CN109336579A - 一种电机用铁氧体材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及永磁铁氧体材料技术领域，为解决永磁铁氧体传统制备工艺中存在的易堵塞、产量低等问题，提供了一种电机用铁氧体材料及其制备方法，所述电机用铁氧体材料按照以下分子式确定摩尔比和离子代换量：Sr1‑xAxFe3+ 2n‑ yByO19；其中，A选自稀土元素中的至少一种元素，且必须含有La；B选自Bi、Co、Mn、Zn中的至少一种元素，其中必须含有Co；A、B和Fe元素的各自构成比例：0.1≤x≤0.4、0.05≤y≤0.25、5.9≤n≤6.1。本发明工艺步骤简单，研磨充分，产量高、研磨速度快，能耗低，不易堵塞，制得的电机用铁氧体材料具有优异的磁学性能，且产品一致性好。

Description

一种电机用铁氧体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及永磁铁氧体材料技术领域，尤其涉及一种电机用铁氧体材料及其制备方法。
背景技术
自上世纪五十年代发现永磁铁氧体以来，其品种、生产方法与生产工艺得到了非常大的发展，经历了从各向同性磁体到各向异性磁体、从钡铁氧体到锶铁氧体和从干压成型到湿压成型等重大技术跨越。
自六角晶系M型钡铁氧体研制成功以来，永磁铁氧体的性能不断得到改善与提高。为了适应汽车电机的小型化、轻量化以及提高用于空调等家电的电机使用效率，迫切需要提高Sr铁氧体的磁性能。而稀土类磁铁(如Nd-Re-B)虽然具有很高的性能，但是其电阻率低，价格昂贵，还存在容易氧化的问题，所以在电机这样的较为恶劣的环境场所普遍采用的是永磁铁氧体电机。
目前，高性能永磁铁氧体预烧料基本是以氧化铁红为原材料，其生产成本相对较大；传统的制备工艺中多采用球磨机对预烧料进行研磨，存在着研磨时间长，能耗高，研磨过程中物料易堵塞、产量低等问题，严重影响高性能永磁铁氧体的生产效率。
中国专利文献上公开了“一种永磁铁氧体的生产方法”，其公告号为CN107337448A，该发明以铁鳞、二氧化锆、碳酸锶和碳酸钙为主料，湿法混合得到浆料，预烧后得预烧料，再经过粗破碎、细破碎，磁场成型、烧结得能够用于制造永磁同步电机等较高要求的永磁铁氧体，但是该发明制备工艺复杂，产品性能一致性不能得到保证。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种产品性能一致性好、具有较高性能的电机用铁氧体材料。
本发明还提供了一种电机用铁氧体材料的制备方法，该方法生产成本低、工艺条件易于控制，有利于大规模工业化生产。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电机用铁氧体材料，所述电机用铁氧体材料按照以下分子式确定摩尔比和离子代换量：Sr1-xAxFe3+ 2n-yByO19；其中，A选自稀土元素中的至少一种元素，且必须含有La；B选自Bi、Co、Mn、Zn中的至少一种元素，其中必须含有Co；A、B和Fe元素的各自构成比例：0.1≤x≤0.4、0.05≤y≤0.25、5.9≤n≤6.1。
一种电机用铁氧体材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述分子式计算碳酸锶、铁粉及A、B的添加量，将原料配料，得粉料；
(2)将步骤(1)所得的粉料经过强混机混料8～15min，混合均匀得混合料；
(3)经步骤(2)所得的混合料通过连续两级致密机，进一步混合均匀得到平均粒径为2.0～3.0μm的混料；
(4)将步骤(3)得到的混料通过造球机进行造球；
(5)将步骤(4)所得的球通过链篦机除去细球和粉料，再进入回转窑进行烧结，得永磁铁氧体预烧料；
(6)将步骤(5)得到的永磁铁氧体预烧料球磨成得粗粉，将粗粉与添加剂混合均匀后投入研磨装置中进行研磨，得细料浆；
(7)将步骤(6)得到的细料浆湿压成型，得磁瓦毛坯；对磁瓦毛坯进行烧结，即得电机用铁氧体材料。
本发明通过两级致密机对混合料进行进一步的粉碎，取其粉料及相应的添加剂，放在搅拌桶搅拌均匀，然后通过研磨装置得到颗料较均匀的细料浆，并将成型后的磁体毛坯放在强氧化气氛的辊道式电窑单层快速烧结，控制窑内的气氛，易于排胶，从而得到性能更佳的电机用铁氧体材料。
作为优选，步骤(4)中，造球所得的球的球径控制在6～12mm。
作为优选，步骤(5)中，烧结温度控制在1300～1350℃，烧结时间控制在40～50min。
