CN115417666A - 一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺 - Google Patents

一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺。本发明将Fe2O3、Mn3O4和ZnO为原料，经过第一次球磨，预烧，第二次球磨，造粒，一次成型，二次成型，烧结，冷却和打磨制得软磁铁氧体磁芯成品。本发明将生坯通过相互叠层、堆放的方式紧密排列放置在放置框中，并且通过放置框的转动，使得生坯不断转动，从而实现生坯烧结过程中受热均匀，避免成品质量层次不一。

Description

一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺
技术领域
本发明属于铁氧体技术领域，具体涉及一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺。
背景技术
软磁铁氧体磁芯是电子信息行业，如电源、通讯、电光源、智能家电等领域的重要基础功能元件，也是品种最多、应用最广、用量最大的一种磁性元件。经过半个多世纪的发展与创新，全球软磁铁氧体性能得到了很大的改进和提高，其产量也逐年递增，应用领域和范围也不断扩大。
软磁铁氧体磁芯制造工艺是采用粉末成型技术，铁氧体磁芯烧结成型时，内部的残余水分和挥发的有机物会从生坯中溢出，目前在产品烧结时均采用叠烧或堆烧的方式，并且在烧结过程中会通入氮气来控制氧气分压，避免铁氧体在烧结过程中发生氧化，影响软磁铁氧体磁芯的质量，但是在通入氮气之后，烧结窑炉中的热量会分布不均匀，从而使得软磁铁氧体生坯烧结不均匀，导致成品质量层次不一，影响软磁铁氧体磁芯的质量。
发明内容
本发明提供一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，解决现有技术中软磁铁氧体磁芯生坯烧结不均匀，影响软磁铁氧体磁芯的质量的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，包括如下步骤：
S1:将50-60份Fe2O3，30-40份Mn3O4，5-15份ZnO加入球磨机中，对原料干混进行第一次球磨2h；
S2:将步骤1中的原料粉末在800-1000℃的环境下进行预烧；
S3:将0.03份TiO2，0.05SnO2，0.02Nb2O5加入到步骤2得到的原料粉末中，加入去离子水，再进行第二次球磨6h，并将所得浆料过500目的筛子，罐装存放，持续搅拌；
S4:向步骤3所得物料中加入10％的PVA溶液，再进行喷雾造粒，通过60目的筛子进行筛选；
S5:将颗粒物料通过成型机使其一次压制成型，制得生坯，所述生坯的中柱端面和底面设计有凸起或凹槽；
S6:将初步成型的软磁铁氧体坯件再次通过等静压进行二次压制；
S7:将生坯通过相互叠层、堆放的方式紧密排列放置在放置框中，再将装有生坯的放置框转动式连接在烧结窑炉中，通入氮气，对生坯进行烧结，期间，装有生坯的放置框不断发生转动，得到软磁铁氧体磁芯成品；
S8；将装有软磁铁氧体磁芯成品的放置框通过机器取出放置在制冷装置内腔中，通过液氮对软磁铁氧体磁芯进行平滑稳定降温；
S9:将软磁铁氧体磁芯成品通过平面磨床进行打磨，使得所述磁芯元件的端面和底面磨平，达到成品的端面和底面平整度及电磁性能要求。
进一步地，所述步骤S5中，成型机的工作条件为：设计模具收缩率为1.14-1.21mm，成型压力为160～280Mpa。
进一步地，所述步骤S5中，将所述生坯的中柱端面和底面设计为“一字形”、“十字形”、“圆形”或“椭圆形”的凸起或凹槽，凸起的高度为0.01-2.0mm，凹槽的深度为0.01-2.0mm，通过模具压制实现。
进一步地，所述步骤S5中，在所述生坯的边腿或边腿角处设计台阶结构，通过模具压制实现。
进一步地，所述步骤S6中，将一次压制后的生坯用吸塑包裹，之后放入桐油中进行二次等静压。
