【正文】 ，該方法工藝簡(jiǎn)單配方準(zhǔn)確，但燒結(jié)活性和混合均勻性受到限制，從而制約了其材料性能的完善。 溶膠一凝膠法是 20 世紀(jì) 90 年代興起的一種新的濕化學(xué)合成方法，被廣泛的應(yīng)用于各種無機(jī)功能材料的合成當(dāng)中。此法制備的粉體純度高，均勻性好，粒經(jīng)小，尤其對(duì)多組分體系，其均勻度可達(dá)到分子或原子水平。完全晶化溫度約為 750℃左右。這樣可以節(jié)約能源，避免由于燒結(jié)溫度高而從反應(yīng)器中引入雜質(zhì)，同時(shí)燒前易部分形成凝腔，具有較大的表面積，利于產(chǎn)物的形成。 添加劑的選擇 為了進(jìn)一步改善鐵氧體的電磁性能，除了合理選擇主配方外，還與所添加的雜質(zhì)元素有關(guān)。在鐵氧體的原料中摻雜添加劑，主要起著控制動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，控制晶體微觀結(jié)構(gòu)，調(diào)整晶粒內(nèi)部參數(shù)。在 MnZn 鐵氧體中加入 TiO2可以改進(jìn)材料的電性能和磁性能。添加了鈦離子的高導(dǎo)鐵氧體，其結(jié)構(gòu)和磁性能更鞏固了，因?yàn)?Ti4+離子和 Fe2+離子配對(duì)并占據(jù)了水晶格的八面體位置。Ca2+半徑較大，常富于晶界，生成非晶質(zhì)的中間相，從而增進(jìn)晶界電阻，降低損耗，提高 Q 值。當(dāng)配方使用時(shí)，可以顯著地增加鐵氧體的電阻率，從而降低損耗因素。因?yàn)楦咴觾r(jià)的 Mo 存在于晶界附近，增加晶格內(nèi)的空位，提高晶界的移動(dòng)能力，從而促進(jìn)晶粒生長。 圖 2—2 磁導(dǎo)率與 MoO3添加量的關(guān)系 預(yù)燒料的制備工藝流程對(duì)于高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體原料的制備，采用溶膠一凝膠法較好。在 800 度下的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒，充分固相反應(yīng)得到黑色粉末，隨后用振動(dòng)球磨機(jī)促粉碎 30 分鐘，投入砂磨機(jī)中細(xì)粉碎 90 分鐘。選擇好的工藝流程，不但可以節(jié)約成本，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而達(dá)到雙贏的目的。如下圖所示： 圖 3—1 錳鋅鐵氧體制備工藝流程 成型工藝探討成型是將制備好的粉料按照產(chǎn)品要求壓制成具有一定的坯件形狀的過程，在軟磁鐵氧體制造過程中常常選用干壓成型方法。成型坯件密度尤為重要，坯件密度不均勻，會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)產(chǎn)品出現(xiàn)開裂、起層、變形等缺陷。操作人員的要求都比較高。顆粒料的流動(dòng)性決定著顆粒料在模腔的填充速度和填充效果。對(duì)于高磁導(dǎo)率鐵氧體來說，粉體的壓制也是重要的工序。目前，大多數(shù)廠家都采用干壓成型技術(shù)，效率高，但生坯內(nèi)部密度不太均勻，而且加大壓力對(duì)提高生坯密度的效果不明顯，過大的壓力會(huì)導(dǎo)致生坯層裂、斷裂等。除此以外，壓坯的顯微結(jié)構(gòu)將在很大程度上影響燒結(jié)體的顯微結(jié)構(gòu)，從而影響材料的性能。