高性能干压异性铁氧体分析研究及展望

高性能干压异性铁氧体材料研究及展望

杨武国包大新吴跃峰丁伯明

<横店集团东磁股份有限公司中央研究所，浙江东阳 322118）

摘要：介绍了国内外高性能干压各向异性铁氧体材料的研究进展，同时总结自己的研发经验，提出了几点提高干压各向异性铁氧体性能的思路，并对干压异性铁氧体的应用和未来发展前景作了展望。

关键词：干压异性铁氧体，研究进展，多极磁环，磁瓦

1前言

铁氧体永磁是一种量大面广的高性能价格比的永磁材料。据统计，2004年我国铁氧体永磁材料总产量为35万吨，占世界总产量的51％[1]。铁氧体永磁最大的应用是电机，占其总产量的53％以上[2]。随着电子信息技术的日益发展，各种电子装置对与之配套的磁性功能元件的要求越来越高，具体表现在形状日趋复杂，体积逐渐减小，加工精度愈来愈高。

永磁铁氧体器件的成型方法主要有干压法和湿压法两种。湿压产品性能高且稳定，但成型后的毛坯因脱水不易控制使其成品率低，有些形状复杂的产品甚至根本难以用湿法压制。此外，湿压法还具有成型工艺复杂，压制速率慢，生产率低的缺点。干压成型法由于不需要脱水，因而成型装置结构简单，压制速度快，生产效率更高，易于实现自动化成型。另外成品表面光滑平整，无须修坯，大大减少磨加工量，因而较湿法更具特点，尤其适用于难于用湿法生产的异型器件和小器件[3-6]。

本文简要介绍了国内外高性能干压各向异性铁氧体材料的研究进展，同时总结自己的研发经验，提出了几点提高干压各向异性铁氧体性能的思路，并对干压异性铁氧体的应用和未来发展前景作了展望。

2干压异性铁氧体研究现状

2.1 国外研究现状

当今世界上铁氧体材料研究做得最好的是日本企业。以TDK为代表的日本磁性材料企业系统地研究了几乎所有可能的配方和工艺，并且大都申请了相关专利。在干压异性方面，TDK公司先后推出了两大系列共五个牌号的产品，如表1所示[7]。其近两年推出的FB5系列更是将干压异性铁氧体材料性能推到了一个新的高度，基本接近和达到当前国内大部分厂家主流湿压产品性能指标。因而其干压产品已经能够部分替代湿压产品，广泛应用于微型电机磁瓦、电机转

子和计算机配件等。

2.2 国内研究现状

国内能做干压铁氧体的知名厂家主要包括北矿磁材，江门粉末冶金和马鞍山科技等，其材料最高性能都大致相当于TDK 的FB3N 水平，与东磁公司新开发的DM3930D

性能相当，具体技术指标见表2。

另外珠海麦格磁电的产品目录中列举了很多不同规格的干压异性铁氧体材料器件，包括多极磁环、二极磁环和干压异性电机磁瓦。其中多极磁环(8极、12极、16极和24极>的最高表磁可达2000 Gs 。

表2 国内相关公司高性能干压异性永磁铁氧体材料牌号及性能

3 提高干压异性铁氧体性能的思路

图1 TDK 公司高性能干压异性永磁铁氧体工艺流程

干压异性铁氧体的性能主要取决于干压粉体的质量及相应的磁场成型技术。图1是TDK公司高性能干压异性永磁铁氧体工艺流程图[8]。与传统的湿压生产工艺相比，主要区别是多了干燥和分散两道工序。这也正是影响干压异性铁氧体性能的关键工序。

3.1 原材料和配方

一般说来，应用于高性能干压异性铁氧体的原材料和配方与湿压产品区别不大，高性能的湿压配方的预烧料可直接用于制备干压粉体。生产预烧料的主要原料

3.2 干压粉体的制备

众所周知，永磁铁氧体材料最重要的技术参数是剩磁(Br>。

根据

式中：B s为饱和磁感应强度，

A为密度系数，

f为取向度，

为了提高B r，在配方确定的前提下，就必须设法同时获得高的密度系数A和取向度f。与湿压产品相比，干压异性产品由于粉体之间缺少必要的流动介质，因而在磁场中成型时难以达到较高的取向度。通常的干压异性产品剩磁(Br>比同等级的湿压产品要低约10％[10]。

为了改善取向度，通常添加了一些有机添加剂作为粘结剂和润滑剂，然而这又会使得烧结后产品中带有气孔，造成产品密度相对湿压产品下降。所以有机添加剂的选择和添加量的控制就非常重要。有机物添加过多，会降低样品烧结后产品的密度，从而降低Br；如果添加太少，又难以发挥作用，取向度不好，也会影响样品的Br。报道使用过的有机粘合剂有聚乙烯醇、聚乙二醇、脂肪酸系蜡、樟脑和硬脂酸盐等[3-

4,11]。目前实践中使用得最多的是樟脑加硬脂酸钙混合添加，最佳添加量与粉体的颗粒大小有关，还有待进一步摸索。

提高取向度的另一个方法就是改善粉体的粒径分布和颗粒形貌。研究表明SrM 铁氧体属于典型的六角晶系，其单磁畴平均粒径约为1μm，大致成六方柱型。不同的研磨方法，造成磁畴长径比不同[5]。图2是用分别用球磨和砂磨方式研磨后制备的干压粉体的SEM图，容易看出砂磨方式下粉体颗粒更接近于球型，因而在磁场成型中粉体颗粒更容易转动，从而获得较高的取向度。

总而言之，干压粉体的主要技术指标包括粉体粒径及粒径分布、粉体颗粒形貌和粉体间粘结剂含量及分布，这就主要涉及到其制备工艺中二次粉碎、干燥和分散三道工序。

3.3 高磁场成型技术

3.4 烧结工艺控制

1．干压异性铁氧体的发展前景

(a> 球磨 (b> 砂磨

图2 不同研磨方式下粉体的SEM图像

3.3 磁场成型技术

要获得高取向度的干压异性铁氧体产品，除了要有好的干压粉体以外，还需要足够高的成型磁场。对湿压产品而言，料浆中颗粒越小，所需的成型磁场就越高。文献报道磁粉粒度在0.95μm时，成型磁场为480kA/m(6000Oe>即可达到饱和；而对于磁粉粒度在0.7μm时，成型磁场则至少要求在800kA/m(10000Oe >以上[12]。而对干压异性产品而言，成型时由于缺乏液态流动介质，往往成型取向度很差。我们相信在使用合适的有机粘合剂的情况下，适当进一步提高成型磁场，应该能使得取向度有所提高，从而获得更高的剩磁Br。

在实验过程中，我们发现部分样品，尤其是较大的样品在成型和烧结过程中会出现开裂现象。我们分析发现主要还是样品内部应力不均匀造成的，究其根本还是因为干压粉体之间缺乏传递应力的介质。通过调整有机添加剂添加量和添加方式和烧结工艺，可以适当地减少开裂。

4 干压异性铁氧体的应用及展望

干压异性铁氧体最主要的应用还是微电机领域，主要用于高档永磁同步电机、永磁步进电机和直流无刷电机的核心部件，具体可做成多极磁环和微型磁瓦等器件[13]。这些电机广泛应用于汽车、计算机及通讯产品、办公自化设备、仪器仪表、教案仪器、家用电器、变频空调