摘　要：通過用鐵砂和鐵紅 ( Fe2O3 )制備高性能永磁鐵氧體預燒料的表觀特性、比飽和磁化強度 δs、電鏡形貌觀察分析和磁體特性測量 ,說明用鐵砂完全可以代替鐵紅生產高性能永磁鐵氧體 ,并對用鐵砂生產高性能永磁鐵氧體的工藝特點 ,如鐵砂無需氧化處理 ,高溫快速燒結和充足的氧化氣氛等進行探討。

1、引言：

  隨著汽車、摩托車、辦公機器及 M RL等技術發展 ,高檔永磁鐵氧體需求量日益劇增 ,隨之而來的對生產高檔永磁鐵氧體的主要原材料供應更加迫切。 一般鐵鱗難以生產高檔永磁鐵氧體已為共識 ,而氧化鐵紅( Fe2 O3 ) , 是一種化工原料 ,因生產工藝復雜 ,生產周期長 ,其供應量日趨困難 ,且價格上漲。有報導 [1] ,國外用天然的精鐵砂和磁鐵礦粉為原料生產高性能永磁鐵氧體。我們從 80年代就致力于用大別山區的河鐵砂制備永磁鐵氧體[ 2 ],并投入工業化生產 , 用煤推板窯生產Ba M ( Y25 )· S r M ( Y2 8)永磁鐵氧體。 為使這種原材料能穩定地生產高檔永磁鐵氧體 ,本文將敘述分別用鐵砂和鐵紅為原料 ,制備高性能永磁鐵氧體預燒料 ,對其進行對比分析 ,看用鐵砂代替 Fe2O3 生產高性能永磁鐵氧體的可能性 ,為高性能永磁鐵氧體的大規模工業化生產 ,提供豐富的、價廉物美的原材料。

2、預燒料的制備：

  選用大別山區的河鐵砂經加工制成精鐵砂 ,其T Fe≥ 7 1% , Si O2≤ 0. 24% , Fe2O3 的純度 ≥ 98% , S r-C O3 的純度≥ 98% , 按配比 Fe2O3: S r O= n ( 5. 2～ 5.8 ) ,考慮到不同原料的配比 n 略有區別 , 結合我們以往的經驗[ 3 ],確定一個最佳配方 , 并做如下處理:

　 Fe2 O3為原料 , 1300℃× 1h 預燒 ( 01)( 2 )　用 Fe2O3 為原料 , 1 28 0℃× 1h 預燒 ( 0 2)。( 3 )　 精鐵 砂經 95 0℃× 1h 氧化 處理后配 料 ,13 00℃× 1h 預燒。( 4 )　精鐵砂直接用于配料 , 13 00℃× 1h 預燒。上述 4種配料均經濕磨配料后 ,壓成  50× 20mm的餅塊 ,在箱式電爐中預燒。燒成后用特斯拉計測量餅塊經充磁后表面磁通密度 Hd,用磁天平測比飽和磁化強度 δs, 并同時分析 Fe2+含量 ,用掃描電鏡觀察結晶形貌 ,最后再將其制成永磁鐵氧體 ,用 DY-2A型永磁測量儀測量Br , Hc ,和 ( B H) m a x。

3、結果分析和討論：

3. 1、幾種預燒料的表觀特性和比飽和磁化強度 δs：

  上述 4種預燒料的表觀特性和比飽和磁化強度δs, 如表 1 所示。

表 1　幾種原材料制成的永磁鐵氧體預燒料表觀特性和比飽和磁化強度 δs

  由表 1可見整個預燒溫度除 04外均偏高 ,出現大結晶 ,表面磁通密度低 ,對應的比飽和磁化強度 δs亦高 , 兩種鐵紅料尤為突出。 從 表面磁通密度看 , 以Fe2 O3為原料生產永磁預燒料比用鐵砂為原料的預燒溫度要低 ,這可能是 Fe2O3 中含有較多的低熔點的雜質 ,使預燒溫度降低。用鐵砂為原料生產的預燒料表面呈暗色 ,可能是鐵砂顆粒比鐵紅粗所造成的。 鐵砂( Fe2 O3 )系含亞鐵的原材料 , 能否制備高性能永磁鐵氧體的關鍵問題是在預燒中能否實現Fe2+  Fe3+ 的轉變。從表 1中可見 ,這種轉變是很理想的。鐵砂的氧化與不氧化Fe O的含量無差異 ,而與鐵紅制的預燒料也無明顯差異。

