CN102584197A - 一种用工业微波辊道窑炉烧结锶永磁铁氧体的方法和锶永磁铁氧体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锶永磁铁氧体的烧结方法和锶永磁铁氧体材料的制备方法。上述烧结方法包括：将脱水处理后的锶永磁铁氧体料浆湿压成型制得坯体；将坯体送入微波高温窑炉内进行微波烧结，微波频率为2450MHz，烧结温度为1160℃～1260℃。采用上述方法烧结，坯体迅速由内至外自身发热，该方法一方面在微波窑炉内便可完成干燥-高温烧结的工序，缩短生产周期；另一方面节约能耗。采用上述方法制备锶永磁铁氧体材料可节省电能50％～70％，制得的产品具有优异磁性能，剩磁为410mT～430mT，内禀矫顽力为310KA/m～340KA/m，最大磁能积为36.1KJ/m³～38.2KJ/m³。

Description

一种用工业微波辊道窑炉烧结锶永磁铁氧体的方法和锶永磁铁氧体的制备方法

技术领域

本发明涉及磁性材料领域，特别涉及一种用工业微波辊道窑炉烧结锶永磁铁氧体的方法和锶永磁铁氧体的制备方法。 

背景技术

磁性材料是一种重要的功能材料，其被广泛应用于机动车辆、电视机、音响、计算机、通信终端机和医疗器械等方面。磁性材料包括硬磁材料和软磁材料。其中，硬磁材料又称永磁材料，其磁化后不易退磁，是能长保留磁性的一种铁氧体材料，磁性材料的晶体结构大多为六角晶系铅磁石型，典型代表为锶铁氧体，其磁性能较高，主要适用于低温环境，大气隙，退磁干扰的器件，具体如行波管、磁控管磁路、汽车摩托车启动电机等。 

近年来，随着工业的快速的发展，锶铁氧体材料的需求量也逐年增多，同时对产品性能和生产工艺也提出了更高的要求。现有技术提供了多种锶铁氧体材料的制备方法，具体如：陶瓷法、化学共沉淀法、水热法等。其中陶瓷法适于进行工业生产，应用也最为广泛。陶瓷法按照成型时是否加水又分为干压法和湿压法。相对于干压成型法，湿压法制备的产品性能高。 

现有的湿压法制备锶铁氧体材料的工艺如下： 

将锶永磁铁氧体预烧料与添加剂混合加水球磨，脱水，得到锶永磁铁氧体料浆→湿压成型→坯体干燥→烧结→磨削，得到产品。 

烧结是产品成型的关键步骤，现有的锶永磁铁氧体烧结工艺主要是将坯体送入辊道窑或推板窑进行煅烧，上述煅烧设备是利用电阻丝和碳棒为热源加热烧结产品，使产品由外向内加热烧结。湿压法制得的坯中含有一定量的水分，在进行高温烧结前需要进行干燥去水的步骤。但采用上述方法烧结，干燥去水的步骤一般为将坯体置于空气中 干燥24小时左右，而后才能进入窑炉进行烧结。这是因为若直接将湿压成型的坯体送入上述窑炉内，坯体的受热方向为由外向内，造成坯体表层干燥内层水分未排出，烧结过程中发生干裂的状况。 

因此，采用现有的方式进行烧结的缺陷在于生产周期长，生产效率低；此外耗能也较高。 

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种锶永磁铁氧体的烧结方法和锶永磁铁氧体材料的制备方法，该方法生产周期较短，耗能较低。 

有鉴于此，本发明提供一种锶永磁铁氧体的烧结方法，包括： 

将脱水处理后的锶永磁铁氧体料浆湿压成型，得到坯体； 

将所述坯体送入微波高温窑炉内进行微波烧结，所述微波烧结的微波频率为2450MHz，烧结温度为1160℃～1260℃。 

优选的，所述微波烧结的微波功率为70KW～80KW。 

优选的，所述烧结温度为1180℃～1200℃。 

优选的，所述烧结的时间为1h～2h。 

优选的，所述锶永磁铁氧体料浆的含水率为35wt％～45wt％。 

优选的，所述锶永磁铁氧体料浆中的固体物由以下成分组成： 

0.8wt％～1.3wt％的碳酸钙、0.2wt％～0.5wt％的石英砂、0.2wt％～0.6wt％的氧化铝、0.6wt％～0.8wt％的氧化铬、0.3wt％～0.5wt％的硼酸和余量的锶永磁铁氧体预烧料。 