进一步地，所述步骤S7中烧结的具体方法为：
先将烧结窑炉进行抽真空处理，生坯先从室温缓慢上升至600℃，保温3-5h，期间残余水分和挥发的有机物会散发出来；
再向烧结窑炉内不断通入氮气，控制氧分压为5％，并将烧结窑炉内的温度升高至1100℃，保温5-6h；
最后将烧结窑炉内的温度升高至1300℃，保温4-5h。
进一步地，所述步骤S7中生坯通过相互叠层、堆放的方式紧密排列放置在烧结窑炉时，在生坯表面洒上氧化锆粉。
进一步地，所述步骤S7中放置框上方滑动式设置有薄的锆片，生坯叠层烧结时，最上层用薄的锆片盖板轻微加压。。
进一步地，所述步骤S8在冷却过程中，向制冷装置内腔中通入氮气，并控制氧分压在5％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明将生坯通过相互叠层、堆放的方式紧密排列放置在放置框中，并且通过放置框的转动，使得生坯不断转动，从而实现生坯烧结过程中受热均匀，避免成品质量层次不一。
2、本发明通过等静压制对生坯进行二次压制，使得密度均匀并生坯初步致密化，避免后续烧结过程中内部的残余水分和挥发的有机物快速排出将生坯挤出裂纹，影响软磁铁氧体磁芯成品的质量。
3、本发明通过在生坯中柱端面和底面设计凸起或凹槽，使得生坯在堆叠时存在大量间隙，方便生坯内部的残余水分和挥发的有机物排出。
4、本发明通过在烧结初期抽真空，进一步方便生坯内部的残余水分和挥发的有机物排出。
5、本发明通过制冷装置对软磁铁氧体磁芯成品进行降温冷却，大幅度的缩短冷却时间，减少实际生产过程中的时间成本。
附图说明
图1为一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺的流程图。
图2为磁芯元件端面和底面或底部设计方法图示。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加明白清楚，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，但是本发明并不限于这些实施例。需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为质量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如没有特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，如图1所示，包括以下步骤：
S1:将53份Fe2O3，38份Mn3O4，9份ZnO加入球磨机中，对原料干混进行第一次球磨2h，使得三种原料最大程度上混合均匀，增大三者之间的接触面积，减小颗粒之间的间隙；
S2:将步骤1中的原料粉末在900℃的环境下进行预烧，期间能够进行固相反应，使得锰锌铁氧体化；
S3:将0.03份TiO2，0.05SnO2，0.02Nb2O5加入到步骤2得到的原料粉末中，加入去离子水，这三类物质能够很好的融入到尖晶石的晶体结构中，增强软磁铁氧体磁芯的磁性能，再进行第二次球磨6h，并将所得浆料过500目的筛子，烘干，罐装存放，持续搅拌；
S4:向步骤3所得物料中加入10％的PVA溶液，再进行喷雾造粒，通过60目的筛子进行筛选；
S5:将颗粒物料通过成型机使其一次压制成型，制得生坯，成型机的工作条件为：设计模具收缩率为1.2mm，成型压力为240Mpa，成型机的模具设计有“一字形”、“十字形”、“圆形”或“椭圆形”的凹槽或凸起，凹槽的高度为1mm，凸起的深度为1mm，并且在成型机的模具边角或边腿角处设计台阶结构，如图2所示，使得压制成型的生坯的中柱端面和底面有为“一字形”、“十字形”、“圆形”或“椭圆形”的凸起或凹槽，凸起的高度为1mm，凹槽的深度为1mm，边腿或边腿角处有台阶结构；
S6:将一次压制后的生坯用吸塑包裹，之后放入桐油中进行二次等静压，通过等静压能够使得密度均匀并生坯进行初步致密化，避免后续烧结过程中内部的残余水分和挥发的有机物排出将生坯挤出裂纹；
