干压磁场成型永磁铁氧体特性及其制造

赵 成，吴 戈，赵 勇，李晓卫
(陕西金山电气集团有限公司 陕西咸阳 712021)

永磁铁氧体晶体结构为六角晶系中的磁铅石型，化合物分子式为AB12O19，其中A为半径与氧离子相近的二价阳离子，如Ba2+，Sr2+，Pb2+等，B为三价阳离子，如Fe3+，A13+等。实际应用的一般是BaFe12O19或SrFe12O19。永磁铁氧体在各工业领域中的应用十分广泛，如电声器材、电机等。同湿法磁场成型相比，干压磁场成型具有效率高，收缩率小，产品尺寸容易控制等优点。虽然磁性能不如湿法磁场成型高，但在制造小型产品上具有很大的优势。

1 永磁材料的特性

永磁材料的静态特性参数主要有：剩余磁通密度Br、矫顽力BHc、内禀矫顽力jHc、以及磁能积(BH)max，三者彼此关联。对于理想的退磁曲线，(BH)max：1／4Br2，高BHe的前提是高Br，而要提高(BH)max就需要有高BHc和高Br。永磁材料的基本特性如表1所示。

从上表可以看出，BaM的(BH)max较高，而同时BaM的jHc要低于SrM。因此，相对而言，BaM具有较高的剩磁。日本20世纪80年代干压磁场成型的产品性能如下：

日本日立公司YBM-6系列永磁铁氧体性能如表2所示。

2 生产及工艺
永磁铁氧体(以钡铁氧体为例)的分子式为BaFe12O19＝BaO.6Fe2O3，基本成分为BaO和Fe2O3，但在生产中常以BaCO3代替BaO，同时加入适量的添加物如高龄土、SiO2，Al2O3，CaCO3，CaF2等等以及稀土氧化物。我们曾经对日本TDK产品和陕西金山产品作做化学成分分析，除主元素外(TDK为钡铁氧体，金山为锶铁氧体)还有0．03％(重量比)的Si，0．01～0．03％的A1，0．01％的Cr，0.01～0．03的Mn以及少量的Sn，Cu，Pb，Mg，Ni，Zn等等，其中一些如Sn，Zn，Mg等为氧化铁中的杂质。在对产品的X光衍射相图分析中，可以看到除了BaFe12O19相外(金山为SrFe12O19相)，还有Fe2O3相，BaO相，BaCO3相等等，同时还存在BaFeINB(即Ba2Fe42+Fe283+O49。)而这种铁氧体的磁性很高。

除了配方因素外，生产工艺对材料性能韵提高起了很重要的作用。同样以TDK和金山产品为例，两者均为干压磁场成型，TDK为BaM，金山为SrM。在剩磁方面，通过相对比较，TDK产品比金山产品高出10％左右。但在VSM测试中，得到了与理论不相符合的数据，TDK的jHc＝231.1kA／m，而金山的jHc=223．5kA／m，并没有显示出SrM比BaM的jHc高的特点。同时BaM的σs为71.7A.m2/kg，SrM的σs为72．5A．m2/kg(均为理想状态)。实际上TDK的σs为50．25A．m2／kg，金山的产品σs为49．97A．m2/kg(以上数据只能做比对，不能作为数据)，这说明通过良好的工艺可以弥补材料特性的不足。

关于永磁铁氧体生产工艺已经有很多论述，这里强调一下实际生产中应注意的几个方面：

2．1 预烧料的制备

高性能永磁铁氧体的前提是要求有高性能的预烧料，这就要求在预烧料的制备中要做到；

(1)配方合理，实践证明生产中BaCO3与Fe2O3的比例应为1：5．5(摩尔比)。

(2)混磨后BaCO3应分布均匀，不能出现局部地方BaCO3富集。

(3)烧结充分。这样可以在很大程度上避免生产中常见的"跑钡"及烧结后成品表面的瘫块现象。另外由于BHc和材料的微观结构密切相关，因此应注意球磨后粉末的尺寸及烧结时的温度，对于高BHc材料温度应适当低一些。

2.2 粘合剂

粘和剂是干压磁场成型的关键。大部分永磁铁氧体生产单位在造粒阶段使用的粘合剂为聚乙烯醇。从实际生产来看，聚乙烯醇作为粘合剂在料潮湿时粘性很强，润滑性很差，干燥时容易使粉料成团、起皮，无粘结性，在干压成型时效果并不理想，尝试使用硬脂酸钙来代替聚乙烯醇，做法如下，将0.8％的硬脂酸钙用酒精溶解后均匀加入粉料中(锶铁氧体粉料)，干磨3小时后加水，再磨0．5小时后出料。将料烘干后过120目振动筛网制成颗粒。将此颗粒料在280kA／m的磁场下成型，其磁性能参数如下：

如果继续加大成型磁场，则永磁体性能可进一步提高。

而用聚乙烯醇作粘合剂，采用传统的机械造粒方法造的颗粒料，在相同的磁场下成型，其磁性能参数为：

同时，用硬脂酸钙代替聚乙烯醇的方法制成的颗粒料成型良好，且受生产环境和气候环境影响小。

2．3 添加剂

由于烧结温度对BHc和Br影响较大，对高RHc材料烧结温度要低一些，对于高Br材料烧结温度应高一些。因此，在烧结时为了在获得高BHC的同时又不降低Br则需要加一些添加剂，如Si02，AI2O3，CaCO3，Cr2O3等。他们在反应时，大部分存在于晶粒界面上，少部分进入晶粒内部。因此，在烧结时可以阻止晶粒长大、细化晶粒，从而在较宽温度内获得高BHc，同时还可以改善温度系数等。BHc是结构灵敏性量，少量的添加剂对BHc会有显著的影响。同时在二次球磨时，加入适量的H3BO3可以增进烧结体的密度，提高Br。我们曾在二次球磨料中加入0.2％的H3BO3，产品的Br较不加H3BO3时有3～5％的提高。但是当加入量超过0．25％时，不仅成型效果不好，而且Br也有所降低，但是BHc有所提高。

2。4 磁场取向成型

这个方面已经有很多论述，值得注意的是应尽量减少成型料中的非磁性杂质，因此要求预烧料尽可能固相反应完全，不存在非磁性相。同时要求颗粒料流动性要好，成型磁场要大而且稳定，必要时可使用脉冲磁场。另外，成型压力过大会影响颗粒取向，因此在条件允许时应尽可能减小成型压力。有资料指出，料进入模腔后，成型前进行磁场换向，可提高磁性能。但从试验结果来看，此方法效果不大，值得在以后进一步探讨。

3 结 语

以上讨论了永磁铁氧体材料的特性和生产中应注意的一些问题。对于BHc要求不高的产品，可以用钡铁氧体代替锶铁氧体，同时注意技术改进和工艺控制，改变一些习惯做法，会使产品性能大幅度提高。