工艺条件对永磁磁性能的影响

◇更新整理:   ◇浏览:121次   ◇更新时间:2012-07-26  

 


随着汽车、电动自行车、办公自动化设备、通讯、计算机、网络等家用电器与电子信息产业的高速发展,世界对永磁铁氧体及钕铁硼系永磁材料的需求量以每年20% 一30%的速度增长 。由于稀土铁系永磁材料成本较高,所以提高永磁铁氧体的磁性能成为今后研究的方向,永磁铁氧体也将成为永磁材料的主要产品 J。在永磁铁氧体材料的生产中,除了烧结温度以外,添加剂的使用情况也会明显影响磁体的磁性能。本文分别采用纳米级和微米级的CaCO 及SiO,作为添加剂,研究了不同种类的添加剂及其烧结温度对磁体的剩磁和矫顽力的影响。BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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1 实验方法BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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以Y30H 1预烧料粗粉(4~6 m)为原料,分别加入纳米级和微米的CaCO 及SiO:,CaCO 的含量为0.8% ,SiO 的含量为0.5% ,纳米添加剂颗粒尺寸为15—30 nm,微米添加剂颗粒尺寸为5~6 m。湿磨至0.7—0.75 m,将料浆沉淀36 h后,用100 tBCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
磁性材料湿式成型液压机压制成96 mm×75 mm×23 mm的方块产品,生坯产品密度为3.15—3.2g/em。BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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在36 nq双推板电窑中烧结,再经过打磨、清洗,用TYU一2000型磁性材料自动测量装置测量其磁性能,试验数据每次取5个样品的平均值,并采用S-3400N扫描电镜观察样品的表面形貌。BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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2 实验结果及分析BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
2.1 烧结温度对磁性能的影响
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实验考察了在Y30H 1预烧料粗粉中分别加入纳米级和微米级的添加剂CaCO SiO 及不加入添加剂3种情况下,铁氧体的剩磁及矫顽力随烧结温度的变化情况。剩磁随烧结温度的变化曲线见图1,矫顽力随烧结温度的变化曲线见图2。BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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由图1可见,随着烧结温度的升高,3种情况下铁氧体的剩磁都呈现出先上升后下降的趋势。对于未添加任何添加剂的磁体,烧结温度每升高5 clc,剩磁提高约5 mT,当样品的烧结温度达到1 255 oC时,磁体的剩磁出现最大值,即405 mT。此后,随着温度的提高,剩磁开始下降。加人微米级CaCO 和SiO:后,磁体在1 240℃时烧结出现剩磁最大值,为405 mT。当加入纳米级CaCO3和SiO:后,磁体在1235 oC时烧结便会出现剩磁最大值,此时剩磁可以达到408.7 mT.BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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由图2可见,在1 185 cI=烧结温度时,未加添加剂的磁体的矫顽力为276.3 kA/m,随着温度的升高,矫顽力先增加后下降,这是由于在低温(1185℃)烧结时,磁体内部还未实现完全反应,磁体内部致密度较低,磁晶各向异性能较小;当温度达到1200℃后,矫顽力下降的趋势明显增大,温度每升高5℃ ,矫顽力就会降低5 kA/m左右。加入微米级CaCO 和SiO 后,磁体的矫顽力未产生明显变化;而加入纳米级CaCO 和SiO:后,磁体的矫顽力发生了显著提高,在烧结温度为1 195℃ ,磁体矫顽力可以高达358.3 kA/m。BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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2.2 添加剂对永磁铁氧体磁性能的作用机理分析BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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通过分析图1和图2可知,加入纳米材料添加剂样品的各种磁性能均比加入微米材料添加剂样品的高。尤其是样品的矫顽力,加入纳米材料添加剂样品的矫顽力平均要比加微米添加剂的高10% 。这是由于纳米添加剂的颗粒相对小,在相同质量的前提下,其比表面积是微米材料的上千倍,在磁性材料粉末中加入纳米添加剂,纳米添加剂颗粒与磁性材料粉末颗粒的接触面积比相应的微米添加剂的大,在磁体的烧结过程中,添加剂颗粒在铁氧体颗粒中起到一种界面作用,增加磁性材料样品内部的磁晶各向异性能,从而提高了样品的矫顽力。粉体材料的烧结速率主要取决于粉末原料的颗粒粗细和原子的扩散速率,但由于在试验过程中,严格控制了球磨时间和制粉工艺,材料中除了添加剂的粒度不同外,主相成分的粒度是相同的,所以只能认为造成烧结温度不同的原因是添加剂材料的粒度不同所致。在同等质量条件下,纳米材料的比表面积是微米材料的几百倍甚至上千倍,纳米晶的扩散系数极高,扩散距离很短,所以在加入了纳米添加剂的样品中,纳米颗粒与主相材料(铁氧体预烧料粉末)之间的接触界面增多,产生了界面的固相反应,也就是通过界面上的原子扩散形成新相,使得固相反应可以在较低的温度下进行。由此可以看出,在BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
同等质量条件下,添加剂的粒度愈小越有利于铁氧体材料的烧结并提高其磁性能。加CaCO 、SiO 于锶铁氧体中,在烧结过程中,存在以下反应 :BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 f (1)BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
SrFe12Ol9+CaSiO3=SrSiO3+CaFe12O19(2)BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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反应式(1)在低于800℃时就开始进行,生成产物CaSiO,的熔点为1 050 oC,在烧结过程中它的出现使烧结处于液相环境,从而增加了锶铁氧体的致密度,提高了剩磁。此后ca 对Sr2 的替换以及反应式(2)也开始进行。当ca 含量较高时,由于Ca 对sr2 的替换增加,促进了SrSiO,的形成,而造成富sr 区的存在,抑制晶粒长大,这个过程也同样提高锶铁氧体的致密度,从而提高了剩磁。当在原料中加人0.8% 的纳米CaCO。和0.5% 的纳米SiO,时,在烧结过程中,磁体的烧结温度明显降低。由于纳米添加剂巨大的比表面积,与铁氧体颗粒混合后,在铁氧体颗粒间产生较大的界面能,从而抑制了铁氧体晶粒生长,保持了磁体的单畴结构,磁体内晶粒分布均匀,从而提高了磁体的矫顽力。BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
  ①纳米添加剂有助于减少晶粒空隙,提高磁体的致密度,从而提高了磁体剩磁;BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
  ② 由于Ca“ (0.106 nm)的离子半径小于S (0.127nm),将引起Ca 周围氧离子的晶格间距的减少,从而增大次近邻格位Fe¨的间接交换作用,增大磁晶各向异性,因而矫顽力随取代量的增加而增大。BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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但ca 含量过高将导致结构的不稳定,通过其他实验也得到CaCO 取代量的增大只能稍微降低剩磁和增大矫顽力,说明CaCO 主要是作为杂质成分影响磁性能,因而CaCO 添加量一般小于1 wt%。BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
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3 结论BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家

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(1)随着温度的升高,在加入纳米级或微米级添加剂CaCO 和SiO 和不加入添加剂3种情况下,永磁铁氧体磁体的剩磁以及矫顽力都呈现出先上升后下降的趋势。BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
(2)采用微米级CaCO,和SiO 作为添加剂,可以降低磁体的烧结温度,有助于提高磁体的剩磁,但磁体的矫顽力未产生明显变化。BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家
(3)采用纳米级CaCO。和SiO 作为添加剂,不仅可以降低磁体的烧结温度,而且还可以显著地提高磁体的剩磁和矫顽力。BCn强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家

 

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