S7:将生坯通过相互叠层、堆放的方式紧密排列放置在放置框中，在生坯表面洒上氧化锆粉，放置框上方滑动式设置有薄的锆片，生坯叠层烧结时，最上层用薄的锆片盖板对生坯轻微加压，使得生坯在适当的压力下进行烧结，提高生坯烧结的质量，再将装有生坯的放置框转动式连接在烧结窑炉中，对生坯进行烧结，由于制成型的生坯的中柱端面和底面有为“一字形”、“十字形”、“圆形”或“椭圆形”的凸起或凹槽，叠放的生坯之间存在大量间隙，便于内部的残余水分和挥发的有机物排出，然后将烧结窑炉进行抽真空处理，生坯先从室温缓慢上升至600℃，保温3-5h，期间残余水分和挥发的有机物会散发出来；随后向烧结窑炉内不断通入氮气，并且控制氧分压为5％，并将烧结窑炉内的温度升高至1100℃，保温5-6h；最后将烧结窑炉内的温度升高至1300℃，保温4-5h，得到软磁铁氧体磁芯成品期间，装有生坯的放置框不断发生转动，使得生坯受热均匀，得到软磁铁氧体磁芯成品；
S8；将装有软磁铁氧体磁芯成品的放置框通过机器取出放置在制冷装置内腔中，通过液氮对软磁铁氧体磁芯成品进行平滑稳定降温，大幅度缩短软磁铁氧体磁芯的冷却时间，期间向制冷装置内腔中通入氮气，并控制氧分压在5％，避免软磁铁氧体磁芯在冷却时发生氧化，阻止包含Mn3+和Fe3+的六角相析出；
S9:将软磁铁氧体磁芯成品通过平面磨床进行打磨，使得所述磁芯元件的端面和底面磨平，达到成品的端面和底面平整度及电磁性能要求。
通过上述步骤制得软磁铁氧体磁芯：中柱开裂为0；粘连变形为0，磁导率为2550。
实施例2
一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，如图1所示，包括以下步骤：
S1:将55份Fe2O3，30份Mn3O4，15份ZnO加入球磨机中，对原料进行第一次球磨2h，使得三种原料最大程度上混合均匀，增大三者之间的接触面积，减小颗粒之间的间隙；
S2:将步骤1中的原料粉末在900℃的环境下进行预烧，期间能够进行固相反应，使得锰锌铁氧体化；
S3:将0.03份TiO2，0.05SnO2，0.02Nb2O5加入到步骤2得到的原料粉末中，加入去离子水，这三类物质能够很好的融入到尖晶石的晶体结构中，增强软磁铁氧体磁芯的磁性能，再进行第二次球磨6h，并将所得浆料过500目的筛子，烘干，罐装存放，持续搅拌；
S4:向步骤3所得物料中加入10％的PVA溶液，再进行喷雾造粒，通过60目的筛子进行筛选；
S5:将颗粒物料通过成型机使其一次压制成型，制得生坯，成型机的工作条件为：设计模具收缩率为1.2mm，成型压力为240Mpa，成型机的模具设计有“一字形”、“十字形”、“圆形”或“椭圆形”的凹槽或凸起，凹槽的高度为1mm，凸起的深度为1mm，并且在成型机的模具边角或边腿角处设计台阶结构，如图2所示，使得压制成型的生坯的中柱端面和底面有为“一字形”、“十字形”、“圆形”或“椭圆形”的凸起或凹槽，凸起的高度为1mm，凹槽的深度为1mm，边腿或边腿角处有台阶结构；
S6:将一次压制后的生坯用吸塑包裹，之后放入桐油中进行二次等静压，通过等静压能够使得密度均匀并生坯进行初步致密化，避免后续烧结过程中内部的残余水分和挥发的有机物排出将生坯挤出裂纹；
S7:将生坯通过相互叠层、堆放的方式紧密排列放置在放置框中，在生坯表面洒上氧化锆粉，放置框上方滑动式设置有薄的锆片，生坯叠层烧结时，最上层用薄的锆片盖板对生坯轻微加压，使得生坯在适当的压力下进行烧结，提高生坯烧结的质量，再将装有生坯的放置框转动式连接在烧结窑炉中，对生坯进行烧结，由于制成型的生坯的中柱端面和底面有为“一字形”、“十字形”、“圆形”或“椭圆形”的凸起或凹槽，叠放的生坯之间存在大量间隙，便于内部的残余水分和挥发的有机物排出，然后将烧结窑炉进行抽真空处理，生坯先从室温缓慢上升至600℃，保温3-5h，期间残余水分和挥发的有机物会散发出来；随后向烧结窑炉内不断通入氮气，并且控制氧分压为5％，并将烧结窑炉内的温度升高至1100℃，保温5-6h；最后将烧结窑炉内的温度升高至1300℃，保温4-5h，得到软磁铁氧体磁芯成品期间，装有生坯的放置框不断发生转动，使得生坯受热均匀，得到软磁铁氧体磁芯成品；