3. 2、預燒料的結晶形貌觀察：

a　由鐵紅生產的永磁鐵氧體預燒料 ( 13 00℃× 1h )掃描電鏡照片 ( 750× ) ( 01)b　由鐵紅生產的永磁鐵氧體預燒料 ( 12 80℃× 1h )掃描電鏡照片 ( 750× ) ( 02)c　由經 95 0℃× 2h 氧化處理后精鐵砂生產的永磁鐵氧體預燒料 ( 1300℃× 1h )掃描電鏡照片 ( 750× )( 03)d　 未經氧化處理的精鐵砂生產的永磁鐵氧體預燒料( 1 30 0℃× 1h )掃描電鏡照片 ( 750× ) ( 04 )Fig 1　 E lectr on m ic roscop e p h oto s of Sr -p erm a nen tm ag net fer rite p r e-sin terin g p ow de r g en era tedb y u sing Fe2 O3 a nd r efin ed iro n san da: Electro n micr oscoo pe p h o to s ( 750× ) o f p erm a nen tm ag n et fe rrite p r esin tering p ow d er ( 13 00℃× 1h )g en era ted b y Fe2 O3 ( 0 1)b: Electro n micro sco p e ph o tos ( 7 50× ) o f p erm a nen tm ag n et fer rite p resin terin g po w d er ( 12 80℃× 1h )g en erated b y Fe2 O3( 02 )c: Electro n micro sco p e ph o tos ( 7 50× ) o f p erm a nen tm ag n et fer rite p resin terin g po w d er ( 13 00℃× 1h )g en erated b y r efin ed ir on sa nd oxidized at 9 50℃ fo r2 h ( 0 3)d: Elec tro n m icr oscop e ph o tos ( 75 0× ) of p erm a nen tm ag n et fer rite p resinte r2ing po w d er ( 13 00℃× 1h )g ene rated by refined ir on sa nd w ith ou t o xida tio n( 04 )

  將上述幾種預燒料用掃描電鏡觀察其結晶結構 ,拍攝的照片如圖 1( a) ( b) ( c) ( d)所示 ,從圖 1我們可以看到以下幾點:

( 1 )　 0 1和 04 號樣品同在 1 30 0℃預燒 , 前者出現粗大片狀結晶 ,并有大量的氣孔 ,晶界模糊 ,預燒料的密度低 ,質硬 ,充磁后表面磁通密度很低。 04號樣品結晶較小 ,晶粒比較均勻 ,氣孔少 ,預燒料的密度高 ,表面磁通密度高 ,結構較疏松 ,從結晶形貌看 ,這種預燒料預燒溫度較適中 ,固相反應、結晶結構均較好。 由此可以看出 ,用鐵砂為原料生產預燒料 ,預燒溫度較鐵紅高。

( 2 )　 0 1 和 02 號樣品 , 均由氧化鐵紅制成 , 兩者成分相同 , 02號預燒溫度較 01號降低了 20℃ ,預燒料的結晶形貌有所改善 ,晶粒稍變小 ,仍是片狀結晶 ,仍有晶界模糊、局部熔融、氣孔等現象。預燒料密度、表面磁通密度并未明顯改善 ,從形貌看 02號預燒溫度仍然偏高。

( 3 )　 04 和 03 號樣 品均為精 鐵砂制 成 , 同 在1 30 0℃預燒 , 前者經 95 0℃氧化處理 ,后者未經氧化處理。 從結晶形貌看 ,結晶狀態基本相同 , 03號結晶較小 ,晶粒大小不均勻 ,有固相反應不全的跡象 ; 04號結晶比較均勻 ,氣孔小 ,結晶狀態優于 03號樣品 ,這是因為未經氧化處理的鐵砂 ,活性較好 ,易于固相反應。 而經氧化處理后 ,晶格缺陷得到矯正 ,活性變差 ,反而不利于固相反應。 再由表 1可見 ,經對這兩種預燒料Fe2+分析 , Fe O≤ 0. 1% ,無明顯差異 ,這說明用鐵砂生產永磁鐵氧體可不要進行氧化處理 ,而用鐵鱗生產永磁鐵氧體則難以實現亞鐵氧化和固相反應同步進行。

( 4)　從這 4 幅電鏡照片看 ,這 4種預燒料的預燒溫度除 04號試樣外均偏高 , ( 01)和 ( 02)尤為突出 ,但沒有出現還原和燒死現象 ,若預燒溫度再降低 10～2 0℃ , 結晶狀態還會改善。

