。④坯件密度不均匀:原因：a颗粒流动性不好，b、装料不均匀，c、加压时间短，使内部压力不均匀，d、模具刷油过多，油浸入内部。

六、烧结1、升温阶段：升温过程大致分为四个阶段：（1）从室温～1000C;（2）100～3000C（3）300～6000C（4）600～10000C在保温阶段：3、降温过程：几类产品的开裂课后小结：一、对粘合剂的要求①粘性好，能吸附水；②易挥发，不残留；③挥发温度不过于集中，1000C＜T＜6000C。二、干压成型特点：生产效率高，易于实现自动化，双向加压均匀，压力范围300～500ｋg/cm2三、烧结的意义，烧结过程的升温，保温，降温三个阶段，容易出现的质量问题作业布置：1、干压成型粒料制备对粘合剂有哪些要求？2、烧结分为哪三个阶段，在每个阶段中应注意哪些方面？3、烧结过程中，容易出现哪些质量问题？怎样区别？

盐类分解法和共沉淀法制备

铁氧体粉料

§1、5盐类分解法常温下极不易稳定的（如MnO，CaO，Li2O，BaO等）、或者活性不好（如惰性Al2O3）的氧化物原料，常采用相应的碳酸盐（如MnCO3，LiCO3，BaCO3）或氢氧化物（如Al（OH）3）替代.

MnCO3→MnO+CO2↑,Li2CO3→Li2O+CO2↑刚分解出的氧化物活性好，有利于固相反应的进行。

针对氧化物活性较差的特点，为了增进原料的活性，可采用锰锌铁等金属的硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐或草酸盐作为原料，将它们按比例混合加热分解，分解时得到活性较大的氧化物，同时部分的铁氧体化。

BaCO3→BaO+CO2↑，

2Al（OH）3→Al2O3+3H2O将盐类分解法与喷雾技术相结合而发展起来的喷雾热解法现已广泛应用于软磁铁氧体，六角晶系等材料的制备中。§1.6化学共沉淀法将铁及其它金属的盐（SO42—或Cl—）按比例配好，在溶液状态中均匀混合，再用强碱如NaOH，NH4OH或（NH4）2C2O4，（NH4）2CO3等盐类作沉淀剂，将所需的多种金属离子共沉淀下来化学共沉淀法制备铁氧体粉料，是高质量铁氧体的重要工艺。沉淀剂的选择十分重要，早期采用NaOH作沉淀剂，但由于所得沉淀呈胶体状，Na+很难洗涤干净，残留的Na+对磁性影响很大，导致密度，磁导率急剧下降，沉淀剂的选择十分重要，目前大多采用胺盐，例如NH4OH，（NH4）2CO3等，如仅用NH4OH，由于生成易溶于水的络合物，如[ZN（NH3）4]2+，以至Ni2+，Zn3+均难完全沉淀，采用（NH4）2C2O4沉淀效果好，但价格较贵。为改善成型压制特性，可将共沉淀粉料置于8000C或以上温度下进行预烧。氧化法是将配好的二价金属离子水溶液（SO42—）加入强碱（NaOH）,保持PH为一定值，即形成悬浮液，然后将溶液加温，同时通入空气进行氧化，

混合法是将金属离子硫酸盐或卤化物通过溶液反应转化为草酸盐或碳酸盐沉淀，然后在氧气氛中高温煅烧，以获得铁氧体粉料的方法。

化学共沉淀工艺中的核心问题溶液中各种离子能共同沉淀下来，以至残留在溶液中的离子浓度很低（＜10-5M），这就要求阳离子的溶度积Hap尽可能小，同时结合理论计算和实验相结合，选择适宜的PH值条件。化学共沉淀法优点原料在离子状态下进行混合，比机械混合法更均匀，并减少掺杂的机会，精确控制计算成分较易，颗粒度可根据反应条件进行控制，粒度分布较窄，化学活性好，因而可以在较低的烧结温度下进行充分的固相反应，得到较佳的显微结构。

化学共沉淀法缺点是常呈现分层沉淀，以致沉淀物的组成常偏离原始配方，尤其当配方中含有少量掺杂元素时，要达到这些离子的沉淀与均匀分布尚有困难，从经济上考虑成本较氧化物工艺高。1、盐类分解法的工艺、特点、应用2、化学共沉淀法制备工艺、制得粉料的优缺点课后小结：第八讲其它制备铁氧体粉料的方法

教学目标：了解除氧化物法、盐类分解法、共沉淀法以外的其它制备铁氧体粉料的方法。职业技能教学点：1、溶剂蒸发法；2、金属醇盐分解法；3、溶胶凝胶法；4、盐溶合成法。教学设计：复习——讲授——小结——作业布置教学手段：课堂讲授