优选的，所述锶永磁铁氧体浆料中的固体物的粒度为0.78μm～0.85μm。 

相应的，本发明还提供一种锶永磁铁氧体材料的制备方法，包括： 

将锶永磁铁氧体、添加剂和水混合球磨，脱水，得到锶永磁铁氧体料浆； 

将所述锶永磁铁氧体料浆湿压成型，得到坯体； 

将所述坯体送入微波高温窑炉内进行微波烧结，所述微波烧结的微波频率为2450MHz，烧结温度为1160℃～1260℃； 

将烧结后的坯体冷却，得到锶永磁铁氧体材料。 

优选的，所述锶永磁铁氧体浆料中的固体物由以下成分组成： 

0.8wt％～1.3wt％的碳酸钙、0.2wt％～0.5wt％的石英砂、0.2wt％～0.6wt％的氧化铝、0.6wt％～0.8wt％的氧化铬、0.3wt％～0.5wt％的硼酸和余量的锶永磁铁氧体预烧料。 

本发明还提供一种由上述的方法制备的锶永磁铁氧体材料，其剩磁为410mT～430mT，内禀矫顽力为310KA/m～340KA/m，最大磁能积为36.1KJ/m³～38.2KJ/m³。 

本发明提供一种锶永磁铁氧体的烧结方法，相对于现有的烧结方法，本发明是将湿压成型后的锶永磁铁氧体坯体直接送入微波高温窑炉内进行微波烧结，并控制微波频率为2450MHz，烧结温度为1160℃～1260℃。烧结过程中，上述波段的微波与物料发生耦合，坯体由内至外快速吸收微波能量，坯体自身由内至外发热，内部水分最先蒸发，表层水分最后蒸发，因此在微波窑炉内便可完成干燥-高温烧结的工序，坯体在烧结过程中不会发生开裂的情况，缩短了坯体干燥的时间，进而缩短了生产周期。此外，微波加热速度较快，可在短时使坯体升温至发生固相反应的温度，因此能耗较低。实验证明，由上述方法制备锶永磁铁氧体材料可节省电能50％～70％，制得的产品具有优异磁性能，剩磁为410mT～430mT，内禀矫顽力为310KA/m～340KA/m，最大磁能积为36.1KJ/m³～38.2KJ/m³。 

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。 

本发明公开了一种锶永磁铁氧体的烧结方法，包括如下步骤： 

将脱水处理后的锶永磁铁氧体料浆湿压成型，得到坯体； 

将所述坯体送入微波高温窑炉内进行微波烧结，所述微波烧结的微波频率为2450HMz，烧结温度为1160℃～1260℃。 

本发明采用微波加热的方式进行烧结，其原因在于：相对于现有的电阻丝和碳棒传递热能的方式，微波加热是利用特定波段的微波与材料的基体结构的耦合，使被加热物体由内向外快速吸收微波能量。由此可知，采用微波烧结的优点在于： 

首先，坯体的受热方式发生改变，改变为由内至外受热，将坯体送入微波窑炉后，在微波的作用下，坯体内部的水分最先蒸发，表层水分最后蒸发，使得坯体干燥的工序也可以在微波窑炉内完成，并且坯体不会因表面过干而开裂。因此，无需在烧结前进行长时间的室温干燥，或再使用其它干燥设备，生产工艺的连续性得到提高，缩短了生产周期。 

其次，由于微波加热速度快，可使原料在短时内达到固化反应所需温度，因此能耗较低，烧结时间也较短。 

再次，微波烧结过程中，坯体是随着微波热点的移动带动坯体温度升高，坯体自身发热。相对于现有的空气导热的方式，坯体温度高于周围环境温度，烧结温度的测量是根据烧结环境温度测定的，因此采用微波烧结可降低烧结温度。 

最后，由于坯体的受热方式发生改变使得材料能够整体均一发热，有利于混合料充分烧结，有利于提高产品磁性能。 

鉴于上述微波加热的优点本发明采用微波烧结，具体为：先采用湿压法将脱水处理后的锶永磁铁氧体成型，制备出坯体；然后再将坯体送入微波工业窑炉内，使用频率为2450MHz的微波对坯体进行烧结。 

关于坯体的制备工艺可以采用本领域技术人员熟知的方法，具体如将料浆磁取向成型，成型工艺参数优选为：注料时间为10s～15s充磁电流为35A～60A，成型压力为15Mpa～20Mpa，保压时间为15s～25s。 

上述料浆可以按照本领域技术人员熟知的方法制备，具体如：将锶永磁铁氧体预烧料与添加剂混合并加水球磨，得到料浆初料；然后 将料浆初料分离脱水，制成料浆。本发明优选控制料浆的含水量为35wt％～45wt％，更优选为38wt％～42wt％。料浆含水量过少易造成坯件的密度偏低，并且均匀性差；料浆含水量过高则易影响颗粒取向。 

