磁铁生产工艺.pptx
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1、硬磁铁氧体硬磁铁氧体一、基本特征一、基本特征二、制备工艺二、制备工艺三、应用三、应用四、技术发展四、技术发展第1页/共70页晶体结构:磁铅石晶体结构:磁铅石一、硬磁铁氧体基本特征一、硬磁铁氧体基本特征典型化学组成:典型化学组成:SrFe12O19(SrM),BaFe12O19(BaM)类型:烧结铁氧体、粘结铁氧体类型:烧结铁氧体、粘结铁氧体类型:各向同性铁氧体、各向异性铁氧体类型:各向同性铁氧体、各向异性铁氧体第2页/共70页物理性能参数物理性能参数居里点比热电阻工作点温度系数抗弯强度热膨胀系数单位Cal/(g*)*cm%/Kgf/mm2C/C数值450-4600.15-0.20104-0.2
2、5-1014-15X10-69-10X10-6磁性能参数磁性能参数第3页/共70页烧结铁氧体:烧结铁氧体:预烧料的制备预烧料的制备成型成型烧结烧结二、硬磁铁氧体的制备工艺二、硬磁铁氧体的制备工艺粘结铁氧体:粘结铁氧体:粘结料的制备粘结料的制备成型成型粘结粘结第4页/共70页第5页/共70页第一阶段:硫酸亚铁高温分解(甚至用铁锅等炒制)第一阶段:硫酸亚铁高温分解(甚至用铁锅等炒制)型氧化铁和颜料铁红型氧化铁和颜料铁红磁铁矿磁铁矿FeSO44FeSO42Fe2O3+4SO2+O2纯度纯度97%,含硫酸盐等杂质。,含硫酸盐等杂质。氧化铁原料的制备与发展过程氧化铁原料的制备与发展过程第6页/共70页第
3、二阶段:晶核氧化法生产的氧化铁第二阶段:晶核氧化法生产的氧化铁FeSO4+2NaOHFe(OH)2+Na2SO44Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)34FeSO4+4H2O+O22Fe2O3+4H2SO4Fe+H2SO4FeSO4+H2将一定量的硫酸亚铁溶液(将一定量的硫酸亚铁溶液(5%)与过量氢氧化钠溶液反应(要求碱过量)与过量氢氧化钠溶液反应(要求碱过量0.040.08g/ml),在常温下通入空气,使之全部变为红棕色的氢氧化铁胶,在常温下通入空气,使之全部变为红棕色的氢氧化铁胶体溶液,作为沉积氧化铁的晶核。以上述晶核为载体,以硫酸亚铁为介质,体溶液,作为沉积氧化铁的晶核。以上述晶
4、核为载体,以硫酸亚铁为介质,通入空气,在通入空气,在7585,在金属铁存以下,硫酸亚铁与空气中氧气作用生,在金属铁存以下,硫酸亚铁与空气中氧气作用生成三氧化二铁(即铁红)沉积在晶核上,溶液中的硫酸根又与金属铁作用重成三氧化二铁(即铁红)沉积在晶核上,溶液中的硫酸根又与金属铁作用重新生成硫酸亚铁,硫酸亚铁再被空气氧化成铁红继续沉积,这样循环至整个新生成硫酸亚铁,硫酸亚铁再被空气氧化成铁红继续沉积,这样循环至整个过程结束,生成氧化铁红。过程结束,生成氧化铁红。标称纯度标称纯度97,实际纯度,实际纯度99%,一致性、稳定性高,流动性好,粒度细匀,一致性、稳定性高,流动性好,粒度细匀,形貌比较规则和单
5、一,不含硫酸根,但含有微量氮(形貌比较规则和单一,不含硫酸根,但含有微量氮(N),氯含量非常低。),氯含量非常低。铁鳞和磁铁矿粉直接氧化法生产的氧化铁铁鳞和磁铁矿粉直接氧化法生产的氧化铁第7页/共70页过渡阶段:水解法氧化铁红过渡阶段:水解法氧化铁红水解过程:水解过程:FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl热处理过程:热处理过程:2Fe(OH)3Fe2O3nH2O+(3n)H2O第三阶段:第三阶段:Ruthner法法Fe2O3Ruthner法又叫喷雾焙烧法法又叫喷雾焙烧法(SprayRoasting),是早期的大,是早期的大中型钢铁企业处理酸洗钢材作业时产生的废液中型钢铁企业处理酸洗钢材