新课教学

§1.7其它制备方法

一、溶剂蒸发法（喷雾法）化学共沉淀法存在以下问题：（1）沉淀为胶状物，水洗、过滤困难；（2）沉淀剂（NaOH，KOH）作为杂质易混入最终的粉料而导致性能下降；（3）如果使用能够分解除去的胺盐作沉淀剂，则Cu2+，Ni2+，Zn2+等易形成可溶性络离子而不能完全沉淀；（4）沉淀过程中各种成分的分离；（5）水洗时，部分沉淀的重新溶解。如何解决？发展了不同沉淀剂的溶剂蒸发法。在溶剂蒸发中，为了保持蒸发过程中液体的均匀性，要使溶剂分散成小滴，以使成分偏折的体积最小；要急剧蒸发，使液滴内的成分偏析最小。为了满足以上两点，需用喷雾法。采用喷雾法生成的氧化物颗粒一般为球体，流动性好，易于处理。为了解决上述问题，法制备氧化物粉末常用的方法1、冰冻干燥法2、喷雾干燥法3、喷雾热分解法喷雾干燥法将溶液喷雾至热风中而使之急剧干燥的方法。采用这种方法制得的铁氧体粉末，比用固相反应法制得的粉末具有更微细的结构。如用氧化物溶液进行喷雾、焙烧、热分解，可制得多种铁氧体粉料。喷雾干燥法也广泛应用于造粒，粉末合成法通常是将粉末悬浮在含有第二成分的溶液中，形成料浆，再将这种料浆进行喷雾干燥而使各种成分混合均匀。

喷雾干燥塔该机工作原理：空气通过滤清器进入加热器，交换成热空气，进入干燥室顶部的热空气分配器，使空气均匀地呈旋转状进入干燥室。料液需经过筛后由高压泵送至设在干燥室中部的喷嘴或离心喷雾头，将料液雾化，使液滴的表面积大大增加，与热空气相遇接触，使水份迅速蒸发，在极短的时间里干燥成为颗粒产品。大部分成品由设在塔底部的出料口收集，废气和微小粉粒经旋风分离器分离，成品由旋风器下端收集桶收集，废气由抽风机排出。该机通常可用于固含量30－70％的料液进行喷雾，一次性成为颗粒或粉状产品。本机是采用混流压力形式达到干燥造粒，因此用户可根据自己需要的产品颗粒大小，加以调节喷液量和喷嘴孔径及料液浓度或离心盘转速，使之达到所需的粒度要求。

喷雾热分解法将金属盐溶液喷雾至高温气氛中，使溶剂蒸发和金属盐热解同在瞬间发生，用一道工序制得氧化物粉末的方法。该方法也被称为喷雾焙烧法、火焰喷雾法等。喷雾热分解法中，有将溶液喷雾至加热的反应器中和喷雾至高温火焰中两种方法，多数情况下采用可燃性溶剂（一般为乙醇），并将其燃烧热进行回收利用。

二、金属醇盐水解法醇盐水解法是研究很活跃的方法，可制得微细，高纯度粉末，金属醇盐是金属与乙醇反应而生成的M—O—C健的有机金属化合物，可以广义式M（OR）n代表之，其中M是金属，R是烷基或丙烯基，M+nROH→M（OR）n+n/2H2，金属醇盐一般可溶于乙醇，用水容易水解成乙醇和构成醇盐的金属元素氧化物、氢氧化物和化合物的沉淀。经氧化后可以生成铁氧体。金属醇盐具有挥发性，容易精制，水解时不需添加其它阳离子或阴离子便可得高纯度的生成物。

三、溶胶——凝胶法溶胶--凝胶工艺是发展起来的一种崭新制备方法。溶胶-凝胶法的优点（1）工艺过程温度低，材料制备过程易于控制，可以制得一些传统方法难以得到或根本得不到的材料；（2）

制品的均匀性好，尤其是多组分制品，其均匀度可达到分子或原子尺度；（3）

制品的纯度高，采用这种工艺可制备出各种形状的无机材料，其中包括粉体、薄膜、块体、纤维等。溶胶——凝胶法制备氧化物陶瓷的一般过程原料物质（金属醇盐或无机盐）→水解→溶胶→缩聚（凝胶化）→凝胶→干燥→干凝胶→烧结→无机材料醇盐溶解于有机溶剂中，通过加入蒸馏水等使其水解、聚合，形成溶胶，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，即可得纳米级氧化物粉末。金属有机化合物溶胶-凝胶法凝胶的结构和性质取决于其后的干燥致密过程，并最终决定材料的性能。各种化学添加剂往往被引入到溶胶-凝胶反应过程中，用以改变水解、偏聚反应速度，改善凝胶结构均匀性，同时也能够控制其干燥行为。应用？此法的特点粒度小，制品纯度高，反应过程易控制，尤其是多组分的制品，其均匀度可达分子或原子尺度；烧结温度低，可比传统方法低400～500℃；从同一原料出发，改变工艺过程可获得不同的制品；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（700～800℃）晶化完全，相态单一。但此法仍存在原料价格高、干燥时易开裂、有机溶剂有毒等缺陷。有人用该法控制温度在973～1323K时合成了平均粒径在13～35nm的NiZnFe2O4，也有人用聚乙烯醇盐做胶凝剂制备了30～300nm的NiFe2O4。四、溶盐合成法氧化物法是依靠固态的接触通过离子高温扩散而生成铁氧体。溶盐合成是采用低熔点的盐类与粉料混合在一起，由于盐类的熔化，可使氧化物溶解其中，以致在较低的温度下就可生成铁氧体。盐类本身不进入铁氧体中，可用水洗除永磁铁氧体的发展过程