料浆中的固体物优选由如下成分组成：0.8wt％～1.3wt％的碳酸钙、0.2wt％～0.5wt％的石英砂、0.2wt％～0.6wt％的氧化铝、0.6wt％～0.8wt％的氧化铬、0.3wt％～0.5wt％的硼酸和余量的锶永磁铁氧体预烧料。上述添加剂中不含有贵金属氧化物，但是由于是采用微波烧结的方式，使得物料微观结构发生改变，因此，即使不添加贵金属氧化物也能使产品具有较高的磁性能。料浆中固体物的粒度优选为0.78μm～0.85μm，以保证具有较好的充磁效果。 

按照上述方法制得坯件后便进行高温烧结的步骤，烧结过程中需要向混合料发射频率为2450MHz的微波，该频率的微波能够与坯体内的混合料发生耦合，使混合料从内至外迅速加热至固相反应所需温度，烧结的温度优选为1160℃～1260℃，更优选为1180℃～1200℃。由于上述方法加热速度快，因此本发明预烧烧结时间较短，优选控制为1h～2h，上述烧结温度及时间的选择有利于获得剩磁较高的锶永磁铁氧体材料。微波功率优选为70KW～80KW。 

由上述内容可知，相对于现有的锶永磁铁氧体烧结方法，本发明将湿压成型的坯体直接送入微波高温窑炉内进行微波烧结，并且向坯体发射频率为2450MHz的微波。烧结过程中，坯体由内至外快速吸收微波能量，坯体自身由内至外发热，内部水分最先蒸发，表层水分最后蒸发，因此在微波窑炉内便可完成干燥-高温烧结的工序，坯体在烧结过程中不会发生开裂的情况，缩短了坯体干燥的时间，有利于缩短生产周期；微波加热速度快，可在短时使坯体升温至发生固相反应的温度，因此能耗较低；此外，微波烧结过程中，坯体是自身发热，相对于现有的空气导热的方式，坯体温度高于周围环境温度，因此采用微波烧结可降低烧结温度，同等材料的烧结温度降低10℃～50℃，降低了对烧结设备的损害。 

本发明还提供一种锶永磁铁氧体材料的制备方法，包括： 

将锶永磁铁氧体、添加剂和水混合球磨，脱水，得到锶永磁铁氧体料浆； 

将所述锶永磁铁氧体料浆湿压成型，得到坯体； 

将所述坯体送入微波高温高温窑炉内进行微波烧结，所述微波烧结的微波频率为2450MHz，烧结温度为1160℃～1260℃； 

将烧结后的坯体冷却，得到锶永磁铁氧体材料。 

上述工艺中微波烧结的工艺与前文相同，对于料浆组成、湿法成型工艺、烧结温度和烧结时间优选方案也与前文一致，本发明对此不再赘述。按照上述方式将坯体根据产品形状进行磨削便可使用、储藏或销售。 

由上述方法制备锶永磁铁氧体料，可在微波窑炉进行便进行干燥-烧结工序，生产周期较短；同时烧结过程中加热速度快，可使坯体在短时内加热至固相反应的温度，因此能耗较低；并且，坯体是自内向外发热，受热较为均匀，由此也有利于提高产品的磁性能。 

本发明还提供一种由上述方法制备的锶永磁铁氧体材料，其剩磁为410mT～430mT，内禀矫顽力为310KA/m～340KA/m，最大磁能积为36.1KJ/m³～38.2KJ/m³。 

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的锶永磁铁氧体的烧结方法和锶永磁铁氧体材料的制备方法进行描述，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。 

实施例1 

1、将锶永磁铁氧体(SrFe₁₂O₁₉)预烧料与添加剂混合，得到的混合料成分如下： 

将上述混合料加水进行混合球磨，控制固体颗粒粒度为0.75μm～0.85μm，再抽入沉淀塔沉淀，出料得到料浆，料浆含水量为40wt％。 

2、将步骤1得到的料浆磁取向成型，控制注料时间为15s，充磁电流为40A，成型压力为18Mpa，保压时间为18s，得到坯体。 

3、将步骤3得到的坯体送入微波辊道窑炉烧结，微波频率为2450MHz，功率为75KW，烧结温度为1200℃，推板速度10板/小时，每板载料量为8Kg，烧结时间为1.5h，耗能为75KW·h；烧结后冷却至室温，得到锶永磁铁氧体材料。 

实施例2 

1、将锶永磁铁氧体(SrFe₁₂O₁₉)预烧料与添加剂混合，得到的混合料成分如下： 

将上述混合料加水进行混合球磨，控制固体颗粒粒度为0.75μm～0.85μm，在抽入沉淀塔沉淀，出料得到料浆，料浆含水量为35wt％。 

2、将步骤1得到的料浆磁取向成型，控制注料时间为10s，充磁电流为40A，成型压力为20Mpa，保压时间为25s，得到坯体。 

3、将步骤3得到的坯体送入微波辊道窑炉烧结，微波频率为2450MHz，功率为70KW，烧结温度为1160℃，推板速度10板/小时，每板载料量为8Kg，烧结时间为2h，耗能为77KW·h；烧结后冷却至室温，得到锶永磁铁氧体材料。 

