铁氧体生产工艺技术——铁氧体的烧结(一)
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《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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，
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 对于所有气孔均符合热力学收缩密度有所不同 的磁体，初始密度对烧结密度的影响是不大的。 但如果初始密度过低，热力学稳定，致密化将 受明显影响，初始密度高，R小，σp大，有利 于致密化。
❖ 铁氧体内部气孔的大小、形状、分布与烧结温 度和时间有关。
❖ 当原始配方中氧化铁含量略低于正分比时，可 获得高密度；反之，如氧化铁含量略高于正分 比，则很难得到致密的样品
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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。
《铁氧体生产概念 ❖ 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
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 课后小结： ❖ 一、气孔与致密化的关系，气孔与晶粒生长和致密度
有关， ❖ R＜Rc，气孔收缩，R＞Rc，气孔趋于生长； ❖ 二、降低气孔率的措施（六条）； ❖ 三、常用烧结技术有：①低温烧结，②热压烧结，③
气氛烧结。 ❖ 作业布置： ❖ 制备高密度铁氧体，降低气孔率应采取哪些措施？ ❖ 2、常用的烧结技术有哪些？
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 复习——讲授——小结——作业布置
❖ 教学手段：
❖ 课堂讲授
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 复习上次课重点： ❖ 烧结的概念，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 粒相互结合，排除颗粒间的气孔，提高材料的机械强 度，使之充分铁氧体化（充分固相反应）。
❖ 二、烧结过程分为烧结初期、烧结中期、烧结后期三 个阶段。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”，晶界移动对晶粒长大的贡 献取决于初始颗粒的尺寸比。
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 降低气孔率是制备高密度铁氧体烧结体的关键，其方 法有：
❖ （1）降低原料的平均粒径（如采用共沉淀法生产的 原料）；
❖ （2）采用高纯原料并缓慢加热； ❖ （3）加大成型压力，提高坯件密度均匀性，如采用
等静压等；
❖ （4）通过掺杂抑制异常晶粒长大； ❖ （5）加压烧结； ❖ （6）控制烧结气氛并缓慢升温。 ❖ 五、常用的烧结技术
❖ 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？
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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。
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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
❖ 四、气孔与致密化的关系 ❖ 气孔生长与晶粒生长和致密化有关。所以气孔生长受
到颗粒尺寸差别和气孔压应力的双重影响。 ❖ 实际粉料成型体的致密化过程由于存在气孔，尺寸分
布将是复杂的。 ❖ 在相同的成型密度条件下，具较宽气孔分布成型体的
收缩率一般低于尺寸分布较窄的成型体。 ❖ 较宽的气孔尺寸分布往往是由团聚体的存在而引起的。
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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。
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
铁氧体的烧结（一）
❖ 预习 1.3，1.4
《铁氧体生产工艺技术》
第四讲 铁氧体的烧结（二）
❖ 教学目标：
❖ 了解烧结过程中气孔与致密化的关系，熟悉常用的烧 结技术。
❖ 职业技能教学点：
❖ 一、气孔与致密化的关系，
❖ 二、降低气孔率的措施，
❖ 三、常用的烧结技术：1、低温烧结，2、热压烧结，3、 气氛保护烧结。
❖ 教学设计：
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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）。
❖ 1、低温烧结
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 2、压力烧结 ❖ 热压烧结可分为两大类：单轴向热压法和等静
压法。 ❖ （1）单轴向热压法
《铁氧体生产工艺技术》
❖ （2）热等静压法
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 3、气氛烧结 ❖ （1）Zn的游离与挥发 ❖ 影响锌的游离与挥发的因素主要有： ❖ ①铁氧体组成中ZnO的含量 ❖ ②加热温度与时间 ❖ Zn挥发随加热温度的上升和加热时间的延长而加剧。 ❖ ③周围气氛的影响 ❖ ④Al2O3粉能加剧产品表面Zn的挥发 ❖ 这故是。由于Zn与Al2O3反应生成ZnAl2O4（篮绿色）的缘 ❖ （2）氧化—还原现象的分析与控制
为三个阶段： ❖ 升温阶段 ❖ 保温阶段 ❖ 降温阶段
《铁氧体生产工艺技术》
烧结温度曲线
《铁氧体生产工艺技术》
烧结窑炉
《铁氧体生产工艺技术》
烧结窑炉
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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
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。
《铁氧体生产工艺技术》
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
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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：
❖ 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。
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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。
❖ 三、晶粒长大与二次再结晶 ❖ 二次再结晶是铁氧体常见的，二次再结晶的程度取决
于颗粒的大小。为了避免非连续成长，通常希望颗粒 均匀，坯件密度均匀。实践中发现，球磨时间过长， 在球磨中加入铁屑以及预烧料温度过高，烧结生温速 度过快等，也容易产生非连续的结晶长大。
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 新课教学 ❖ §1.3 铁氧体烧结