對(duì)高磁導(dǎo)率材料來說，要得到密度高、氣孔率低、晶粒大而均勻的鐵氧體磁芯，就必須在燒結(jié)時(shí)嚴(yán)格控制燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間和燒結(jié)氣氛，同時(shí)要控制 Mn 離子和 Zn 離子的變價(jià)、防止出現(xiàn) Zn 的高溫?fù)]發(fā)配方偏移，又要保證鐵氧體固相反應(yīng)完全和抑制巨晶形成。本文采用的是微波燒結(jié)。燒結(jié)溫度過低，晶體生長不充分，晶粒過細(xì)，晶界較厚，氣孔分散于晶粒內(nèi)部，對(duì)疇壁位移阻滯較嚴(yán)重，因而其起始磁導(dǎo)率和燒結(jié)密度較低，但由于晶界厚，其晶界電阻率較大，故高頻下渦流損耗低；隨著燒結(jié)溫度的升高，晶粒逐漸長大并變得均勻，晶界變薄，氣孔率逐漸被排除，起始磁導(dǎo)率和燒結(jié)密度逐漸增大。而微波燒結(jié)則是利用錳鋅鐵氧體所具有的良好的吸波能力，在高頻電磁場(chǎng)中，通過其介質(zhì)損耗和磁損耗，將微波能轉(zhuǎn)化為熱能而進(jìn)行燒結(jié)。由于大多數(shù)鐵氧體材料對(duì)微波具有很好的透過度，因此微波加熱是均勻的，而且微波加熱使得材料內(nèi)部溫度高于表面溫度。微波燒結(jié)降低了燒結(jié)活化能、增強(qiáng)了擴(kuò)散動(dòng)力，微波加熱方式不但大大優(yōu)于傳統(tǒng)加熱方式，且利用微波燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)的高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體材料的各項(xiàng)性能均達(dá)到或超過傳統(tǒng)燒結(jié)方式的產(chǎn)品。所以，向其中摻入微量改性添加劑，抑制晶粒生長過大，從而提高產(chǎn)品性能。在 50kHz 的交底頻率下，剩余損耗所占比重較小；而高磁導(dǎo)率錳鋅鐵氧體的電阻率達(dá)到 106～10 8Ω由于測(cè)試是在 B＝150mT 的強(qiáng)磁場(chǎng)下進(jìn)行的，這時(shí)要限制不可逆壁移已不可能，故希望材料的磁滯回線越窄越好，因此要求材料的密度高，晶粒大而均勻，晶界薄而整齊，氣孔少。圖 3—2 樣品的損耗和起始磁導(dǎo)率隨燒結(jié)溫度的變化 平衡氣氛燒結(jié)及冷卻任何金屬氧化物的存在都有其特定的環(huán)境條件，如溫度、周圍氣氛中的氧氣含量等。在保溫過程中，要形成期望的鐵氧體成分，必須達(dá)到組成鐵氧體的金屬氧化物成分生成的溫度和氣氛條件；而在冷卻過程中，必須保證這些氧化物存在的溫度與氣氛的平衡，即隨著溫度的下降，氣氛中的氧氣含量也必須同步降低，否則，就不能將高溫形成的鐵氧體成分保持至常溫。在氧含量較低的氣氛下，未發(fā)現(xiàn) Mn2+氧化，只有在氧含量較高時(shí)，才發(fā)現(xiàn) Mn2+氧化成 Mn3+，生成 Mn2O3 的化學(xué)反應(yīng)。Mn 鐵氧體冷卻時(shí)的氧化、分解的最高速度區(qū)域也只集中在 1050℃左右，而在750℃以下，其氧化速度相當(dāng)?shù)?。因此，在討論錳鋅鐵氧體的燒結(jié)及冷卻過程中的平衡氣氛時(shí)，關(guān)注的核心問題就是鐵氧體中的 Fe2+與 Fe3+之間的變化。氣孔的作用類似雜質(zhì)，其存在阻礙晶粒成長，從而影響磁芯電感、阻抗等。