软磁铁氧体的大生产工艺技术及质量控制

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软磁铁氧体的大生产 工艺技术及质量控制
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软磁铁氧体经过 !" 多年的发展 ! 目前 其工艺日趋成熟 " 稳定 ! 各企业间的差异在 日渐缩小 # 但大规模稳定生产高质量软磁 铁氧体就比较棘手 ! 软磁铁氧体材料牌号繁 多 !磁心形状 " 尺寸各不相同 ! 用户对品质的 要求越来越高 ! 交货周期大大缩短 ! 而磁心 制造商为控制成本降低经营风险又必须 大 $ 这将在一定程度上缩短生产和 量减少库存 技术准备周期% 等等 ! 都给大生产带来许多 困难 # 大生产中的症结出现在备料 & 成型 & 烧结 & 磨加工和分包等各个环节 ! 工艺技术 及质量控制也应紧紧贯穿于这些环节中 #
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尺寸和 生产工序 磁特性 机械特性 外观质量 成 本 交货期 原材料选择 及配方 !!!
备料 成型 烧成 磨加工 分选及包装
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不平整 ! 尺寸偏差大 ! 电感量及功率损耗散 差较大等不良后果 " 因此在磨加工开始前 " 对磁心进行简单地分选和处理也是非常必 要的 # 本工序应重点预防操作 人员的倾向 性 错误加工 " 重点规范磨加工进刀速度 ! 不同 产品的磨加工设备选择和加工方法 " 以确 保产品尺寸和电感量等参数 $
两方面 % 一是根据用户要求分选淘汰出外 观 & 尺寸或性能不符合要求的产品 " 包括必 要时逐测产品性能或逐量产品尺寸 ’ 二是 对一些产品实行外长分档以利于有效配 对$ 本工序应从规范管理出 发 " 建立较完 善的产品质量追溯制度 ( 能追溯到产品交 付用户使用时 )" 坚决杜绝漏分漏检现象 # 对用户要求很高的重缺陷 " 抽样检验判定 应实行 * 零缺陷 + 返工制 $ 当然 " 规范不同产 品的包装材料和包装方式以利于用户使 用 "也是本工序管理的重点内容之一 $
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型要求颗粒料的含水量在 !"#$!"%& ! 粒度 在 ’!!()*!+, 为宜 " 而且最好呈正态分 布 -’*!.)!!/, 占 0!& 以 上 1" 同 时 要 求 松装密度 !’")#234, " 这将减少成型坯件
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及大小 ’ 装坯重量和方式等方面的不同 " 确 定合适的烧结温度及烧结曲线 & 一般来说 " 在升温阶段的低温区 ) 约从室温到 *!!8 *" 主要是坯件内水分 ’ 粘合剂和润滑剂的挥 发过程 " 此时需缓缓升温以避免坯件开裂 ( 此后是坯件逐渐收缩阶段 " 升温速率可适 当提高 " 但约从 9!!: 到 ’#!!; " 这一段影 响着磁心晶粒的大小 ’ 均匀度 ’ 气孔率及分 布等 " 升温速率要适当 ( 到最高烧结温 度 后 " 应有一个 )<* 小时左右的保温段 ( 在 降温阶段 " 冷却速率及氧含量对产品的电 磁性能及合格率也有很大影响 % 在烧成工序 " 应重点预防产品粘连 ’ 变 形和开裂 ( 重点控制氧含量 ’ 窑尾气压的变 化以及产品外长尺寸和性能的一致性 % 根 据用户和产品的不同要求 " 规范工艺 " 实行 定 窑 ’定 温 ’定 气 氛 ’定 摆 坯 方 式 和 定 期 疏 通排胶管道的标准化作业模式 %
入一些有益的杂质 # 如 >/ !()!?@(!!AB!(*!
