永磁铁氧体粘结磁粉生产的新进展

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1　前言
      随着我国国民经济的快速发展,永磁铁氧体工业也迅猛发展,年总产量已从1975年的5000吨达到目前的15万吨,占世界现有永磁铁氧体生产的25%[1]。预计到2000年将达到18万吨[2]。在短短十年内产量就翻了两番,说明了这段时间是我们发展的黄金时期,这一时期的发展为打开并占领市场作出了巨大贡献。
      但是我们也应看到,我国永磁铁氧体行业中还存在一定问题,同发达国家的某些产品相比还有一段差距。例如日本ＴＤＫ公司研制的各向异性铁氧体,其磁能积已达到41.4ｋＪ/ｍ3[3],而我国产品的磁能积只有35ｋＪ/ｍ3。我们的产品更多的是低附加值产品,高性能产品比例较小。新产品的研制和开发严重滞后于市场对高新技术产品的需求。工艺落后、设备陈旧、管理水平有待提高、质量意识有待加强,这些就是我们面临的问题。我国的永磁铁氧体已经在产量上迅猛发展了十年,在下一个十年仍然可以快速发展,但更主要的是技术、质量的大发展。
      现在随着我国国民经济转型期的到来,从单方面追求产值到质量效益型的转变是大势所趋,行业内企业已经意识到这一问题的迫切性,纷纷从不同的方面着手解决这些问题,如在生产工艺、设备装备与新产品的研制开发上下功夫。

