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磁性材料-------铁氧磁体

磁性材料-------铁氧磁体

在106个元素周期表上只有Fe、Co、Ni,三个元素，以及稀土族的Gd元素在室温时具有铁磁性表现。若将.Fe、Co、Ni,这三个元素和稀土族元素互相结合，或与其它不具有铁磁性表现的元素互相结合，就可以做成各种不同特性的磁性材料。而氧化磁铁就是典型的代表。它主要是由Fe2O3(氧化铁) BaCo3(碳酸钡)或SrCo3(碳酸锶)金属粉末在加以压机成形，提供优良之成本/特性比率。此种磁铁有两种类型：一为等方性磁铁(Isotropic Magnet)，另一为异方性磁铁(Anisotropic Magnet)，异方性磁铁同时又分为干式与湿式。铁氧体属于氧化物系统的磁性材料。可用于制造能量转换、传输和信息存储的各种功能器件。

目前烧结金属软磁材料有：
1、纯铁Fe：
2、铁磷合金Fe-P：
3、铁硅合金Fe-Si：
4、铁镍合金Fe-Ni：
5、铁铬合金Fe-Co：
6、肥粒铁系不锈钢Fe-Cr：
7、铁锡合金Fe-Sn：

软磁材料：
是指在较弱的磁场下，易磁化也易退磁的一种铁氧体材料。有实用价值的软磁铁氧体主要是锰锌铁氧体Mn－ZnFe2O4和镍锌铁氧体Ni－ZnFeO4。软磁铁氧体的晶体结构一般都是立方晶系尖晶石型，这是目前各种铁氧体中用途较广，数量较大，品种较多，产值较高的一种材料。主要用作各种电感组件，如滤波器、变压器及天线的磁性和磁带录音、录像的磁头。

软磁材料：
A：金属软磁材料：
使用于直流电场中：由电阻所产生之损失是唯一的能量损失。
使用于交流电场中：其感应磁束密度B会随着H之变化而有时间上的延迟，此时间上的延迟将造成能量的损失。特别在高频时此损失将更为严重。此能量损失之原因可分为磁滞损及涡电流损，总称为铁损。
1、磁滞损之量：磁滞曲线所围绕之面积 × 频率。
2、涡电流损之量：因磁场变化时会产生涡电流，此涡电流 × 材料之电阻＝Ic×Ic×R。
减少铁损最有效的方法就是：选择阻抗大的材料或使用薄片所迭成之铁芯。
在粉末冶金金属软磁材料，其阻抗值很低，故在交流频率下使用时，会有严重的涡电流损，故只能使用于直流或中低频的磁性回路中。

B：铁氧磁体磁材料：
因具有高阻抗值的优点，可减少涡电流损失。故通常使用于高频和中高频的磁性回路中。其缺点为感应磁束密度B低，平均不到金属软磁材料的1/2。

软磁材料的常用磁性能参数：

饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化向量整齐排列。
剩余磁感应强度Br：是磁滞回在线的特征参数，H回到0时的B值。
矩形比：Br∕Bs
矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质应力等）。
磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。

一般软磁材料须具有以下之条件：
1、大饱和磁束密度Bs值。
2、小矫顽磁力Hc值。
3、大导磁率μ值。
4、高阻抗ρ值。
其中：
1、磁束密度Bs与材料的致密性程度有关。密度愈高Bs愈大。
2、矫顽磁力Hc、导磁率μ则与材料之成份及显微组织有很大关系。

氧化铁磁石生产流程：
将原料：SrCO3、Fe2O3 ──＞计量混合──＞假烧──＞粗粉碎──＞微粉碎──＞压制──＞烧结──＞研磨加工──＞洗涤清洁──＞出厂检验──＞装运入库

钕铁硼铁石生厂流程：
原材料──＞计量混合──＞真空熔炼──＞气流研磨──＞压制──＞真空烧结──＞毛胚性能测试──＞研磨──＞半成品检验──＞表面涂覆──＞线切割──＞钻孔──＞切片──＞充磁及包装──＞成品检验──＞装运入库

其生产流程如下所述：
一般制程
磁性陶瓷材料的制程分为干式法与混式法，前者以适当比例的金属氧化物粉体为起始原料，在高温加热进行铁氧磁体的粉体合成或烧结，湿式法则以金属盐水溶液为起始原料，包括沈淀、生成、干燥、热处理等工程。而两种以上成分的金属盐水溶液，以共沈法可以得到均匀超微状的铁氧磁体粉体，但它的缺点是缺乏量产性。生成沈淀之际，因沈淀微粒子常成独特的针状，板状，立方体状等析t.故利用此种结晶现象可大量生产磁带用氧化物磁粉(，以下我们分述干式法制作多结晶烧结铁氧磁体与湿式法制作微粒子氧化物磁粉。