CD(!!E !(*!:F!()!:G(!5F(!!9B)(, 及 :.(
等 #但要控制好添加量 # 过多反而有害 " 在本工序 # 应重点预防和 控制原材料 的纯度并确保配方称量的准确性 "
!=! 备料 以典型的氧化物法备料 ’ 湿
式 混 料( 工 艺 为 例 # 该 工 序 包 括 一 次 砂 ’ 或 ’ 或砂( 球( 磨 ! 一次喷雾干燥 ! 预烧 ! 二次球 ’ 或球( 磨 磨 !二次喷雾干燥等过程 " 一次砂 的主要目的 是保证主配 方料混合 均 匀 #从 生产效率的角度 # 一般选择砂磨方式 # 时间 仅需约 8 小时即可 ’ 球磨则需要 ; 小时 左 右( # 料 H 球 I 水 J8K!L!=*M4=;NO=P# 并 采用等径钢球 " 一次喷雾干燥的目的是将 混合均匀的原料烘干 ! 造粒 # 使其具有一定 的密度 # 这有利于固相反应的进行和提高 预烧效率 # 减少预烧中料在窑体内的粘壁 现象 # 造粒尺寸的一致性会直接影响预烧 ’ 回转窑效 效果 " 预烧时要根据所用的窑体 果更好( 和原料 # 确定合适的预烧温度和保 温时间 # 这对成型生坯的收缩率 ! 颗粒料 温度曲线的选择都影响很大 " 一般软磁铁 氧体的预烧温度在 8OOOQ 左右 # 用回转窑 预烧的效果较好 " 经过预烧的坯料是多气孔 ! 多缺陷 ! 低 密度的部分铁氧体化物质 # 将其用球磨机 粉碎 ! 研磨制成利于压制成型的粒度 # 这道 工序习惯上称为二次球磨 # 球磨时间约需
起层和减少粒料填充模腔时的 # 拱桥现象 $ " 从而改善成型生坯的强度和密度均匀性 % 在本工序 " 应重点预防和 控制二次球 磨后粒料的平均粒径 ! 颗粒料的粒度及其 分 布 !松 装 密 度 !含 水 量 !粘 合 剂 的 质 量 和 加入量等 &
#") 成型 成型是软磁铁氧体制造过程
中的关键工序之一 " 干压成型是经常采用 的成型方式 & 成型的质量对磁心的几何尺 寸 ’ 外观 ! 电磁性能都有极大影响 & 成型坯 件的密度均匀性好尤为重要 " 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 " 这些缺陷常见于罐形 ! 高度高臂 薄的 56 !557 形等磁心中 & 成型是大生产 中控制难度最大的工序之一 " 它对颗粒料 的粒度 ! 流动性 ! 粘结性 ! 模具 ! 压机以及调 试人员 !操作人员的要求都较高 & 压机操作 不当 ! 使用粒料的特性不好 ! 或模具设计不 到位 " 都会造成产品的微观结构不均匀 " 内 部出现裂纹 & 粒料的流动性决定着粒料在 模腔中的填充速度和填充效果 ( 模具设计 应根据产品形状 ’ 坯件的收缩比 ’ 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 & 在本工序 " 应重点预防和 控制不同特 性料的选择和使用 ’ 生坯重量 ’ 磁心底厚及 密度的均匀性 " 严防内部开裂或起层的产 品批次流入下工序 &
!"#$ 分选及包装 由于大生产中的影响
因素较多 " 加之用户要求的不断提高 " 个别 的品质偏差也会导致用户的投诉甚至批量 退货 " 因此对磨加工后的产品进行出厂前 的分选 "也是十分必要的 $ 其职能通常包括
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在软磁铁氧体的大生产过程中 !做好技 术质量的控制工作十分重要 # 通过加 强技 术质量控制 ! 提高产品合格率 ! 是降低生产 成本的重要途径之一 # 软磁铁氧体的 大生 产技术质量控制 ! 简单地说 ! 就是要把以预 的选择开始直到产品交付使用的整 个生产 经营过程 # 许多工艺技术人员认为 ! 达到优异的磁 性能是磁心生产中技术质量控制的 最重要
防和控制为主的基本思想 ! 贯穿于从原材料 ( 管理流程化 & 作业标准化 )! 把复杂的问题
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宜宾科技
#""" 第 # 期
总第 !"! 期
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软磁铁氧体的各制造工 序对磁心的 特 性 !外 观 质 量 !成 本 !交 货 期 等 的 影 响 有 所 不同 " 图表直观地概括了这种相关性 " 当 然 # 表中的评价也较为主观 # 可能因企业工 艺设备状况和工序匹配情况不同而异#但 它指出了整个软磁铁氧体生产和经营中的 关键问题 " 技术质量控制是为生产和经营 服务的 # 因此必然要结合这些实际问题开 展工作 "