实施例3 

1、将锶永磁铁氧体(SrFe₁₂O₁₉)预烧料与添加剂混合，得到的混合料成分如下： 

将上述混合料加水进行混合球磨，控制固体颗粒粒度为0.75μm～0.85μm，在抽入沉淀塔沉淀，出料得到料浆，料浆含水量为40wt％。 

2、将步骤1得到的料浆磁取向成型，控制注料时间为12s，充磁电流为40A，成型压力为25Mpa，保压时间为18s，得到坯体。 

3、将步骤3得到的坯体送入微波辊道窑炉烧结，微波频率为2450MHz，功率为75KW，烧结温度为1220℃，推板速度10板/小时，每板载料量为8Kg，烧结时间为1.5h，耗能为80KW·h；烧结后冷却至室温，得到锶永磁铁氧体材料。 

比较例1 

1、将锶永磁铁氧体(SrFe₁₂O₁₉)预烧料与添加剂混合，得到的混合料成分如下： 

将上述混合料加水进行混合球磨，控制固体颗粒粒度为0.75μm～0.85μm，在抽入沉淀塔沉淀，出料得到料浆，料浆含水量为40wt％。 

2、将步骤1得到的料浆磁取向成型，控制注料时间为16s，充磁电流为40A，成型压力为25Mpa，保压时间为18s，得到坯体。 

3、将步骤3得到的坯体置于空气中干燥24小时。 

4、将干燥后的坯体送入电阻丝加热式辊道窑进行烧结，烧结温度为1280℃，烧结时间为3h，耗能为300KW·h；烧结后冷却至室温，得到锶永磁铁氧体材料。 

检测实施例1～3和比较例1制得的锶永磁铁氧体材料磁性能，测试结果列于表1： 

表1锶永磁铁氧体材料磁性能测试结果 

测试项目	实施例1	实施例2	实施例3	比较例1
					剩磁	430mT	410mT	425mT	410mT
内禀矫顽力	340KA/m	323KA/m	310KA/m	290KA/m
					最大磁能积	38.1KJ/m3	36.1KJ/m3	37.9KJ/m3	35KJ/m3

由以上结果可知，采用本发明提供的方法制备锶永磁铁氧体材料能耗较低，相对于现有的方法，节约电能50％～70％，生产周期短，产品磁性能优异。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (10)

1.一种锶永磁铁氧体的烧结方法，其特征在于，包括：

将脱水处理后的锶永磁铁氧体料浆湿压成型，得到坯体；

将所述坯体送入微波高温窑炉内进行微波烧结，所述微波烧结的微波频率为2450MHz，烧结温度为1160℃～1260。

2.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述微波烧结的微波功率为70KW～80KW。

3.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述烧结温度为1180℃～1200。

4.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述烧结的时间为1h～2h。

5.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述锶永磁铁氧体料浆的含水率为35wt％～45wt％。

6.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述锶永磁铁氧体料浆中的固体物由以下成分组成：

0.8wt％～1.3wt％的碳酸钙、0.2wt％～0.5wt％的石英砂、0.2wt％～0.6wt％的氧化铝、0.6wt％～0.8wt％的氧化铬、0.3wt％～0.5wt％的硼酸和余量的锶永磁铁氧体预烧料。

7.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述锶永磁铁氧体浆料中的固体物的粒度为0.78μm～0.85μm。

8.一种锶永磁铁氧体材料的制备方法，包括：

将锶永磁铁氧体、添加剂和水混合球磨，脱水，得到锶永磁铁氧体料浆；

将所述锶永磁铁氧体料浆湿压成型，得到坯体；

将所述坯体送入微波高温窑炉内进行微波烧结，所述微波烧结的微波频率为2450MHz，烧结温度为1160℃～1260℃；

将烧结后的坯体冷却，得到锶永磁铁氧体材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述锶永磁铁氧体浆料中的固体物由以下成分组成：

0.8wt％～1.3wt％的碳酸钙、0.2wt％～0.5wt％的石英砂、0.2wt％～0.6wt％的氧化铝、0.6wt％～0.8wt％的氧化铬、0.3wt％～0.5wt％的硼酸和余量的锶永磁铁氧体预烧料。

10.由权利要求8所述的方法制备的锶永磁铁氧体材料，其特征在于，其剩磁为410mT～430mT，内禀矫顽力为310KA/m～340KA/m，最大磁能积为36.1KJ/m³～38.2KJ/m³。