第二章永磁铁氧体§2、1永磁铁氧体材料的发展现状永磁铁氧体它们的矫顽力能高出几个数量级。

相对于软磁铁氧体来说，永磁铁氧体是当今产量最大的铁氧体元件产品，和其它永磁产品一样，只需从外部提供一次充磁能量就能产生恒定磁场。

永磁铁氧体的分类1、粘结（橡胶或塑料）永磁铁氧体（同性或异性）2、各向同性钡或锶铁氧体（Y10T）3、干压各向异性钡或锶铁氧体（Y20，Y25）4、全径向工艺磁体5、高 Br各向异性铁氧体（钡）6、高 Br、高（BH）max各向异性锶铁氧体7、高Hc各向异性锶铁氧体8、双高及高Br、高Hcj锶铁氧体粘结（橡胶或塑料）永磁铁氧体（同性或异性）的应用

电机，蜂鸣器，传感器，仪器仪表，电冰箱，复印机清洁、显影磁辊，磁教具，电视机等

TJN-1扭矩传感器冰箱各向同性钡或锶铁氧体（Y10T）能制造较复杂形状，生产效率高，价格便宜，适宜于大批量，且磁性能要求不高的场合。如微特电机，耳机，电视机中心调节器等。

微特电机干压各向异性钡或锶铁氧体（Y20，Y25）

磁性能较高，又容易作成瓦形等较复杂形状，成型、烧结合格率高，适宜于动态，磁路，低磁导。例如电动机、小型发电机、吸盘、止动销等。电动机电机全径向工艺磁体特别适于各类微特电机，可提高电机效率5—15%。

工艺难度较大一是定向工艺，二是烧结开裂问题。

高Br各向异性铁氧体（钡）适用于高磁导、价格低且性能高的器件。如各类扬声器，磁（发）电机等。

扬声器高Hc各向异性锶铁氧体

适用于低温环境，大气隙，退磁干扰大的器件，如，行波管，磁控管磁路等，又如汽车摩托车启动电机等

摩托车启动电机摩托车磁电机线圈汽车电机双高及高Br、高Hcj锶铁氧体适合于各类场合应用但工艺难度较大。我国永磁铁氧体的发展，在几十年内经历了…

(1）由钡铁氧体向锶铁氧体转换（2）工艺上由干压成型向湿压磁场成型工艺转换，（3）材料性能由低性能向国际先进水平高性能转换。Adeiskold确定了（Ba，Sr，Co）铁氧体具有磁铅石晶体结构。1952年

Went等人制成相当于现今的各向同性钡铁氧体

1962年

湿压磁场成型工艺

世界上公认的永磁铁氧体的发展过程最早发现1938年世界上公认的永磁铁氧体的发展过程70年代

磁能积方面大大优于钡铁氧体的锶铁氧体大量投产

尤其在1978年后

AlNiCo类磁钢的主要原料Co的价格上涨，更加促进了永磁铁氧体的发展。

课后小结：1、国内、国外牌号性能，反映技术水平，2、永磁铁氧体的分类及用途3、发展史，当今国际已接近理论值水平的FB9系列

作业布置：1、永磁铁氧体有哪些特点？2、永磁铁氧体有哪些种类和基本用途

粘结永磁粘结永磁：是将制备好的永磁粉末加入塑料、橡胶等粘结剂进行充分混合，然后经压延成型、挤出成型、注射成型、压缩成型等工艺制得的永磁体。同性和异性：粘结永磁根据在制造工艺中是否取向分为同性和异性（日本称为等方性和异方性），其电磁性能明显不一样

粘结永磁的优点：1、

具有较高的永磁性能和粘合剂的物理性能，如柔性、弹性等；2、

可以制备形状复杂、薄壁型的产品；3、

产品一致性好，尺寸精度高；4、磁体的比重（密度）小，重量轻，有利于器件、整机的轻量化；

1、

有良好的机械加工性能，可进行车、钳、铣、刨、磨剪切、叠压、卷饶、扭转等；2、

耐冲击震动，不易碎；3、

可嵌入金属、非金属等全体零件整体成型；4、

可以制造成全径向（全辐射）取向的磁体；5、

废料可以重新回收使用；6、磁体的Hcj高。

粘结永磁的缺点：由于粘结剂是非磁性物质，制造的磁体产品其电磁性能（Br、Hcb、（BH）max）只有该类烧结磁体的50～70%。粘结永磁的用途：1、

传动方面2、

音响设备方面；3、

通讯设备方面；4、

磁性密封；5、其它方面。

粘结永磁发展概况：粘结永磁的发展，国际上起步与60年代，中国起步于70年代。目前（2000年），粘结永磁的最大磁能积普遍达到：永磁铁氧体类各向同性为5.6kJ/m3（0.7MGOe），各向异性为18kJ/m3（2.3MGOe）；稀土钴类分别为：40kJ/m3（5MGOe）和144kJ/m3（18.4MGOe，R2Co17）；各向同性钕铁硼：79.62kJ/m3（10MGOe）；各向异性压缩成型粘结钕铁硼：200kJ/m3（25MGOe）。