（3）燒結(jié)后期，起始磁導(dǎo)率 μ i 隨燒結(jié)溫度的升高而快速上升，溫度在升高，則成趨緩狀態(tài)，達(dá)到最大值后開始下降。在燒結(jié)溫度較低時(shí)固相反應(yīng)不完全，晶粒較小，所以隨燒結(jié)溫度的提高使起始磁導(dǎo)率 μ i 快速增加，固相反應(yīng)趨于完全，晶粒生長較大且均勻；再提高燒結(jié)溫度，晶粒會(huì)出現(xiàn)異常長大，起始磁導(dǎo)率 μ i 會(huì)緩慢上升，繼續(xù)提高燒結(jié)溫度，起始磁導(dǎo)率反而下降。在此段先升至某一段然后持溫，再次升至中溫，持溫，同時(shí)降低氧含量，形成二次晶粒成長，同時(shí)在此氧含量下，晶?？梢孕纬纱蠖鶆?，對(duì)磁芯性有大幅度的幫助。通過研究，找出降溫速度與產(chǎn)品產(chǎn)生龜裂的平衡點(diǎn)，然后快速降溫。在企業(yè)生產(chǎn)中，燒結(jié)后的磁芯只有極少部分可以直接使用，因?yàn)樵跓Y(jié)的過程中磁體一般會(huì)發(fā)生形變，所以，燒結(jié)成的磁體都要經(jīng)過磨加工工藝。直線通過式的加工效率高，但它需要下墊砂帶、鋼帶，而且磁芯相對(duì)于臺(tái)面也在移動(dòng)，但是其精度較差，對(duì)電感量一致性要求較高和用戶需要批量開氣隙的磁芯，該加工方法存在隱患。對(duì)于高磁導(dǎo)率的錳鋅鐵氧體來說，磨削速度一般控制在 60m/s，為了減少成本，磨削深度盡可能要小，在進(jìn)刀時(shí)要控制進(jìn)刀速度，一般每次進(jìn)刀控制在～。同時(shí)，由于卡盤粗磨平面與拋光平面分別為兩個(gè)不同高度，因而必須使卡盤在這兩個(gè)高度上與工作臺(tái)平面的平行度始終保持一致，兩者偏差應(yīng)小于 ；否則，容易造成產(chǎn)品光潔度的不一致，從而影響電感的一致性。 磁性能檢測(cè)工藝首先對(duì)磨加工過后的產(chǎn)品進(jìn)行分選，一是據(jù)用戶要求分選，淘汰出外觀、尺寸或性能不符合要求的產(chǎn)品，包括必要時(shí)逐測(cè)產(chǎn)品性能或逐測(cè)產(chǎn)品尺寸；二是對(duì)一些產(chǎn)品實(shí)行外型尺寸分檔以利于有效配對(duì)。性能檢測(cè)主要有常用的性能指標(biāo)和不常用的性能指標(biāo)兩種，常用的性能指標(biāo)主要包括起始磁導(dǎo)率（μ i） 、剩 余 磁 化 強(qiáng) 度 （Br） 、最大磁能積( BH)max 、 阻抗（Z） ，不常用的性能指標(biāo)有品質(zhì)因數(shù)（Q） 、飽和磁通密度（Bs） 、居里溫度（T） 、電阻率（ρ）等。（2）在高導(dǎo)磁率鐵氧體的制備過程中，復(fù)合添加適量的 TiOCaO 雜質(zhì)，可以明顯地改善鐵氧體的顯微結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低鐵氧體的磁損耗和提高了鐵氧體的應(yīng)用頻率，以滿足變壓器的高濾波和低失真的效果。煅燒及燒結(jié)條件的控制是控制產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。 （5）燒結(jié)工藝對(duì)獲得高磁導(dǎo)率的 MnZn 鐵氧體是十分重要的。致 謝本文是在任新民老師的精心指導(dǎo)下完成的。同時(shí)，感謝張?jiān)瞥汤蠋?，陳華容老師、王自敏老師、謝瑞兵老師在寫作的過程中對(duì)我的幫助。錳鋅鐵氧體粉制備技術(shù)綜述[J].中國錳業(yè),2022,20(3)