2　生产工艺的新进展及其发展方向
      我国现有永磁铁氧体的生产工艺基本上是延续六、七十年代的老工艺,工艺较为落后。六、七十年代我们就建立了一整套预烧料和磁粉的生产工艺,工艺流程基本上按照原材料检验、细磨、混料、造球、预烧形成铁氧体,再经粗破碎、细磨、烘干、退火形成磁粉。这套工艺实际生产效果尚可,在目前阶段我们还不大可能另起炉灶完全抛弃已成熟工艺,因此改进和优化现有工艺就成为当前最为经济和可行的办法。
2.1　原材料
      永磁铁氧体的原料为铁红Ｆｅ2Ｏ3及轧钢铁鳞Ｆｅ3Ｏ4,提高原料的纯度起着至关重要的作用。轧钢铁鳞无需经过氧化焙烧可直接用于预烧,大大减少了工艺环节,降低了生产成本,但其产品的质量和稳定性还有待提高。应用轧钢铁鳞直接生产出质量性能和稳定性达到用铁红生产的产品标准是该技术的关键。我国现有主要生产厂家已着手研究这一课题,如“北矿”用氧化处理的铁鳞和未氧化处理的铁鳞作原料的比较实验。此外,日本人田口等研究了采用共喷雾干燥法制作亚微米级的铁氧体颗粒也取得了较好的效果[4]。
2.2　预烧
      过去采用的是用热电偶测试几点温度,凭经验控制重油的输送量,由于受粘壁结窑等因素的限制,测试精度差、调整反应迟缓。现在应用远红外测温及数字技术,可以做到实时迅速调整温度控制,不受粘壁等因素的限制,控制预烧温度的精度在5℃以内,这就有力的保证了产品的稳定性和均一性,此技术值得大力推广和应用。
      在控制预烧温度的同时,选取适宜适量的助烧结剂和晶粒生长抑制剂目前也是提高性能的重要手段。添加剂在高温时参与固相反应,或存在于铁氧体晶粒表面,或固溶于晶粒内部,对磁体综合性能的提高起到了不可替代的作用。常用的添加剂一般为ＣａＣＯ3,高岭土,Ａｌ2Ｏ3,ＳｉＯ2,Ｃｒ2Ｏ3等,可改善剩磁和矫顽力。添加剂的配比、摩尔比的控制特别重要。此外据最新国外研究报道,用Ｌａ、Ｃｏ和Ｌａ、Ｚｎ联合作添加剂生产高性能产品提高剩磁和矫顽力具有良好的发展前景,目前各主要生产厂商已开始申请专利,但此项技术我国早在八十年代初就做了全面地研究,我们不应丢掉这一市场。
2.3　粗破碎
      过去主要应用球磨机进行粗破碎,这种方法严重地破坏了晶体形貌,颗粒度分布大,容易形成“死区”。现在已逐渐抛弃这种方法,取而带之的是各式各样的粗破方式。如在短时间内迅速形成冲击、风力输送的方式,可在瞬间完成破碎,有效地克服上述缺点。甚至有人试过不经过粗破碎而直接细磨的方法,但此方法似乎不大可取。
2.4　细磨
      细磨工艺对产品性能尤其是剩磁有很大的影响。一般认为细磨粒度越细,越有利于剩磁的提高,对磁粉颗粒的破坏程度越小越有利于产品性能的提高。几年前我国的磁材行业中还无一例外的使用密闭式球磨机,现在都在逐步增加砂磨机的比例。砂磨机生产的产品粒度分布均匀、晶粒破坏小、没有死区。以轧制磁粉为例,根据单畴理论,磁粉只有达到或接近单畴尺寸时,才能表现出最佳的磁性能(单畴尺寸在1.00μｍ左右)。磁粉的平均粒度即使达到单畴尺寸,如果磁粉形貌严重破坏,在后续退火中难以恢复,磁粉的磁性能也难以达到理想要求[5]。因此在生产中尤其是高性能的产品生产中,砂磨机所起的作用是很大的。
      目前还有一些非传统的粉料方式正处于研究当中,主要有柠檬酸盐母体法和共沉淀法,这些方法还有待进一步研究探讨[6]。此外,在细磨中加入一些适当比例的添加剂可有效地控制料浆中的ｐＨ值。
2.5　磨后处理
      以前粉料经细磨后就直接烘干处理。最近的研究表明,在细磨后的料浆中助溶剂的存在和ｐＨ值的升高对后序工序影响较大。退火工序中残存的助溶剂使磁粉颗粒“粘结”成团,冷却后很难解碎,影响磁粉的形貌和平均粒度,从而影响最终的磁性能。ＳｒＣＯ3是预烧料的主要原料,ＳｒＣＯ3在600800℃内分解成ＳｒＯ和ＣＯ2,ＳｒＯ在9001300℃内和Ｆｅ2Ｏ3发生固相扩散反应,生成六角晶系铁氧体相ＳｒＦｅ12Ｏ19。但是总有一些ＳｒＯ不能参加反应而残留下来,细磨过程中会逐渐释放出来,与水形成Ｓｒ(ＯＨ)2使溶液呈碱性,残存的ＳｒＯ越多碱性就越强[7]。因此在细磨工序后应有磨后处理,常用的方法是直接清水洗涤,也可以加入酸性溶液中和。
2.6　退火前处理
      在磁粉退火前要将料浆烘干成干粉状。过去常用的烘干炕早已被自动化程度高、节能省力的烘干窑所代替。无论用哪种方式处理的磁粉,由于磁粉自身的团聚性,不可避免地粘连成团。如果能再经过一道粉碎处理,无疑会明显增加退火的均匀度。
2.7　退火处理
      在细磨过程中,晶体的形貌和内部结构受到破坏,残余应力和晶格崎变增加,这些缺陷都可以通过退火进行修正。研究表明退火温度不是越高越好,温度升高带来的负面影响是使磁粉平均粒度增大,从而降低磁性能。
      由于退火一般采用回转式电窑,在退火过程中又产生了新的粘连和团聚,这又需要重新粉碎。但通常的机械方法又会破坏磁粉的形貌,这样就会抵消退火的作用。因此选择一种粉碎方式代替机械破碎就显得尤为突出。据悉已有几家企业(如北矿)很好地解决了此问题。

3　生产设备与管理
      近年来,整个磁性材料行业在设备改造与更新上所取得的成绩是大家有目共睹的。大量的新技术、新产品被广泛应用于各个工艺环节中,其中比较有影响的有回转窑温度实现计算机控制、砂磨机的逐渐普及推广、回转式干燥窑和回转式退火窑的使用。此外,大量地增加了新近研制的辅助设备,如各式粉碎、筛分、分级处理设备,越来越复杂、先进的分析、检验仪器,产品质量即时控制手段等被大量的应用于实践当中。例如,“北矿”的风式粉碎机和激光扫描粒度测量仪都在生产实践中起到了重要的作用。
      在今后的设备发展中,大型设备由于投资大、寿命长,其发展更新换代必然受到限制,而小型设备的改造投入少、见效快、效果明显,是大有前途的。有资料表明,国产设备与国外的差距是整体性的,但更重要的是辅助设备的差别。国外磁粉的生产线大多是封闭式的,保证产品内部不搀杂任何杂质;工人少,避免了人为的波动因素,从而确保磁粉的外观质量。由此看来,辅助设备的研制、改进与管理是大有潜力可挖的。
      十分喜人的是我国企业近年来的管理水平都有了大幅度的提高,已有多家企业相继取得了ＩＳＯ9000系列证书,这无疑提高了企业的知名度和产品质量。今后我们应在生产效率的提高上再多下功夫,使我们的管理水平达到并超过世界先进水平。