粘结永磁的分类：粘结永磁铁氧体和粘结金属永磁材料。粘结金属永磁有：粘结RCo5、粘结R2Co17、粘结NdFeB、粘结AlNiCo等。

课后小结：一、

粘结永磁的基本原理；二、

粘结永磁的优缺点；三、

粘结永磁的主要用途；四、粘结永磁的发展史与分类。

作业布置：1、

什么叫做粘结永磁？2、

粘结永磁有哪些类型？3、粘结永磁有哪些用途？

粘结永磁（二）压延成型工艺原理一、

对永磁铁氧体磁粉的要求1、

具有优良的形状各向异性；2、

易于填充及多量填充。二、对粘合剂的要求1、

粘性好，具有优良的塑性、弹性及柔性；2、

磁粉易填充进去；3、抗老化。

三、主要设备1、

捏合机；2、

炼塑机；3、

精碾机；4、

模样压模及工装；5、

精密剪切设备；

6、冲床及冲模。

四、主要仪器1、

磁性能检测系统；2、抗张强度测试仪。（拉力机）

五、主要工艺流程1、

配料：粘合剂（CPE）、磁粉、助剂；2、

捏合及工艺要求；3、

混炼工艺操作；4、切粒：目的、意义；

1、

混炼开片；2、

精碾——机械应力取向过程；3、

叠合：按使用要求叠合厚度；4、

整形：剪切、冲压成所需要的形状、尺寸的产品；5、充磁、包装。

课后小结：一、

压延成型的工艺原理：取向原理、成型原理。二、各工序中的质量控制。

作业布置：1、

请写出压延成型的工艺流程。2、压延取向是根据什么原理？

粘结永磁（三）挤出成型工艺原理一、磁粉及对永磁铁氧体磁粉的要求1、

同性磁粉；2、

异性磁粉。二、粘合剂的选择1、氯化聚乙烯型；2、CPE与橡胶的混合使用。

2、CPE与橡胶的混合使用。三、主要设备1、

捏合机；2、

炼塑机；3、

切粒机；4、

充磁机（电容放电）；5、

电烘箱；6、挤出机；7、卷绕机等。

四、主要仪器1、

磁性能检测系统；2、

抗张强度测试仪。3、

表面硬度（邵氏）检测仪等。五、主要工艺流程配料

捏合

炼塑

切粒

混炼（开片）

烘烤

挤出

充磁

检测、包装

六、关于质量控制的问题1、

外观质量：2、

电磁性能：3、其它物理、机械特性问题。

七、挤出成型的特点1、

可生产的长度按要求进行控制；2、

可自动充磁；3、

模具较简单；4、可生产同性或异性粘结永磁体。

课后小结：一、

挤出成型工艺流程；二、挤出成型的特点：

1、除加料外，能实现全自动；

2、

生产产品的长度可任意；

3、可生产同行或异性产品。作业布置：1、

请写出挤出成型工艺流程；2、挤出成型工艺特点主要有哪些？

粘结永磁（四）教学目标：了解注射成型生产粘结永磁铁氧体的基本工艺过程。职业技能教学点：1、

粘结剂的选择；2、

工艺特点；3、

主要设备——注射机教学设计：复习——讲授——小结——作业教学手段：课堂讲授复习上次课内容：1、

挤出成型生产粘结永磁铁氧体的工艺流程；2、挤出成型生产的工艺特点。

新课教学：

粘结永磁（四）注射成型一、粘合剂的选择1、注射成型最常用的粘结粉末；2、加入偶联剂①

提高磁粉的热稳定性；②

通过提高粒子的旋转性来增强粒子的取向度；③

增加流动性；提高强度和延伸率。

二、注射成型工艺1、流程配料（磁粉+塑料+助剂）捏合（加温）混酸（切粒，φ3左右）烘烤模具加热粒料融化注射成型2、设备用螺旋式立式或卧式注射机，模具上加取向磁场，即可生产异性粘结永磁铁氧体。

