偏转磁芯烧结裂纹探索

偏转磁芯烧结裂纹探索
摘要：运用偏转磁芯的升温与排胶理论，对偏转磁芯烧结用推板窑炉内的气流状况进行了分析，对偏转磁芯烧结温度曲线进行了定量讨论，对常见烧结竖裂产生的原因进行了分析，并提出了由于窑炉烧结产生的裂纹的解决办法。

关键词：偏转磁芯升温与排胶烧结裂纹
1.前言
偏转磁芯由于形状复杂，尺寸较大，在烧结过程中，竖裂是经常出现的现象，也是影响产品合格率提高的主要因素，因此研究探索竖裂的机理十分重要，同时，我们只有掌握这些原理，才能在烧结出现竖裂时，有针对性地进行调节，避免不必要的损失。

2.窑内气流和气氛的均匀性
气流是流体的一种，它具有易流动性，也具有粘滞性，还有惯性和压缩性。

气体在窑内流动时，受到阻力有两种：一种是由于气体本身的粘滞性及其与窑内壁、推板、承烧座、坯件构成的气流边界间的摩擦产生的阻力称为摩擦阻力或沿程阻力；另一种是气流经过窑壁某些部分（凹凸部分）、承烧座、坯件时，由于流速方向和大小的变化产生涡流而造成的，这种阻力只发生在局部地方，称为局部阻力。

双推板烧结窑垂直于推进方向的截面如图1所示。

窑腔内坯件和窑顶之间的空间、坯件和窑左右侧面之间的空间以及两列推板上的坯件的边沿与窑膛中心之间的空气均为气流的主通道。

从冷却段至烧结段的气流大部分都沿此边界流动，然后从升温段排出。

图2是烧结段进气、排气孔部分沿推进方向的局部截面的流线示意图，图中可以看出两个相邻的承烧板上坯件之间的空间经过坯件上部的气流造成了沿程阻力致使期间气流形成漩涡。

从坯件顶部至窑顶气流的速度分布见图3.两列推板及承烧座所装的坯件靠窑腔中心的边沿构成的通道中，从推板结合部的推板面至窑顶的气流分布如图4所示。

由于气流边界的沿程阻力的影响，主通道内的气流在同一截面都呈不均匀分布。

图1 垂直于推进方向的截面图图2 沿推进方向的局部截面的流线图
在烧结偏转磁芯元件的双推道烧结窑内，在其推进方向上要满足三条工艺曲线：温度曲线、气氛（含氧量）曲线和压强曲线。

气体压强曲线是为气氛曲线服务的，是气氛调节和控制的基本条件。

3.磁芯坯件的升温与排胶
热量的传递有传导、对流和辐射三种方式，偏转磁芯毛坯在烧结时实际上是这三种方式的综合，只不过在不同的情况下，这三种方式有主次之分。

对烧结偏转磁芯的双推窑而言，从升温至烧结结束，可以按三个阶段来划分：第一阶段为排胶段，从室温到600℃，主要是坯件内水分的蒸发和粘合剂的挥发过程，这一阶段以对流传热为主，辐射、传导传热为辅；第二阶段为升温阶段，其温度在600℃-1200℃，以对流传热为主向以辐射传热为主过渡，传导传热为辅；第三阶段为保温烧结段，气温度在1200℃以上，以辐射传热为主，对流、传导
为辅。

不管用哪一种方式得到热传导的情况下，在坯件加热的过程中，坯件必须先由表面吸收热量，然后坯件表面向坯件内部传递热量，坯件个部分要达到热平衡需要一定的时间，因此，加热坯件并达到预定的温度和温度均匀性，足够的吸热面积和足够的加热时间是很重要的。

坯件在加热过程中所需的吸热量按下式计算：
Q=C m（θ1-θ2）（cal）
式中：θ1、θ2——坯件的终温和初温（℃）
m——坯件的重量（g）
C ——坯件θ2至θ1这一温区间的平均比热容（cal/℃·g）
偏转磁芯坯件的比热容与其无机物的种类和各成分含量、有机物种类和各成分含量、水分含量、坯件密度有关，同时，坯件比热容随坯件所处的环境温度变化。