❖ 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，
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 对于所有气孔均符合热力学收缩密度有所不同 的磁体，初始密度对烧结密度的影响是不大的。 但如果初始密度过低，热力学稳定，致密化将 受明显影响，初始密度高，R小，σp大，有利 于致密化。
❖ 铁氧体内部气孔的大小、形状、分布与烧结温 度和时间有关。
❖ 当原始配方中氧化铁含量略低于正分比时，可 获得高密度；反之，如氧化铁含量略高于正分 比，则很难得到致密的样品
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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。
《铁氧体生产概念 ❖ 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
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 课后小结： ❖ 一、气孔与致密化的关系，气孔与晶粒生长和致密度
有关， ❖ R＜Rc，气孔收缩，R＞Rc，气孔趋于生长； ❖ 二、降低气孔率的措施（六条）； ❖ 三、常用烧结技术有：①低温烧结，②热压烧结，③
气氛烧结。 ❖ 作业布置： ❖ 制备高密度铁氧体，降低气孔率应采取哪些措施？ ❖ 2、常用的烧结技术有哪些？
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 复习——讲授——小结——作业布置
❖ 教学手段：
❖ 课堂讲授
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 复习上次课重点： ❖ 烧结的概念，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 粒相互结合，排除颗粒间的气孔，提高材料的机械强 度，使之充分铁氧体化（充分固相反应）。
❖ 二、烧结过程分为烧结初期、烧结中期、烧结后期三 个阶段。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”，晶界移动对晶粒长大的贡 献取决于初始颗粒的尺寸比。
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 降低气孔率是制备高密度铁氧体烧结体的关键，其方 法有：
❖ （1）降低原料的平均粒径（如采用共沉淀法生产的 原料）；
❖ （2）采用高纯原料并缓慢加热； ❖ （3）加大成型压力，提高坯件密度均匀性，如采用
等静压等；
❖ （4）通过掺杂抑制异常晶粒长大； ❖ （5）加压烧结； ❖ （6）控制烧结气氛并缓慢升温。 ❖ 五、常用的烧结技术
❖ 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？
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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。
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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
❖ 四、气孔与致密化的关系 ❖ 气孔生长与晶粒生长和致密化有关。所以气孔生长受
到颗粒尺寸差别和气孔压应力的双重影响。 ❖ 实际粉料成型体的致密化过程由于存在气孔，尺寸分
布将是复杂的。 ❖ 在相同的成型密度条件下，具较宽气孔分布成型体的
收缩率一般低于尺寸分布较窄的成型体。 ❖ 较宽的气孔尺寸分布往往是由团聚体的存在而引起的。
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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。
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
铁氧体的烧结（一）
❖ 预习 1.3，1.4
《铁氧体生产工艺技术》
第四讲 铁氧体的烧结（二）
❖ 教学目标：
❖ 了解烧结过程中气孔与致密化的关系，熟悉常用的烧 结技术。
❖ 职业技能教学点：
❖ 一、气孔与致密化的关系，
❖ 二、降低气孔率的措施，
❖ 三、常用的烧结技术：1、低温烧结，2、热压烧结，3、 气氛保护烧结。
❖ 教学设计：
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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）。
❖ 1、低温烧结
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❖ 2、压力烧结 ❖ 热压烧结可分为两大类：单轴向热压法和等静
压法。 ❖ （1）单轴向热压法
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❖ （2）热等静压法
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❖ 3、气氛烧结 ❖ （1）Zn的游离与挥发 ❖ 影响锌的游离与挥发的因素主要有： ❖ ①铁氧体组成中ZnO的含量 ❖ ②加热温度与时间 ❖ Zn挥发随加热温度的上升和加热时间的延长而加剧。 ❖ ③周围气氛的影响 ❖ ④Al2O3粉能加剧产品表面Zn的挥发 ❖ 这故是。由于Zn与Al2O3反应生成ZnAl2O4（篮绿色）的缘 ❖ （2）氧化—还原现象的分析与控制
为三个阶段： ❖ 升温阶段 ❖ 保温阶段 ❖ 降温阶段
《铁氧体生产工艺技术》
烧结温度曲线
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烧结窑炉
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烧结窑炉
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❖ 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
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。
《铁氧体生产工艺技术》
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
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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：
❖ 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。
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 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。
❖ 三、晶粒长大与二次再结晶 ❖ 二次再结晶是铁氧体常见的，二次再结晶的程度取决
于颗粒的大小。为了避免非连续成长，通常希望颗粒 均匀，坯件密度均匀。实践中发现，球磨时间过长， 在球磨中加入铁屑以及预烧料温度过高，烧结生温速 度过快等，也容易产生非连续的结晶长大。
《铁氧体生产工艺技术》
❖ 新课教学 ❖ §1.3 铁氧体烧结