6、作业时产生的废液(主要成分为主要成分为FeCl2)、并回收盐酸和制备氧化铁的一种主要方法。它是以铁、并回收盐酸和制备氧化铁的一种主要方法。它是以铁的氯化物的氯化物(FeCl2)为原料加铁屑耗酸,溶液经净化后进行高温为原料加铁屑耗酸,溶液经净化后进行高温喷雾焙烧。氯化亚铁溶液在高温条件下水解、氧化生成氯化氢喷雾焙烧。氯化亚铁溶液在高温条件下水解、氧化生成氯化氢和氧化铁。氯化氢以盐酸回收,返回酸洗钢材车间重复使用。和氧化铁。氯化氢以盐酸回收,返回酸洗钢材车间重复使用。4FeCl2+O2+4H2O2Fe2O3+8HClHCl(g)+H2OHCl(l)第8页/共70页干法生产和湿法生产的主要区别在于粉
7、体制备方式,成型和烧结等工干法生产和湿法生产的主要区别在于粉体制备方式,成型和烧结等工艺都大致相同。干法生产采用氧化物作还原料,活性较差,反应不易完全,艺都大致相同。干法生产采用氧化物作还原料,活性较差,反应不易完全,但是工艺简单,应用较为普遍。湿法生产虽然工艺复杂,但由于原料的化但是工艺简单,应用较为普遍。湿法生产虽然工艺复杂,但由于原料的化学活性较高,便于提高质量,降低成本,适合小批量生产。学活性较高,便于提高质量,降低成本,适合小批量生产。铁氧体基本上是采用粉末冶金的方法进行生产的,其生产工艺可以归纳为铁氧体基本上是采用粉末冶金的方法进行生产的,其生产工艺可以归纳为干法生产和湿法生产两大
8、类。干法生产和湿法生产两大类。干法生产干法生产高温固相法,自蔓延高温合成法(高温固相法,自蔓延高温合成法(SHS)等。)等。湿法生产湿法生产溶胶溶胶-凝胶法,共沉淀法,水热法等凝胶法,共沉淀法,水热法等预烧料制备预烧料制备第9页/共70页1.传统的高温固相合成方法传统的高温固相合成方法第10页/共70页原材料选择与配方原材料选择与配方配方是影响铁氧体磁性能的一个关键,配方是影响铁氧体磁性能的一个关键,锶铁氧体的正分配方锶铁氧体的正分配方(摩尔比摩尔比)应是应是Fe2O3:SrO=n=6。当。当n 6 时时,过剩的过剩的Fe2O 3 使剩磁降低。使剩磁降低。添加添加0.500.65wt%的的Si
9、O 2,可细可细化预烧料中的晶粒化预烧料中的晶粒,使预烧料中的晶粒使预烧料中的晶粒直径分布在直径分布在12m 之间之间,提高单畴粒子提高单畴粒子的比率。为了促进固相反应,通常在配的比率。为了促进固相反应,通常在配方中加入方中加入CaCOCaCO3 3,BiBi2 2O O3 3等助熔剂,但是等助熔剂,但是要控制所加的量,过多的添加剂对磁性要控制所加的量,过多的添加剂对磁性能影响较大。能影响较大。第11页/共70页湿式干法工艺(湿式干法工艺(Ries,1969)采用悬浮液(料浆),在振动磨机、鼓形混料机或砂磨机中混采用悬浮液(料浆),在振动磨机、鼓形混料机或砂磨机中混合均匀,然后经脱水干燥。合均
10、匀,然后经脱水干燥。混料通常采用的混合方式是用滚动式球磨机干磨或湿磨,又称混料通常采用的混合方式是用滚动式球磨机干磨或湿磨,又称为为一次球磨一次球磨。混料混料第12页/共70页形成钡铁氧体的固相反应过程:形成钡铁氧体的固相反应过程:BaCO3+Fe2O3=BaO.Fe2O3+CO2BaO.Fe2O3+5Fe2O3=BaO.6Fe2O3总反应式为:总反应式为:BaCO3+6Fe2O3=BaO.6Fe2O3+CO2预烧:固相反应过程固相反应过程永磁铁氧体预烧实质上是各类原料在高温条件下通过固相反永磁铁氧体预烧实质上是各类原料在高温条件下通过固相反应充分转变为六角晶系铁氧体的过程,这一转变过程进行得