课后小结：一、

粘结剂选择PA系列及偶联处理；二、

注射工艺流程；三、磁场注射机基本构造及工作原理。

作业布置：1、为什么要用偶联剂对铁氧体磁粉先进行处理？2、注射成型有哪些优点？

粘结永磁（五）教学目标：了解粘结永磁铁氧体用磁粉的制备。职业技能教学点：1、

用预烧料制备；2、

用磨削料、废品料制备；3、

用氧化物法制备；4、

其它方法制备。教学设计：复习——讲授——小结——作业教学手段：课堂讲授复习上次课内容：一、

挤出成型粒料制备1、

先对磁粉进行偶联处理；2、

粘结剂：3、

磁场注射机构造及工作原理。4、模压成型工艺

新课教学：

粘结永磁铁氧体用磁粉的制备一、用烧结永磁铁氧体预烧料进行制备二、磨削料；三、在烧结过程中产生的废磁件；四、用氧化物法进行磁粉制作；

五、其它方法制作磁粉；1、可用精矿粉（Fe3O4）配方进行制作；2、可用铁鳞（Fe3O4）配方进行制作。3、可用FeCl3、Fe（OH）2作原料，用化学共沉淀的方法来制备。

课后小结：1、

用常规预烧料制作磁粉1.0～1.2μm，950℃x1h热处理；2、

用磨削料、废磁件制作同性或异性磁粉，1.0～1.5μm，950℃x1h热处理；3、

氧化物法，低摩尔比，比普通烧结温度高，1.02μm，950～1000℃x1h热处理；4、

用精矿粉、铁鳞等为原料制作；用FeCl3、Fe（OH）2等为原料，用化学共沉淀的方法来制备。

作业布置：1、可用哪些方法制备粘结永磁铁氧体用磁粉？

永磁铁氧体生产中常见质量问题教学目标：熟悉永磁铁氧体生产中常见质量问题，其引起原因和采取控制的方法。职业技能教学点：1、跑白，花斑现象产生原因及解决措施，2、坯件起泡原因及解决措施，3、开裂问题，带余磁问题产生原因及解决措施。教学设计：复习——讲授——小结——作业布置教学手段：课堂讲授复习上次课重点：一、SrM的配方，n值可取6（理论），生产常取5.9，（5.7～5.9），高摩尔，＜5.5(低摩尔)二、添加剂的影响，主要新发展，加La2O3，，Al2O3，Co2O3。日本的FB9系列，是用La2O3，取代部分SrCO3，用Co3O4部分取代Fe2O3，在一次料时加入；中国二次料时加入，也可引起相应的一些作用。三、影响磁性能主要因素：1、预烧料的性能；2、二次加杂情况；3、制粉工艺及平均粒度与粒度分布；4、取向度。另外，判别预烧料性能好坏，用求K值和求M值的方法：K值计算：K=Br+0.4HcJ，M值计算，M=3Br+HcJ（单位CGS制，KGs，KOe）

新课教学：§2、5永磁铁氧体元件生产过程中的常见问题一、跑白和花斑现象二、起泡现象三、开裂问题四、烧结带磁现象

跑白和花斑现象经球磨后的料浆表面会析出一层白色沉淀物，从而导致组成偏离原始配方，料浆变稠，严重时难以湿法成型，影响产品质量，制得的毛坯放置数天后，表面会长出越来越多的白毛，产品磨削后，磨削面也会出现一层白灰，该现象夏天比冬天严重。

产品花斑的形成，在很大程度上与游离的SrO有关，产品中花斑的轻重程度与料浆中PH值大小的程度有关，

跑白和花斑现象一般来说，磁体中斑块处含SrO较多，花斑是SrO，BaO与毛坯表面铁氧体的共熔物。

起泡现象不少生产企业在二次烧结中，磁体常常出现起泡现象，严重影响了磁体的性能和成品率，出现起泡现象的主要原因：较高的水分偏折率，较低的球磨粒度和预烧温度，过高的烧结温度以及通风性好的烧结炉其磁体都易产生泡状物，解决办法是将坯件烘干时间延长，适当提高球磨的平均粒度，预烧料温度和降低二次烧结温度。开裂问题除了花斑引起烧结产品开裂外，还有其它一些原因，如成型工艺、烧结升温速度过快、降温过快等。具体原因具体分析，查明后采取措施，烧结升温开裂断面不平整，这是因为坯件开裂时尚未完全铁氧体化。在降温过程中，由于冷却速度太快，或出炉温度高会引起炸裂，其裂纹一般细而直，裂纹断面也较齐整。

产品端面开裂产品气泡产品背弧掉块产品内弧裂纹产品掉块产品有异物产品起层产品烧结带磁现象带磁现象多表现为单面多极形式，极数为几极到几十极不等，而且极面很不规则，用磁性显示仪可以清楚地看到多个不规则的小圆圈，圆圈内外即为不同极，用霍尔探头可测出不同的极性和强度（几mT→60～70ｍＴ）。带磁现象可整板产品带磁，或同样条件下有时带磁而有时又不带磁。工业生产中辊道窑，推板窑等都有可能出现烧结后带磁，烧结带磁出现时多伴有窑炉炉尾鼓风。各向异性，特别是高性能产品多层烧结才发现这种现象。烧结带磁现象分析：烧结带磁与取向成型时坯件退磁未退干净有关，冷却速度太快有关。烧结后磁体带磁现象对最终产品使用无影响。但生产过程磨加工，清洗较困难，装配过程也有麻烦，解决办法是对症下药。如调整好成型退磁装置，使坯件退磁干净。减小炉尾鼓风量，延长窑炉冷却区，适当调整降温速度，适当改变坯件摆坯装迭的长径比L/D，进行分隔烧结等。课后小结：一、