在加热过程中坯件升温所需要的热量首先必须通过坯件表面来吸收，施热物体向受热物体表面传热。

通过坯件表面向坯件传热所需的时间与工作的吸热面积成反比（导热系数、传热系数、辐射系数确定时）。

影响偏转磁芯坯件排胶的因素主要有：
3.1温度和时间
坯件在窑内烧结时，坯件温度不一定是仪表显示温度，而且坯件本身各部位都存在温差。

当推进速度较快或升温曲线过于陡峭时，坯件的平均温度往往滞后于仪表显示的温度坯件内部的温差也会增大。

PVA和有机添加剂的沸腾、分解和挥发则直接与其所在部分的温度有关，因此，即使同一坯件，PVA和有机添加剂的排出都有先有后，而且是由表及里地进行。

另外，任何化学反应都有一个过程，需要足够的时间才能完成。

3.2气氛中的饱和蒸汽压
液体的挥发（蒸发）与所处环境的饱和蒸汽压有关。

在排胶区，PVA和各种有机添加剂在160℃-290℃会先后挥发，若不及时排出窑外，该有机物就不容易挥发出来。

3.3排出通道
坯件中的水分及有机添加剂的排出是由表及里地进行，坯件表面的容易排出，坯件内部的要排出必须有排出通道才行。

特别是较厚的坯件或坯件中较厚的部位，坯件中间的有机物排出比较困难；坯件密度小，排胶容易，坯件密度达到3.0g/cm3以上时，排胶相当困难。

在坯件较厚的密度较大的情况下，若推进的速度较快，坯件内的PVA和有机物在该排出的温度下没有排出，由于温度升高，坯件内的有机物的挥发非常剧烈，有没有排出通道，因此，将在坯件内某一部分形成高压气体，当压强达到坯件的强度不能承受的时候，气体会冲破坯件排出来，使坯件形成裂纹。

这种裂纹往往发生在坯件的最厚部位或坯件两部分之间的结合部位。

3.4有机物含量及其在坯件中的分布
PVA及有机添加剂是制作偏转磁芯产品的辅助材料，最终它们要被排出产品之外，使用它们主要是因为制作工艺的需要，因此，这些有机物的含量在满足工艺要求需要的前提下应尽量少，含量过多，有百害而无一利。

同时，这些有机物在坯件中的分布应相当均匀，否则，在这些有机物集中的部位排胶必然困难。

根据以上理论指导，我们彩偏磁芯生产线上的常见的窑炉裂纹问题就可以很好解决了。

4.竖裂原因分析及解决办法
彩偏磁芯的竖裂主要是指由于毛坯挥发过于集中造成的白印，沿裂纹炸开后有明显的氧化面，属于典型的烧前裂，裂纹的不平整表面是结合剂裂痕的典型特征。

调整的关键在于控制升温区的温度曲线，尤其是毛坯中胶体急剧挥发的200—400℃温度段，使其尽量延长，避免毛坯胶体大量集中挥发。

竖裂有三项考察指标：升温排胶曲线、升温区上下温差和升温区的饱和蒸汽压，这三项指标必须全部合适，才能保证产品不会出现竖裂。

偏转磁芯颗粒料中的PVA和有机添加剂在230℃左右开始急剧挥发，但这是在理想状态下测试的。

考虑到双推板窑炉的加热方式、饱和蒸汽压、推进速度、外界环境温度等因素，偏转磁芯毛坯在窑炉烧结中急剧挥发的区域在34米窑S2到S3。

此时，加热组温度仪表设定为400℃，窑腔中的温度大约为300℃，毛坯的温度才能到230℃.
2012年，我对8号34米电窑产品的竖裂进行了专门研究，发现最佳温度曲线为：进口：80℃，S1:200℃，S2：310℃，S3：430℃，S4：600℃，波动在±20℃，如果S1、S2过低，就会导致升温曲线过于陡峭，容易产生竖裂。

但单独温度曲线合适还不够，还必须保证升温区的上下温差。

对于S2对应的测压孔上层和下层，只要S2温度为310℃，上层的温度在230℃左右，出现竖裂时下层的温度为150℃.这时，如果开大逆风（作用明显）或升高下部加热组温度（效果不明显）下层温度只要超过180℃，产品的竖裂就比较少。

偏转磁芯的竖裂还于窑腔内升温区的饱和蒸汽压有关。

饱和蒸汽压的大小通过升温区火线的颜色来判定，火线越亮，饱和蒸汽压越小，越有利于毛坯内胶体的挥发；反之，火线越暗，饱和蒸汽压越大，越不利于毛坯内胶体的挥发，容易产生竖裂。

一般情况下，大雾天气容易使窑内饱和蒸汽压增大。

5.结束语
烧结竖裂问题是今年来长期困绕彩偏磁芯生产的主要问题，严重影响了彩偏磁芯合格率的提高，现在我们找到了竖裂产生的原因，并提出了相应的调整办法和解决措施，收到了非常明显的效果。

同时，也考虑到了恶劣天气对彩偏磁芯烧结的影响，尤其是大雾天气造成的竖裂和外界温度较低造成的暗裂，并提出了行之有效的改进措施。

参考文献：
1.《窑内气流和气氛的均匀性》，《铁氧体坯件的升温与排胶》，阳开新著。

2.《磁性材料工艺原理》，贾利军编写，二零零零年七月，电子科技大学出版社。

3.《MgMnZn铁氧体裂痕的形成》，朱玲、李晓光著。

4.《磁性材料》，张有纲、黄永杰、罗迪民编写，一九八七年七月，电子工业出版社。