S8；将装有软磁铁氧体磁芯成品的放置框通过机器取出放置在制冷装置内腔中，通过液氮对软磁铁氧体磁芯成品进行平滑稳定降温，大幅度缩短软磁铁氧体磁芯的冷却时间，期间向制冷装置内腔中通入氮气，并控制氧分压在5％，避免软磁铁氧体磁芯在冷却时发生氧化，阻止包含Mn3+和Fe3+的六角相析出；
S9:将软磁铁氧体磁芯成品通过平面磨床进行打磨，使得所述磁芯元件的端面和底面磨平，达到成品的端面和底面平整度及电磁性能要求。
通过上述步骤制得软磁铁氧体磁芯：中柱开裂为0；粘连变形为0，磁导率为1876。
实施例3
一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，如图1所示，包括以下步骤：
S1:将55份Fe2O3，32份Mn3O4，13份ZnO加入球磨机中，对原料进行第一次球磨2h，使得三种原料最大程度上混合均匀，增大三者之间的接触面积，减小颗粒之间的间隙；
S2:将步骤1中的原料粉末在900℃的环境下进行预烧，期间能够进行固相反应，使得锰锌铁氧体化；
S3:将0.03份TiO2，0.05SnO2，0.02Nb2O5加入到步骤2得到的原料粉末中，加入去离子水，这三类物质能够很好的融入到尖晶石的晶体结构中，增强软磁铁氧体磁芯的磁性能，再进行第二次球磨6h，并将所得浆料过500目的筛子，烘干，罐装存放，持续搅拌；
S4:向步骤3所得物料中加入10％的PVA溶液，再进行喷雾造粒，通过60目的筛子进行筛选；
S5:将颗粒物料通过成型机使其一次压制成型，制得生坯，成型机的工作条件为：设计模具收缩率为1.2mm，成型压力为240Mpa，成型机的模具设计有“一字形”、“十字形”、“圆形”或“椭圆形”的凹槽或凸起，凹槽的高度为1mm，凸起的深度为1mm，并且在成型机的模具边角或边腿角处设计台阶结构，如图2所示，使得压制成型的生坯的中柱端面和底面有为“一字形”、“十字形”、“圆形”或“椭圆形”的凸起或凹槽，凸起的高度为1mm，凹槽的深度为1mm，边腿或边腿角处有台阶结构；
S6:将一次压制后的生坯用吸塑包裹，之后放入桐油中进行二次等静压，通过等静压能够使得密度均匀并生坯进行初步致密化，避免后续烧结过程中内部的残余水分和挥发的有机物排出将生坯挤出裂纹；
S7:将生坯通过相互叠层、堆放的方式紧密排列放置在放置框中，在生坯表面洒上氧化锆粉，放置框上方滑动式设置有薄的锆片，生坯叠层烧结时，最上层用薄的锆片盖板对生坯轻微加压，使得生坯在适当的压力下进行烧结，提高生坯烧结的质量，再将装有生坯的放置框转动式连接在烧结窑炉中，对生坯进行烧结，由于制成型的生坯的中柱端面和底面有为“一字形”、“十字形”、“圆形”或“椭圆形”的凸起或凹槽，叠放的生坯之间存在大量间隙，便于内部的残余水分和挥发的有机物排出，然后将烧结窑炉进行抽真空处理，生坯先从室温缓慢上升至600℃，保温3-5h，期间残余水分和挥发的有机物会散发出来；随后向烧结窑炉内不断通入氮气，并且控制氧分压为5％，并将烧结窑炉内的温度升高至1100℃，保温5-6h；最后将烧结窑炉内的温度升高至1300℃，保温4-5h，得到软磁铁氧体磁芯成品期间，装有生坯的放置框不断发生转动，使得生坯受热均匀，得到软磁铁氧体磁芯成品；
S8；将装有软磁铁氧体磁芯成品的放置框通过机器取出放置在制冷装置内腔中，通过液氮对软磁铁氧体磁芯成品进行平滑稳定降温，大幅度缩短软磁铁氧体磁芯的冷却时间，期间向制冷装置内腔中通入氮气，并控制氧分压在5％，避免软磁铁氧体磁芯在冷却时发生氧化，阻止包含Mn3+和Fe3+的六角相析出；
S9:将软磁铁氧体磁芯成品通过平面磨床进行打磨，使得所述磁芯元件的端面和底面磨平，达到成品的端面和底面平整度及电磁性能要求。