跑白;二、起泡;三、开裂问题;四、烧结后带余磁.作业布置：永磁铁氧体生产中常见哪些质量问题？其产生的原因有哪些，怎样解决（措施）？

料浆发泡的原因

及解决措施

宜宾职业技术学院

本讲的目的1、通过对永磁铁氧体大生产中容易出现问题的探讨，让同学们领会在大生产过程控制中发现问题、分析问题、解决问题的思路和方法。2、关键点：问题一旦出现，必须考虑的两件事，一是大生产不能因问题而停产，必须正常进行，必须出合格品。二是尽可能减少损失。宜宾职业技术学院

复习上一讲我们谈了永磁铁氧体生产中常见的质量问题

——跑白和花斑现象

——开裂问题

——烧结带磁现象——起泡现象

（磁体起泡）宜宾职业技术学院

宜宾职业技术学院

烧结带磁现象典型烧结曲线宜宾职业技术学院

新课讲解按我们发现问题解决问题的思路来展开1、1999年到2003年每年都会出现一次产品大批量报废，产品外观合格率20%-30%，Br低30%-40%2、现场分析1）现场有部分料浆表面有气孔，料浆内部有气泡。2）有气孔料浆散发出类似于樟脑的气味3）料浆磨好后，0.9Kg的球磨机盖子跳起0.8m宜宾职业技术学院

1、加废木头渣实验2、塑料渣实验实验结果：有樟脑气味，但无发泡现象宜宾职业技术学院

樟脑气味实验再现

料浆温度645655545045料浆状态发泡未发泡未发泡未发泡未发泡未发泡宜宾职业技术学院

料浆温度与料浆状态表分析球磨机内料浆温度过高、压强过大。球磨机内料浆温度不能超过55度。宜宾职业技术学院

两个月后，料浆再次发泡涉及的产品：802/5、802/7工艺：铁红料+分散剂料浆温度5153515049465054料浆状态未发泡发泡未发泡未发泡未发泡未发泡未发泡发泡宜宾职业技术学院

料浆温度与料浆状态表分析:分散剂在一定温度、压强下的氨气挥发。球磨机内料浆温度在60度以下但压强过大所致。球磨机内料浆温度不能超过50度。宜宾职业技术学院

2003年8月再次发泡料浆沉淀紧，表面无气孔，内部有大气泡涉及的产品，910系列该产品的工艺十分成熟。我们对出投料的各环节全面跟踪，依然发泡宜宾职业技术学院

实验方案实验理由实验结果加分散剂0.3%排除水解可能依然发泡加分散剂0.5%排除水解可能依然发泡加碳铵0.3%排除水解可能依然发泡加碳铵0.5%排除水解可能依然发泡返磨1小时排除气泡可能依然发泡返磨3小时排除气泡可能依然发泡返磨5小时排除粒度可能依然发泡将料浆烘干排除异物可能依然发泡宜宾职业技术学院

分析发泡料浆实验宜宾职业技术学院

正常产品内部显微结构:晶粒大小相对均匀微观分析发泡料浆生产的产品内部显微结构照片1——晶体大小极不均匀宜宾职业技术学院

发泡料浆生产的产品内部显微结构照片2宜宾职业技术学院

发泡料浆生产的产品内部显微结构照片3宜宾职业技术学院

宜宾职业技术学院

发泡料浆生产的产品显微结构放大照片4发泡料浆生产的产品内部显微结构照片5宜宾职业技术学院

宜宾职业技术学院

发泡料浆生产的产品显微结构放大照片6大生产措施冷却系统全部换新、120目通过率发泡情况对比基料名899厂8月料899厂3月料山西料北矿料西磁料武钢料马高科料120目通过率79.686.410010099.699.899.4料浆状况发泡未发泡未发泡未发泡未发泡未发泡未发泡宜宾职业技术学院

料浆温度控制在45度以下预烧料初始粒度尽可能均匀,120目通过率不能低于85%宜宾职业技术学院

Goodluckwithyou

宜宾职业技术学院

第二讲固相反应

教学目标：了解铁氧体的固相反应过程，基本掌握欲使固相反应完全、烧结时间缩短应采取的措施。职业技能教学点：1、固相反应的基理及过程，2、固相反应的简化模型分析，3、添加剂的种类及作用。教学设计：复习——讲授——小结——作业布置教学手段：课堂讲授复习上次课重点：1、铁氧体磁性材料的分类，2、铁氧体磁性材料主要生产工艺流程，3、影响原料活性的因素：A、形貌，B、结构，预烧温度。新课教学§1、2固相反应大量生产的是多晶铁氧体，它的制造工艺与陶瓷粉末冶金工艺相似，其基本工艺流程如下：