3. 3、磁體性能比較：

  因為預燒料的表觀特性和結晶形態直接影響到磁體的性能 ,比飽和磁化強度 δs的數值亦揭示剩余磁感應強度Br高低。為了進一步分析比較鐵砂和鐵紅這兩種原材料生產永磁鐵氧體工藝特點 ,將上述 4種預燒料按相同工藝制成鍶鐵氧體 ,坯件在同一個箱式電爐中在 1200℃～ 1260℃燒結 ,保溫 1h,試樣經測試 ,其磁性能與燒結溫度的關系曲線如圖 2所示 ,由圖可見:

( 1 )　用鐵砂和鐵紅生產的鍶鐵氧體其磁性能均達到高檔永磁鐵氧體Y3 0 H-1 或 Y3 2 水平 , 鐵紅生產的預燒料因結晶粗大 ,氣孔多 ,低熔點非磁性液相存在導致磁性能下降 ,尤其 Hc低于用鐵砂為原料生產的鍶鐵氧體。

( 2)　若獲得最佳的磁性能 ,用鐵砂生產鍶鐵氧體的燒結溫度略高于用鐵紅生產鍶鐵氧體 ,在大生產中它適宜了高溫快速燒結工藝 ,特別更適合生產高矯頑力 Hc的產品。

( 3)　鐵砂 ( Fe3O4 )與鐵鱗和一般磁鐵礦制成的精礦粉不同之處 ,它可以不要進行氧化處理 ,直接替代鐵紅配料 ,只要控制好窯爐氣氛 ,很容易實現亞鐵氧化與固相反應同步進行 ,而鐵鱗和精礦粉如不做氧化處理則會有較多的 Fe2+ 通過高溫后造成預燒料中“結核”現象。

   圖 2中 ( 03)和 ( 04)樣品同在一個爐子中 ,預燒、燒結溫度和氣氛均相同 ,而未經氧化處理的試樣 ( 04)磁性能還高于 ( 03)經氧化處理的精鐵砂制成的樣品 ,這是用鐵砂生產永磁鐵氧體工藝特點之一 ,這對簡化工藝和降低成本是十分有利的。

2　 4種預燒料磁性能與燒結溫度關系 (保溫 1h)Fig 2　 Th e rela tio nship be tw een th e m ag n etic p ro pe r-ties and sin tering tem p era tu re o f fo u r p r e-sin -te rin g po w d er ( k eep th e sam e tem p era tu re fo r1 h )4　結　論( 1)　高質量的預燒料是生產高性能永磁鐵氧

4、結論：

( 1)　高質量的預燒料是生產高性能永磁鐵氧體的基礎 ,要生產出高質量的預燒料 ,首先要有好的原材料 ,還要有與這種原材料相適應的生產工藝。

  原則上講鐵砂原料不如鐵紅 ,但在上述實驗中 ,用鐵砂制備的永磁預燒料還優于用鐵紅制備的預燒料 ,這是原材料與生產工藝的配合問題 ,即不同的原材料要輔以最佳的生產工藝。原材料的純度、活性和結晶結構直接影響預燒料的結晶結構和相純度 ,最終影響磁體的性能。

  從圖 1( d)顯示的結晶形態看 ,因鐵砂純度高 ,活性好 , Si O2含量適中 ,所以固相反應完全 ,沒有另相 ,Si O2 起到摻雜作用 ,它與 Ca O結合形成玻璃相附著于晶粒周圍 ,使晶粒細小均勻 ,結構疏松易破碎 ,氣孔小、密度高 ,所制成的磁體性能好; 而圖 1( a)雖用鐵紅生產 ,工藝配合不好 ,因預燒溫度過高 ,使結晶粗大 ,甚至晶界模糊、堅硬難以破碎 ,氣孔多 ,密度低 ,造成預燒料質量下降。

( 2 )　上述分析也說明 , 用鐵砂完全可以替代鐵紅生產高性能永磁鐵氧體 ,它自身的特點是單體離解性好 ,易于獲得高純度 ;活性好 ,易于固相反應 ,不要另做氧化處理;鐵砂中主要含雜 Si O2以單體形式存在 ,控制其含量 ,替代摻雜 ,而不易產生另相 ,相純度高。

  要用鐵砂穩定地生產高性能永磁鐵氧體 ,鐵砂的處理要達到一定的技術條件 ,還要有一套完善的與鐵砂原料相適應的工藝條件 ,如配方、摻雜、預燒與燒結等。

( 3 )　應該說鐵砂是生產高性能永磁鐵氧體較理想的原材料 ,除上述特點外 ,它最大的優勢在于成分穩定 ,價格低廉 ,僅為鐵紅價格的 1 /3～ 1 /2,有較大的市場競爭力 ,儲量和產量極為豐富。當然上述工藝還不能說是最佳工藝 ,尤其是工業大生產工藝技術有待深化 ,不久這條生產線將投入運行。