通过上述步骤制得软磁铁氧体磁芯：中柱开裂为0；粘连变形为0，磁导率为2114。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1:将50-60份Fe2O3，30-40份Mn3O4，5-15份ZnO加入球磨机中，对原料干混进行第一次球磨2h；
S2:将步骤1中的原料粉末在800-1000℃的环境下进行预烧；
S3:将0.03份TiO2，0.05SnO2，0.02Nb2O5加入到步骤2得到的原料粉末中，加入去离子水，再进行第二次球磨6h，并将所得浆料过500目的筛子，罐装存放，持续搅拌；
S4:向步骤3所得物料中加入10％的PVA溶液，再进行喷雾造粒，通过60目的筛子进行筛选；
S5:将颗粒物料通过成型机使其一次压制成型，制得生坯，所述生坯的中柱端面和底面设计有凸起或凹槽；
S6:将初步成型的软磁铁氧体坯件再次通过等静压进行二次压制；
S7:将生坯通过相互叠层、堆放的方式紧密排列放置在放置框中，再将装有生坯的放置框转动式连接在烧结窑炉中，通入氮气，对生坯进行烧结，期间，装有生坯的放置框不断发生转动，得到软磁铁氧体磁芯成品；
S8；将装有软磁铁氧体磁芯成品的放置框通过机器取出放置在制冷装置内腔中，通过液氮对软磁铁氧体磁芯进行平滑稳定降温；
S9:将软磁铁氧体磁芯成品通过平面磨床进行打磨，使得所述磁芯元件的端面和底面磨平，达到成品的端面和底面平整度及电磁性能要求。
2.根据权利要求1所述的一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，所述步骤S5中，成型机的工作条件为：设计模具收缩率为1.14-1.21mm，成型压力为160～280Mpa。
3.根据权利要求1所述的一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，所述步骤S5中，将所述生坯的中柱端面和底面设计为“一字形”、“十字形”、“圆形”或“椭圆形”的凸起或凹槽，凸起的高度为0.01-2.0mm，凹槽的深度为0.01-2.0mm，通过模具压制实现。
4.根据权利要求1所述的一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，所述步骤S5中，在所述生坯的边腿或边腿角处设计台阶结构，通过模具压制实现。
5.根据权利要求1所述的一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，所述步骤S6中，将一次压制后的生坯用吸塑包裹，之后放入桐油中进行二次等静压。
6.根据权利要求1所述的一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，所述步骤S7中烧结的具体方法为：
先将烧结窑炉进行抽真空处理，生坯先从室温缓慢上升至600℃，保温3-5h，期间残余水分和挥发的有机物会散发出来；
再向烧结窑炉内不断通入氮气，控制氧分压为5％，并将烧结窑炉内的温度升高至1100℃，保温5-6h；
最后将烧结窑炉内的温度升高至1300℃，保温4-5h。
7.根据权利要求1所述的一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，所述步骤S7中生坯通过相互叠层、堆放的方式紧密排列放置在烧结窑炉时，在生坯表面洒上氧化锆粉。
8.根据权利要求1所述的一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，所述步骤S7中放置框上方滑动式设置有薄的锆片，生坯叠层烧结时，最上层用薄的锆片盖板轻微加压。
9.根据权利要求1所述的一种软磁铁氧体磁芯的制造工艺，其特征在于，所述步骤S8在冷却过程中，向制冷装置内腔中通入氮气，并控制氧分压在5％。
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