配料（一次）（A）混合预烧（初步固相反应）→备料（B）成型→烧结→加工→检测包装（A）包括氧化物法、盐类分解法、化学共沉淀法、喷雾热分解法、溶液—凝胶法等。（B）包括干压法、磁场成型法、注浆法、热压法等。但是，不管制备方法怎么变化，除粘结铁氧体外，所有的铁氧体的制备都必须经过烧结，固相反应。即产品在烧结前基本是各种金属氧化物的机械混合物，烧结后生成新的复合氧化物，即铁氧体。一般产品的烧结温度比各原料的熔点低，约为铁氧体熔点的80～90%，即：T烧结=（0.8—0.9）T熔点（0C）一、

概念固相反应：是固体粉末间（多相成分）在低于熔化温度下的化学反应，它是由参与反应的离子或分子经过热扩散而生成新的固熔体。固相反应是烧结中的一种形式，基本上是在预烧过程中进行的。直到今天，铁氧体的制造均是两次烧结，一次是化工原料配方后进行一次预烧，初步固相反应，二次是在成型后进行烧结，使之充分铁氧体化。二、固相反应的过程固相反应与温度密切相关。

铁氧体产品在高温下发生固相反应下面以ZnFe2O4的生成为例进行说明：1、表面接触期（T＜3000C）：无离子扩散，晶格结构无变化。2、形成表面孪晶期（300—4000C）：颗粒表面质点相互作用形成表面分子膜（假分子或孪晶），随着温度升高，孪晶数增加。3、孪晶发展与巩固期（400—5000C）：假分子结合强度进一步加强，少数金属离子发生扩散至表面，表面离子接触构成新的表面分子，但该阶段尚无明显的新相生成。4、全面扩散期（500—6000C）：表面与内部的Zn2+，Fe3+充分扩散形成固熔体，产生晶格畸变，但尚在固熔度范围内，无新相（ZnFe2O4）出现。

5、反应结晶产物形成期（600—7500C）：新相出现，形成晶粒，密度提高。（开始析出锌铁氧体晶粒）6、形成化合物的晶格校正期（＞7500C）：修正结构缺陷，晶粒长大，密度大大上升（扩散加速进行，晶格缺陷消失成为正常尖晶石结构）。一般固相反应完成后，约有90—95%的原始粉料已生成新相，新相出现的温度与反应达完成的温度有可能相差甚远，如：NiO+Fe2O3600～8000C

NiFe2O41100～12000C达反应完成三、固相反应的简化模型分析

以MgO+Al2O3=MgAl2O4生成反应为例：1、假设（1）氧离子未参与扩散过程

（2）Mg2+，Al3+以3：2的比例进行相反方向的扩散进入氧离子晶格间隙，形成MgAl2O4，如果在原接触界面做一标志，则在界面两边按1：3的比例形成MgAl2O4相，这种离子扩散机制称为Wagner机制。

（3）反应产物无限薄欲使化学反应完成，烧结时间缩短，需考虑以下因素：（1）粉料愈细反应速度愈快。通常用机械球磨粒度约1—5μm，化学共沉淀法制得的粉料粒度有可能更细。（2）粉末间接触面积越大越好。为此，增大成型压力（提高坯件密度）或采用二次球磨工艺（混合球磨→预烧→再球磨）时，将进行预烧后的粉料先预压成块状或造粒。（3）降低激活能，增进原料的活性

采用高纯原料往往需要提高烧结温度。

（4）升高温度较之延长反应时间更有效。（5）少量熔点较低的物质加入反应物中，可起类似于助熔剂的作用，促使其它原料的固相反应加速进行。例如将Bi2O3（T熔点=8250C）加入锂铁氧体，可使烧结温度降低，有效地抑制Li2O的挥发，达到高密度。添加剂的种类及作用：依据所起作用的不同，加入铁氧体中的添加剂可分为以下四种：矿化作用、助熔作用、阻晶作用、改善电磁性能的作用。1、矿化作用特点：增加反应速度，助长和控制晶粒生长，本身成分和重量一般在反应前后基本不变。常用V2O5、WO3等含有小半径、大电荷数金属离子的氧化物。2、助熔作用（也起矿化作用）特点：本身与金属氧化物形成低熔点化合物，高温下成为粘性流体，使固相反应在有液相存在的情况下进行，从而加速反应，降低烧结温度，提高密度。常用CuO、P2O5、Bi2O3、V2O5、PbO等。3、阻晶作用特点：在固相化学反应和晶体生长过程中，抑制晶粒生长及并吞，促使晶粒细化、均匀。

4、改善电磁性能特点：这类添加剂的目的不是促进固相反应、烧结、细化晶粒等方向改善显微结构来提高性能的，而是从基相的电磁特性或其它方面（如晶界）来提高性能的。例：掺硅Fe3O4磁粉的制备

