一种高强度锰锌铁氧体磁芯制造方法 |
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| 申请号 | CN201710320185.8 | 申请日 | 2017-05-08 | 公开(公告)号 | CN107527732A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 泰州茂翔电子器材有限公司; | 发明人 | 李前军; 颜茂山; 杜兴龙; 徐宸; 袁翔; 季长贵; 马鑫圣; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 磁性 材料技术领域，尤其涉及一种高强度锰锌 铁 氧 体磁芯制造方法。本发明采用的技术方案是：高强度锰锌铁氧体磁芯制造方法，通过一种新的 烧结 工艺控制，烧结工艺在烧结过程中影响磁芯强度性能的因素主要有烧结 温度 曲线和烧结气氛曲线，由于锰锌铁氧体烧结过程中会发生各种物质的挥发、膨胀与收缩、固相反应、 氧化还原反应 等物理化学变化，这些变化的发生时间和程度对磁芯的内应 力 大小与分布都会有不同程度的影响，进而影响到磁芯的强度特性，通过有效的控制这些变化，来制得高强度的磁芯。本发明的优点是：通过本发明方法制得的磁芯强度更高，避免了在装配过程中出现磁芯损坏的情况，增长了磁芯的使用寿命和使用时的 稳定性 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高强度锰锌铁氧体磁芯制造方法，通过一种新的烧结工艺控制，所述新的烧结工艺在烧结过程中影响磁芯强度性能的因素主要有烧结温度曲线和烧结气氛曲线，所述新的烧结工艺在烧结过程中主要包括以下步骤：(1)对应磁芯的不同烧结温度区域设定了不同的升温速率，以减小磁芯内应力及使之在磁芯内部均匀分布；(2)在升温速率和气氛上进行针对性的设计，充分保证挥发物的挥发，避免了对铁氧体晶体生长不良，造成磁芯的内应力增加与不均匀分布，进而影响到磁芯的强度；(3)在升温区域通过提高升温速率来控制磁芯烧结升温阶段中锌的挥发，保证磁芯晶体结构的完整性，同时采用致密化手段(给予低的氧含量)来控制磁芯晶粒的生长速度，同时降低烧结温度，减小磁芯的内应力；(4)在恒温区域，采取适当降低烧结温度和减少恒温时间的方法，细化晶粒，减少晶体结构中的空隙；(5)在降温区域1100～900℃范围时，存在锌元素从锰锌铁氧体晶体结构中游离挥发的可能，在气氛上给出了合适的氧含量，同时加快降温速度，缩短磁芯在此温度段的停留时间，以减少铁氧体晶体结构中由于锌元素的缺失造成的晶格缺陷引发的内应力增加和不均匀分布； |
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| 说明书全文 | 一种高强度锰锌铁氧体磁芯制造方法技术领域背景技术[0002] 铁氧体是一种以氧化铁为主要成分的非金属磁性材料，是由铁和其它金属元素组成的复合氧化物，又称为铁磁性氧化物、铁淦氧磁体。 [0003] 锰锌铁氧体材料属于软磁铁氧体，作为磁性材料大家庭中的重要成员，用其制成的各类电子变压器、电感器、扼流圈和磁芯等磁性组件在军事装备、现代通信、汽车电子、新能源、信息安全、抗电磁干扰及办公自动化等领域起着关键的作用。随着现代工业的科技进步，锰锌铁氧体磁芯(以下简称磁芯)与其它磁性材料组合使用的现象越来越多，同时逐步实现自动化装配，因而在组装过程中，不可避免的会使用夹具进行固定，且对磁芯的紧固力比较大，因而对磁芯的强度特性方面提出了更高的要求，以避免出现在装配过程中的磁芯损坏。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种高强度锰锌铁氧体磁芯制造方法，对于相同材质的铁氧体粉料经过成型后，通过一种新的烧结工艺控制来获得更高强度的磁芯。 [0005] 本发明的技术方案如下： [0006] 通过理论分析和以前制造磁芯的经验，要想获得高强度的磁芯，就要控制磁芯的内应力大小及其分布的均匀性，其关键取决于铁氧体粉料以及磁芯制造中的成型与烧结工艺。 [0007] 一种高强度锰锌铁氧体磁芯制造方法，通过一种新的烧结工艺控制，所述新的烧结工艺在烧结过程中影响磁芯强度性能的因素主要有烧结温度曲线和烧结气氛曲线，所述新的烧结工艺在烧结过程中主要包括以下步骤：(1)对应磁芯的不同烧结温度区域设定了不同的升温速率，以减小磁芯内应力及使之在磁芯内部均匀分布；(2)在升温速率和气氛上进行针对性的设计，充分保证挥发物的挥发，避免了对铁氧体晶体生长不良，造成磁芯的内应力增加与不均匀分布，进而影响到磁芯的强度；(3)在升温区域通过提高升温速率来控制磁芯烧结升温阶段中锌的挥发，保证磁芯晶体结构的完整性，同时采用致密化手段(给予低的氧含量)来控制磁芯晶粒的生长速度，同时降低烧结温度，减小磁芯的内应力；(4)在恒温区域，采取适当降低烧结温度和减少恒温时间的方法，细化晶粒，减少晶体结构中的空隙； (5)在降温区域1100～900℃范围时，存在锌元素从锰锌铁氧体晶体结构中游离挥发的可能，在气氛上给出了合适的氧含量，同时加快降温速度，缩短磁芯在此温度段的停留时间，以减少铁氧体晶体结构中由于锌元素的缺失造成的晶格缺陷引发的内应力增加和不均匀分布； (6)在降温至450℃后，使降温速率减慢，直至室温，以控制由于磁芯内外部温度差异所产生的内应力，在烧结窑炉的外轨道与磁芯烧结出窑口连接部位增加3～5m的保温罩，以控制磁芯在180℃时出窑后的降温速率，避免降温速度过快。 [0008] 进一步的，通过控制升温速率，并在900℃/hr左右时，视磁芯的大小保温1～2小时，即予以杂质足够的挥发时间，从而促进杂质的挥发。 [0009] 进一步的，通过加大该温度区域的进气与抽气量，降低烧结窑内的杂质浓度，从而促进杂质的挥发。 [0010] 本发明的有益效果： [0012] 图1为烧结温度、气氛曲线对比图； [0013] 图2为M法测试示意图； [0014] 图3为F法测试示意图； 具体实施方式[0015] 在烧结过程中，影响磁芯强度性能的因素主要有烧结温度曲线和烧结气氛曲线，通常烧结温度曲线分成排胶区、排杂区、升温区、保温区和降温区，由于锰锌铁氧体烧结过程中会发生各种物质的挥发、膨胀与收缩、固相反应、氧化还原反应等各种物理化学变化，而这些变化的发生时间和程度对磁芯的内应力大小与分布都会有不同程度的影响，进而影响到磁芯的强度特性，要有效的控制这些变化，就需要制定合适的烧结温度曲线和对应的气氛曲线。 [0016] 通过认真分析锰锌铁氧体材料烧结过程中发生的物理化学变化的不同温度区域，创造性的制定了烧结温度曲线与气氛曲线，表1和图1分别本项发明中的烧结方法与目前通常的烧结方法的对比。 [0017] 表1为本发明与现有方法对比情况； [0018] 从图1和表1的对比可以看出本项发明具有以下特点： [0019] (1)通过仔细充分分析铁氧体材料烧结过程中的发生各种物理化学变化的温度区域，及该种反应对磁芯强度的影响，对应磁芯的不同烧结温度区域设定了不同的升温速率，以减小磁芯内应力及使之在磁芯内部尽可能的均匀分布，以提高磁芯的强度。 [0020] (2)通过对磁芯烧结过程中各种挥发物质的挥发机理的研究，在升温速率和气氛上进行针对性的设计，充分保证挥发物的挥发，避免了对铁氧体晶体生长不良，造成磁芯的内应力增加与不均匀分布，进而影响到磁芯的强度。本项发明针对杂质挥发温度区域采取了两个方面的措施来促进杂质的挥发，一方面控制升温速率，并在900℃/hr左右时，视磁芯的大小保温1～2小时，即予以杂质足够的挥发时间，另一方面通过加大该温度区域的进气与抽气量，降低烧结窑内的杂质浓度，促进杂质的挥发。 [0021] (3)在升温区域通过提高升温速率来控制磁芯烧结升温阶段中锌的挥发，保证磁芯晶体结构的完整性，同时采用致密化手段(给予低的氧含量)来控制磁芯晶粒的生长速度，提高磁芯的密度，同时降低烧结温度，减小磁芯的内应力，提高磁芯的强度。 [0022] (4)在恒温区域，采取适当降低烧结温度和减少恒温时间的方法，细化晶粒，减少晶体结构中的空隙，提高磁芯的强度。 [0023] (5)在降温区域1100～900℃范围内，存在锌元素从锰锌铁氧体晶体结构中游离挥发的可能，本项发明在该范围内，与常规烧结方法相比，气氛上给出了更高的氧含量，同时以更快的降温速度，缩短磁芯在此温度段的停留时间，以减少铁氧体晶体结构中由于锌元素的缺失造成的晶格缺陷引发的内应力增加和不均匀分布，从而提高磁芯的强度。 [0024] (6)在降温至450℃后，给予低的降温速率，直至室温，以控制由于磁芯内外部温度差异所产生的内应力，提高磁芯强度，为此我们在烧结窑炉的外轨道与磁芯烧结出窑口连接部位增加3～5m的保温罩，以控制磁芯在180℃时出窑后的降温速率，避免降温速度过快。 [0025] 表2为不同磁芯烧结方法的烧结结果对比情况； [0026] 图2和图3中箭头方向为压力方向，本发明的烧结工艺与常规烧结工艺烧结的铁氧体材料特性结果对比如下表2所示，需说明的是铁氧体材料使用同一批次的MP4B材料，试样样品选择PQ49/50磁芯，磁芯毛坯制备时的成型参数(重量、尺寸及密度)一致，以排除其它参数对磁芯特性的影响。测量机械强度时使用相同的仪表，并由同一名测试人员进行操作，以避免由于测量误差给对比试验结果带来的误差。 [0027] 从表2可以看出，采用M法制得的磁芯平均强度，本发明比原方法要高79.2N，提高幅度达13.89％，F法要高70.8N，提高幅度为： 10.62％；所以对于同一种铁氧体材料使用本项发明烧结工艺进行烧结获得的磁芯强度比常规烧结工艺要高出很多。 [0028] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进或替换，这些改进或替换也应视为本发明的保护范围。 [0029] [0030] 表1 [0031] |
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