5式法多结晶烧结氢氧磁体
工业上大量生产的高频用软磁铁氧磁体及硬磁铁氧磁体干式制程，因其用途完全不同为，在制造的控制下有很多不同点。但基本上有很多共通的制程缨作。
高频用磁芯的烧结铁氧磁体主要为尖晶石型的铁氧磁体如锰锌系，镍锌系. .永久磁石用铁氧磁体如锶系、钡系则为六方晶系。
(a)铁氧磁体粉体准备
起始原料粉体经混合，加热(煅烧)粉碎制得铁氧磁体粉体，粉体经造粒、加压成形、加热烧结得到烧结成品，制品的磁性受微细构造影响很大. ,为得到具优良磁持性的微结构，须研究铁氧粉体的特性。

(t)原料的选择与处置
原料以金属氧化物或碳酸盐为主，这些原料常为数V m~数十pm的微粉体。原料的纯度曾，主原料的纯度曾影响到产品偏离化学计量组成的程度，而微量不纯物，亦不可轻忽其对最后特性之影响。原料的经时变化，如吸附水分、二氧化碳，分解等都会使产品偏离组成。故使用特性清楚的原料是增高生产性、管制质量的第一步。

(2)混合
为得均匀的混合粉体，常在混合粉体，汾体加水成泥浆，用球磨机(Ball Miller)混合。形成泥浆是要增高混合效率，防止发热，混合时通常用水，但容易溶解的原料可改用氯乙烯、异丙醇、乙醇等溶剂，有时亦用全无液体的干式混合。而铁氧磁体原料的混合通常用钢制球磨罐，球罐与球的损耗会使铁粉混入原料粉中，有时须补正组成的偏差，球磨机混合完成后，以泥浆滤压机等脱水，干燥。

(3)煅烧
将均匀混合的原料粉体水I，混合粉体的粒子间进行固体反应，生成铁氧磁体。此第1段加热工程称为煅烧，接着经粉碎及成形，而后加热，此工程称琵程称为烧结。煅烧的理由如下:
1.原料为碳酸盐或高级氧化物等时，:.须预先加热分解释出产生的气体。
2.预先完成含氧化铅，氧化锌等挥发性，氧化物的反应，使烧结工程产生的外形尺寸收缩程度保:。叫1埙持一定
3.消除混合体的局部组成变动以求粉体的均匀性。

(4)粉碎与造粒
煅烧所进行的固相反应会产生粒子间的轻微烧结，须将之粉碎微粒化。此工程仍大都是以加水或泥浆，以钢制球磨罐、球粉碎。粉碎后粉体的形状影响后续粉体成形、烧结所得制品的微结构，而对磁特性有敏感影响，故粉碎工程很重要。由于粉碎之际发生的机械性应变或机械化学作用，会使铁氧磁粉的磁特性劣化，可在不产生晶粒成长的温度下作短时间退火处理即可。此项操作在橡胶磁体用铁氧磁体之促成上很重要。如表17.30为比较硬磁铁氧1氧磁体粉制造法不同所导致矫顽磁力的差异。经过
1、原料选择：以金属氧化物和碳酸盐为主。通常为数μm~数十μm的微粉体。
2、计量混合：要得到均匀的混合原料，常在混合粉体加水成泥浆再用球磨机混合。对容易溶解的原料可改用异丙醇…等代替水。混合完成后，以泥浆滤压机等脱水、干燥。
3、假烧：将均匀混合的粉体加热，混合粉体的粒子间进行固体间反应，生成铁氧体。
4、粉碎：假烧所进行之固相反应会产生粒子间的轻微烧结，须将之粉碎微粒化。此时粒径约0.5~1.5μm。
5、造粒：可消除微粒子间的不规则黏着或黏于容器壁，改善流动性且可防粉体飞散。量产时粒径约0.1~0.6mm。
6、压制成形：目的再获得与制品相似的粉体成形体。
7、烧结：直接决定磁特性、电性、机械性质等。烧结分为三期：
A：初期过程：加热时先从微粒子接触部结着，再形成颈部成长，造成粒子间距离减少而形成体收缩。气孔率大约30%左右。
B：中期过程：由于粒子间的结合使粒子成长，赶出粒子间的空隙，使成形体更致密，成形体显著收缩，气孔率减少。气孔率大约30%~10％。此过程中一部份空隙成为闭气孔封入烧结体中。
C：为减少晶界能量，继续进行晶粒成长，而被封入的气孔经晶界扩散而少量排出于成形体外部，收缩变缓和。
8、研磨加工与洗涤清洁
9、出厂检验。

