铁氧体材料性能的好坏,虽然与原料、配方、成型和烧结等四个环节密切相关,也是铁氧体工艺原理重点研究的问题。但是在同一配方原料与工艺过程下制成的铁氧体材料,其性能却有很大的差别。这主要由于各个具体工艺环节中(如球磨、成型与烧结等)的具体质量有所不同。因此如何充分发挥各个工艺环节的作用及提高质量是提高铁氧体材料的一个关键问题。
通常情况下,铁氧体多晶材料采用粉末冶金法制造,具体制造工艺流程图6所示。近年来,铁氧体材料的大规模生产技术和设备在国外又有了更大的发展。日本TDK公司采用从配料到物料铁氧体化全部封闭的管道化生产方式,净化了生产环境,提高了生产效率,改善了人工的劳动条件,使铁氧体材料性能的一致性和稳定性得到了保障,达到了大规模现代化产业的要求。另外,为了获得更高性能铁氧体材料,多采用化学法制备高品质的铁氧体材料。如用酸盐混合热分解法、化学共沉淀法、喷射燃烧法和电解共沉淀法等。化学法可以克服粉末冶金法的固相反应不易完善、粉末混合不均匀以及分离不易过细和原料的活性对产品性能影响很大的缺点,从而可以显著提高铁氧体材料的性能。其缺点是成本较高,工艺相对比较复杂。
随着近代磁记录工业和微波器件的迅速发展,铁氧体多晶材料已不能满足要求了。近年来又出现了铁氧体单晶的制备工艺,并达到了规模生产的程度。如采用布里兹曼法(即温度梯度法)可生长出重达几千克的Mn-Zn铁氧体单晶,用于磁记录技术中使用的磁头的制作。另外,用于微波器件和磁一光器件中使用的石榴石型铁氧体单晶材料,也是需要相当多的。一般用于生长铁氧体单晶的主要工艺方法有温度梯度法、提拉法、水热法、浮区法、熔盐法和焰熔法等。
由于磁记录技术、磁光技术和微波集成等新技术的迅速发展,对于多晶、单晶和非晶与纳米晶态磁性薄膜材料的研究和应用日益受到重视,其制备的工艺方法也得到了快速的发展,通常被采用的磁性薄膜的制备方法主要有液相外延法、化学气相沉淀法、溅射法、激光沉淀法和蒸发法等。
用量最多的软磁性和各向同性的硬磁铁氧体材料,其制备工艺过程主要有6个工序:配料一混合一预烧一成型一烧结一热处理。
按照一定的配方(根据过去的实践经验和理论认识决定所需要的化学成分以及所需要的化学原料),算出各种化学原料的具体用量,并将其足够准确地称量出来。绝大多数情况下,化学原料是金属氧化物或碳酸盐,少数情况下用可溶性的硝酸盐、硫酸盐或草酸盐。
铁氧体制造过程中的粉碎工序,与其他化工制造工艺的粉碎工序一样,按配方要求称量好各种化学原料之后,根据原料颗粒尺寸的大小及粉碎后尺寸大小的要求选用不同的粉碎机械。由于铁氧体的原料一般为化工原料,它们的粉粒已经非常细,可以直接进行细磨。在铁氧体制备过程中,为了提高产品质量,常常采取预烧工序。为了在预烧过程中使固相化学反应完全,在预烧之前压成毛坯,经预烧后坯料已形成了铁氧体,因此质地很硬,为此需要经过粗碎和中碎,才能进行细磨工序。由于在铁氧体制备工艺中,相对细磨工序粗、中碎机应用得比较少。因此我们在此主要讨论粉碎工序中的细磨工序,通常细磨所使用的机械有滚动球磨式和振动球磨式的球磨机。
将混合后的配料在高温炉中加热,促进固相反应,形成具有一定物理性能的多晶铁氧体。这种多晶铁氧体也称为烧结铁氧体。这种预烧过程是在低于材料熔融温度的状态下,通过固体粉末间的化学反应来完成的固相化学反应。在固相反应中,一般来说,铁氧体所用的各种固态原料,在常温下是相对稳定的,各种金属离子受到品格的制约,只能在原来的结点作一些极其微小的热振动。但是随着温度的升高,金属离子在结点上的热振动的振幅越来越大,从而脱离了原来的结点发生了位移,由一种原料的颗粒进入到另一种原料的颗粒中。形成了离子扩散现象。
经过预烧已生成了铁氧体材料,通常把它做成粒料,近年来的厂家专门按着用户或后续工厂要求生产各种性能的铁氧体粒料。成型工序就是将预烧后的粒料压成产晶所要求的各种各样的形状,形成一定的坯体。成型也是保证产品质量的一个重要环节。
由于铁氧体产品的种类很多,大小各异,成型方法也很不相同。一般生产中常用的成型方法,有干压成型、热压铸成型、等静压成型等,其中以干压成型最为普遍。
铁氧体材料的烧结温度,一般约为1000~1400℃。由于铁氧体烧结时周围气氛对性能影响很大。如前所述,铁氧体生成时的固相化学反应,不能在还原气氛中进行。因此通常铁氧体材料的烧结在硅碳棒加热的电炉(窑)内进行。对于某些有特殊要求的铁氧体材料,必须在特殊的炉子中烧结,如高磁导率的锰锌铁氧体,必须在真空炉中烧结,钇铁石榴石多晶铁氧体必须在1400℃以上的炉子中烧结。烧结过程中均要发生化学变化和物理变化。 2100433B