课后小结：一、

固相反应的概念（机理）；二、

固相反应的过程（六个周期）；欲使固相反应充分，烧结时间缩短，需考虑的有关因素。作业布置：1、

什么叫做固相反应？2、

固相反应要经过哪些周期？3、加速固相反应，缩短烧结时间需考虑哪些因素？

铁氧体的烧结（—）教学目标：熟悉铁氧体烧结周期，了解烧结过程中晶粒生长与烧结体致密化的关系。职业技能教学点：1、烧结概念，2、烧结的三个阶段及烧结推动力分析，3、晶粒生长与二次再结晶现象。教学设计：复习——讲授——小结——作业布置教学手段：课堂讲授，以自备的金相图作教具复习上次课重点：固相反应；固相反应分析；加速固相反应，缩短烧结周期（时间），需考虑的有关因素；添加剂的作用。§1、3铁氧体烧结一、概念烧结是将成型好的坯件，在常压或加压下，在空气中或保护气体中，高温（T＜T熔点）加热，使颗粒之间互相结合（粘结），从而提高成型坯件的强度，排除颗粒之间的气孔，提高材料的强度，使之充分铁氧体化。烧结的推动力是颗粒的表面能，原料粉末颗粒越细，表面积越大，烧结速度越快，晶界越多，物质迁移距离越短，促使气孔扩散，致密化的速度越快。二、烧结阶段的划分及烧结推动力的分析

1、烧结过程根据烧结过程中气孔的状态、尺寸的收缩，过程划分为三个阶段：升温阶段保温阶段降温阶段烧结温度曲线烧结窑炉烧结窑炉2、烧结推动力（1）致密化与瓶颈形成的推动力与机制物质由曲率半径小处向曲率半径较大处传递，同一颗粒内物质传递的结果导致所谓的颗粒“球化”；不同颗粒接触时，物质将由小颗粒向大颗粒传递，促使颗粒“粗化”。

（2）晶体生长的驱动力——界面能晶界移动对晶粒生长的贡献取决于初始的颗粒尺寸比。

三、晶粒长大与二次再结晶现象1、晶粒生长与致密化的关系烧结过程结束后，烧结体的相对密度可达该材料理论密度的95%以上，在这个意义上说，烧结过程即是材料实现致密化的过程。同时，晶粒的平均尺寸增大（在高温加热时，细粒晶体聚集体的平均晶尺寸总是要增大的，通常晶粒长大指无应变或近于无应变材料的平均晶粒尺寸在热处理过程中连续增大而不改变晶粒尺寸的分布情况）。这里有一个容易混淆的问题：是否是由于晶粒长大的结果才导致了烧结体的致密化呢？烧结初、中期表面扩散是最有可能的致密化及粗化的物质传输途径或至少是其中之一，而烧结后期只有晶界或体积扩散是可能的机制。表面扩散传质可同时导致颗粒列阵的收缩和晶粒生长，并且传质过程对颗粒列阵收缩的贡献远大于晶粒生长导致烧结重新启动（颗粒间二面角的重新形成）所引起的收缩。因此说，晶粒生长并不是致密化过程的一个不可分割的过程。2、二次再结晶二次再结晶又称异常或不连续的晶粒长大。通过二次再结晶使少数较大的晶粒成核并长大，这种长大是以消耗基本无应变的细晶粒基质来实现的。二次再结晶的程度取决于颗粒的大小，

过分的晶粒长大常常有害于机械性能，但对于某些电性能和磁性能来说，较大的或较小的晶粒尺寸有助于性能的改善。

永磁铁氧体的烧成中，在择优取向方面利用二次再结晶是有益的，这种磁材的烧结要求获得高密度以及高度择优取向，成型时通过强大的磁场作用可使粉料颗粒达到相当大程度的取向，3、第二相、气孔对晶粒生长的作用在烧结过程中晶粒生长常被少量第二相或气孔所抑制，夹杂物的存在增大了晶粒界面移动所需的能量，因而抑制了晶粒的长大夹杂物可能：（1）与界面一起移动，阻碍小；（2）与界面一起移动，

面移动速度由夹杂物迁移率控制；（3）很难移动，以致界面从夹杂物上拉开。陶瓷烧结过程中总是存在的第二相是残余的气孔。烧结初期，当界面曲率和界面驱动力高时，气孔作为晶粒界面上的粒状夹杂物常被遗留在后面，结果通常在晶粒中心观察到小气孔群；烧结后期，界面迁移驱动力较低时，气孔则常被界面牵着一起移动，逐渐聚集在晶粒角落上，使晶粒长大变慢。

课后小结：一、烧结使颗粒间相互结合，提高强度，使之充分铁氧体化。二、烧结过程分烧结初期、烧结中期、烧结后期。不同颗粒接触时，将由小颗粒向大颗粒传递，促使颗粒粗化，晶界移动对晶粒长大的贡献取决于初始颗粒的尺寸比三、二次再结晶的程度取决于颗粒的大小。作业布置：预习1.3，1.4第四讲铁氧体的烧结（二）

教学目标：了解烧结过