由以上的生产流程，我们可以知道烧结后成品密度和烧结之前的生胚密度，两者之差异相当大。此由于烧结过程中粒子间的结合使粒子成长所造成的收缩。
若粉体成形的生胚密度不加以量测，则有可能造成烧结后产品因收缩而产生变形现象，浪费原料和成本。又金属粉末经压机成形之生胚是多孔性毛胚。此毛胚一旦浸入水中，立即产生瓦解，无法量测其生胚密度值。

经我们的访问调查得知，目前工业界采用：
1、水银压入密度仪：利用水银表面张力大的特性，将水银给予加压而渗入粉体内的细孔。由圧力和被圧入的水银量来求得密度的方法。但经医学家证实水银是有毒的，如吸入汞蒸气，咽下可溶性汞化合物或经皮肤吸收汞，都可引起汞中毒。

2、利用一般性橡胶比重计量测：使用其它溶液来代替水。如硅油…等带有黏稠度的液体。其目的是避免此毛胚瓦解(防水处理)。简单的说就是不让渗入开放孔隙。因为多孔性产品的密度求法根据ASTM B311与MPIF Standard 42与JIS Z2505和GB/T 5163准则所规定。是以『体密度』为认定标准。而体密度(Bulk Density)即一般粉末烧结产品，它包含待测物体内密闭孔隙与开放孔隙所测得之密度。所以绝对不能让液体渗入开放孔隙内。目前厂商可能都是使用硅油代替水的理由。但根据我们的了解，此硅油代替水的方法只是权宜之策。但硅油是黏稠度的液体，在产品处理上带给操作者相当的不便。

以下是我们的实验报告：
针对软磁材料，我们作了以下之实验报告，来验证我们的产品适合使用于多孔吸水的磁性材料：
A：软磁生胚材料：
条件：使用本公司专业型比重计MH-200P 200g 平均读值0.001g 使用C程序
蜡温80℃ 蜡比重：0.900 水温15℃ 水密度值 0.998
演算公式为：Db＝Wa/【(Wb－Ww)/ 0.998－(Wb－Wa)/0.900】

干燥空气中重	防水处理后空气中重	防水处理后水中重	体密度值
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：软磁烧结后材料：使用A程序
条件：使用本公司专业型比重计MH-300I 300g 平均读值0.001g
工业酒精比重：0.800 水温15℃ 水密度值 0.998
演算公式为：Db＝(Wa×0.998)/(Wb－Ww)

干燥空气中重	防水处理后空气中重	防水处理后水中重	体密度值
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

由以上的两个实验，可以证明我们的产品能轻易快速的、准确的直接读出磁性材料的生胚、烧结密度。

本公司对电子比重计已有18年的实际生产销售经验。经3年的研发，终于生产出完全符合ASTM，MPIF，JIS，中国国家标准…等的标准粉末冶金专用电子比重计来服务于磁性材料行业。

A：专业型台湾MatsuHaku电子比重计QL-300I：吸水体专用
称重精度：0.005/0.01~200g 密度精度：0.001g/cm3   平均称重精度：0.001g
体积精度：0.001 cm3  固体量测具有水温度补偿、可使用其它溶液代替水溶液。

B：专业型台湾MatsuHaku电子比重计QL-600I：吸水体专用
称重精度：0.02/0.01~600g  密度精度：0.001g/cm3   平均称重精度：0.001g
体积精度：0.001 cm3  固体量测具有水温度补偿、可使用其它溶液代替水溶液。

以上二种机型完全依照ASTM、GB/T、JIS、ISO的标准方法为依规，且以阿基米得原理的水中置换法理论为基础所设计而成。以精制石蜡来代替硅油做为防水处理剂，以三个变量公式。能轻易的让  您快速的量取生胚和烧结密度值。

附录：
生胚封蜡防水处理标准操作法
步骤：
1、将蜡粒直接放入蜡溶解槽上，然后电源power on给以加热，可调至最高温度让其快速加热，因蜡的熔点为60℃约1~2分钟就可发现蜡开始溶解成液体，此时调降温度至零位置或将电源power off。利用炉子的余温即可将蜡完全溶解为液体。
2、拿150℃之温度计测试蜡温。
3、蜡温勿超过150℃。
4、防水处理之蜡形成液体之后，首先测试防水处理剂的情况，必须达到(速浸速干)
5、此要求。(可拿夹子浸入速拿起，看看是否速干之状况，而且覆盖层要向糖衣一样薄薄的一层。)
6、使用夹子夹住样品先浸泡一半，在使用夹子夹住已防水浸泡之部份，再浸泡另一半。
7、如以上所示，即可完成防水处理之效果。

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