11、应充分转变为六角晶系铁氧体的过程,这一转变过程进行得是否完善、晶体形态是否完整会对材料的品质带来重要影响,是否完善、晶体形态是否完整会对材料的品质带来重要影响,“先天不足先天不足”一旦在此发生,后工序将无法弥补。一般的预一旦在此发生,后工序将无法弥补。一般的预烧温度在烧温度在800-1200之间,保温时间之间,保温时间1-4h。预烧完结后基本。预烧完结后基本上已得到具有所要的化学成分的铁氧体,但是反应程度还不上已得到具有所要的化学成分的铁氧体,但是反应程度还不够均匀,或存在少量未反应的配料够均匀,或存在少量未反应的配料。第13页/共70页预烧所用的设备:回转窑第14页/共70页第15页/共70
12、页二次球磨二次球磨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、研磨制成铁氧体粉料以利于压制成型,这道工序习惯上称为二次球磨,磨机粉碎、研磨制成铁氧体粉料以利于压制成型,这道工序习惯上称为二次球磨,且通常采用湿磨方式。且通常采用湿磨方式。对烧结铁氧体,一般要求能够将磁粉磨到单畴粒径以下,即对烧结铁氧体,一般要求能够将磁粉磨到单畴粒径以下,即0.6-0.9m之间;之间;对粘结铁氧体,一般要求在对粘结铁氧体,一般要求在1-2m之间。之间。第16页/共70页铁氧体形貌与尺寸铁氧体形貌与尺寸测定六角铁氧体粉
13、末的颗粒度比较困难:测定六角铁氧体粉末的颗粒度比较困难:(1)单畴颗粒不能用磁场退磁,彼此之间因磁性吸引而团聚;)单畴颗粒不能用磁场退磁,彼此之间因磁性吸引而团聚;(2)六角铁氧体颗粒容易呈片状,颗粒比较容易沿六角晶格的基面解离。导致:)六角铁氧体颗粒容易呈片状,颗粒比较容易沿六角晶格的基面解离。导致:延长研磨时间,颗粒比表面积增大,但显微镜下看到的颗粒度减小不显著。延长研磨时间,颗粒比表面积增大,但显微镜下看到的颗粒度减小不显著。(3)铁氧体颗粒可以被一种碳酸钡)铁氧体颗粒可以被一种碳酸钡/氢氧化钡薄膜包围,这种疏松的表面给人产氢氧化钡薄膜包围,这种疏松的表面给人产生一种错觉,即粉末的比表面
14、积特别大。生一种错觉,即粉末的比表面积特别大。(4)商业化铁氧体颗粒中含有大量的细颗粒,可能是一些磨损物及杂相。)商业化铁氧体颗粒中含有大量的细颗粒,可能是一些磨损物及杂相。第17页/共70页第18页/共70页二次球磨细度对磁性能的影响二次球磨细度对磁性能的影响大量实验表明,当预烧料进行研磨时,一开始大量实验表明,当预烧料进行研磨时,一开始Hcj升高,进一步研磨时则升高,进一步研磨时则Hcj下降。中间存在一个临界尺寸,大约下降。中间存在一个临界尺寸,大约1微米。微米。解释:解释:随着尺寸减少,多畴晶粒逐渐转变成单畴晶粒,畴壁减少,矫顽力提高。随着尺寸减少,多畴晶粒逐渐转变成单畴晶粒,畴壁减少,
15、矫顽力提高。当颗粒尺寸非常细时,矫顽力下降的可能原因:当颗粒尺寸非常细时,矫顽力下降的可能原因:(1)晶格缺陷增多,容易形成再磁化核,从而产生畴壁。)晶格缺陷增多,容易形成再磁化核,从而产生畴壁。(2)超顺磁性晶粒增多,导致矫顽力下降。)超顺磁性晶粒增多,导致矫顽力下降。实验一:退火使矫顽力提高实验一:退火使矫顽力提高50-300%;实验二:酸洗粉末,超细颗粒首先融解,但矫顽力仅增加实验二:酸洗粉末,超细颗粒首先融解,但矫顽力仅增加5-15;实验三:实验三:XRD测量显示,细磨粉体中衍射线展宽在很大程度上是晶格畸变造成的。测量显示,细磨粉体中衍射线展宽在很大程度上是晶格畸变造成的。实验四:电子
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