)* 3,4-./0 $52($6 78!-./0 之 间 " 如 9:,,# 有 厂 家 取 配 方 为 $&’!()$*)")-./0 ! 12($);"*<-./0$52($84=!-./0" 为促进固
相反应!助 熔 !防 止 晶 粒 长 大 !改 善 材 料 性 能及增加机械强度等 # 通常在配方中要加
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注 $ ! 表示生产工序对特 性的影响度 ’ 二 次 料( 的 流 动 性 ! 松 装 密 度 和 二 次 烧 结 指数 %& 表示该工序对特性影响不大 "
!"# 原材料选择及配方 提高软磁铁氧
体特性的关键之一在配方 $ 包括二次球磨中 加杂 % # 因此应重点选择好主配方料 # 要求主 配方料的纯度要高 ! 含有害杂质如氯根 ! 酸 根等较少 ! 化学活性和流动性要好 ! 粒度分 布适当 ! 三种主配方料的比表面积匹配较 好 " 就功率铁氧体来说 # 目前国内外制造商
目标 !其实这是一种较片面的认识 # 根据基 础物理效应 ! 一种软磁材料不可能同时兼有 各种有利的磁特性 !在某些磁特性之间总是 相互折衷的 ! 如不能同时获得最高磁导率和 最低功率损耗 # 在实际生产中 !应根据用户 的不同需求 ! 有选择性地保证某些磁特性 ! 比如在高电感器件应用中 ! 应重点保证磁心 有高的电感因数 #$ ’ 在电源变压器应用中 ! 对功率损耗 %& 的要求更高一些 ’ 在回扫变 压器应用中 ! 需要磁心有高的直流叠加 特 性 # 因此 ! 在大生产中 ! 软磁铁氧体有优异的 磁特性并非是最重要的目标 !在很大程度上 要取决于其应用场合 ! 其它诸如机械特性 & 外观质量 & 成本或交货期等也很重要 ! 在某 些场合下甚至更为重要些 # 而坚持 预防和 控制为主的基本思想 ! 单从材料特性这一控 制环节来说 ! 就是要根据不同用户 & 不同磁 心使用要求上的差异 ! 选择不同配方或不同 烧结工艺的材料 !固化工艺 ! 规范管理 !实现 简单化 ! 把简单的问题重复做好 ! 这样方能 避免出现差错和正确处理好产品质量 &生产 效率及产品成本之间的矛盾统一关系 #
8!R8; 小 时 # 以 确 保 粒 料 的 平 均 粒 径 在 的 配 方 大 约 在 $&’!()$*)+*,-./0 ! 12($ 8S-以下 " 加杂通常在二次球磨时进行 # 同
时加入一些粘合剂如 聚乙烯醇 ’ 9E>( 以 满 足干压成型的要求 " 备料工序的最后一步是 在喷雾干燥 器 中造粒 # 将粉料制成具有良好流动性 ! 有一 定强度和粘度的颗粒 # 以利于成型 " 干压成
#"% 烧成 烧成直接决定软磁铁氧体的
最终组成 ’ 相的分布 ’ 晶粒大小 ’ 致密性 ’ 尺 寸 ’ 外观及性能 & 烧成应根据所用烧结设 备 ’预 烧 温 度 高 低 ’预 烧 料 的 收 缩 性 ’粘 合 剂的种类和加入比例 ’ 产品性能要求 ’ 形状
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总第 !"! 期
#"* 磨加工 经烧成的磁心只有极少数
可以直接使用 " 大部分产品必须经过磨加 工才能获得满足用户要求的机械尺寸和外 观 % 磁心的磨加工方式通常有直线通过式 ’ 圆盘通过式和圆盘周期式等 " 直线通过式 的加工 效率很高" 但它需要下 垫 砂 带 ’钢 带 " 而且磁心相对于台面也在移动 " 因此其 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心 " 该种加工方式 会存在隐患 % 圆盘周期式磨床磨加工磁心 时 " 由于磁心与台面相对固定 " 且不垫任何 介质 " 因此精度较高 " 适合于磨加工小磁 心 "其缺陷是磁心磨损 ) 掉块 * 会严重一些 % 提高磨加工产品质量的 一致性 " 要精 选钢带 ’砂 带 "必 要 时"根 据 产 品 的 磨 加 工 特点 " 制作一些专用夹具可很好地保证批 量磨加工的一致性 % 此外 "磁心上的烧结粘 连异物如钢玉砂 ’ 料粉 ’ 毛刺等的处理也相 当重要 " 清除不干净会导致产品磨斜 ’ 表面