作为优选，步骤(6)中，所述粗粉的平均粒径控制在3.5～5μm；所述细料浆的粒径控制在0.75～0.85μm。
作为优选，步骤(6)中，以粗粉总质量为基准，所述添加剂的组分及添加质量百分含量为：0.8～1.4％CaCO3，0.1～0.4％SiO2，0.1～0.3％SrCO3，0.2～0.5％分散剂，0.1～0.2％硼酸。
作为优选，步骤(7)中，湿压成型的磁场控制在7000～8000Gs；烧结温度控制在1220～1230℃。
作为优选，步骤(6)中，所述研磨装置包括驱动电机和研磨转筒，所述研磨转筒内设有旋转轴，所述旋转轴的一端与驱动电机转动连接，另一端悬空于研磨转筒的筒底上方；所述旋转轴内部设有中空的进料通道，待研磨粉体通过旋转轴内部的空腔投料进入研磨转筒内，所述旋转轴上设有研磨部，所述研磨部与旋转轴沿轴向滑动连接；所述研磨转筒上方设有转盘，所述转盘上方设有出料管，所述出料管套设于旋转轴外壁，所述旋转轴外壁与出料管之间的腔体形成出料通道。
本发明所用研磨装置产量高、研磨速度快，研磨出料量每小时1～1.8吨，研磨粒径控制在0.75～0.85μm，其研磨部在研磨粉体的同时，能够沿旋转轴轴上滑动，带动粉体向上运动，进入转盘中，转盘尺寸与研磨颗粒的粒径相关联。转盘绕旋转轴旋转，达到研磨标准粒径的粉体进入出料通道排除，未达到研磨标准粒径的粉体被甩出转盘，在重力作用下落入筒底，研磨部沿旋转轴往复运动，循环研磨，直至待研磨粉体达到标准。使用该研磨装置使得该制备工艺更为高效、低能耗，粉碎效果佳，有利于提升电机用铁氧体材料的磁学性能。
作为优选，所述旋转轴通过伞齿轮组件与研磨部连接，所述旋转轴上套设有主动伞齿轮，所述研磨部内设有与主动伞齿轮啮合的从动伞齿轮；所述研磨部呈锯齿状，所述研磨部的两端设有扰流扇片；所述出料通道的进口端设有筛网，用以进一步筛分达标的粉体。
该研磨装置的研磨部上设有扰流扇片，能够在竖直方向通过伞齿轮组件实现绕研磨部的旋转，使得研磨转筒内堆积的粉体在竖直方向被搅动，避免堆积堵塞。
因此，本发明具有如下有益效果：工艺步骤简单，研磨充分，产量高、研磨速度快，能耗低，不易堵塞，制得的电机用铁氧体材料具有优异的磁学性能，且产品一致性好。
附图说明
图1是本发明所用研磨装置的剖视图。
图中：驱动电机1，研磨转筒2，旋转轴3，研磨部4，转盘5，出料管6，出料通道7，进料通道8，主动伞齿轮9，从动伞齿轮10，扰流扇片11，筛网12。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
如图1所示，本发明所用研磨装置包括驱动电机1和研磨转筒2，所述研磨转筒内设有旋转轴3，所述旋转轴的一端与驱动电机转动连接，另一端悬空于研磨转筒的筒底上方；所述旋转轴内部设有中空的进料通道8，待研磨粉体通过旋转轴内部的空腔投料进入研磨转筒内，所述旋转轴上设有研磨部4，所述研磨部与旋转轴沿轴向滑动连接；所述研磨转筒上方设有转盘5，所述转盘上方设有出料管6，所述出料管套设于旋转轴外壁，所述旋转轴外壁与出料管之间的腔体形成出料通道7。所述旋转轴通过伞齿轮组件与研磨部连接，所述旋转轴上套设有主动伞齿轮9，所述研磨部内设有与主动伞齿轮啮合的从动伞齿轮10；所述研磨部呈锯齿状，所述研磨部的两端设有扰流扇片11；所述出料通道的进口端设有筛网12。
实施例1
(1)将通过Sr0.85La0.15Fe11.9Co0.1O19计算出的碳酸锶、铁粉、添加剂的添加量，通过自动配料，存放在料桶内；
(2)将(1)所得的粉料经过强混机混料8分钟，保证其混合均匀；
(3)将(2)所混合好的粉料通过两级致密机，保证粉料混合更加均匀，粒度控制2.5μm；
(4)将(3)所得的粉料通过造球机进行造球，球径控制在6-12mm，所造的球在0.5米高度下落到水泥地两次不碎为好，保证球的强度；
(5)将(4)所得的球通过链篦机除去细球和粉料，再进入回转窑进行1300℃烧结，烧结时间控制在50min，进行固反应生成永磁铁氧体预烧料；
(6)将永磁铁氧体预烧料球磨成4.5μm的粗粉，将粗粉与添加剂放在搅拌桶混合均匀后投入研磨装置得平均粒径为0.80μm的细料浆；以粗粉总质量为基准，所述添加剂的组分及添加质量百分含量为：1％CaCO3，0.25％SiO2，0.2％SrCO3，0.5％分散剂，0.15％硼酸；
(7)将细料浆湿压成型得磁饼毛坯后进行烧结，即得电机用铁氧体材料，成型磁场为8500Gs，烧结温度为1230℃。
实施例2
(1)将将通过Sr0.85La0.15Fe11.8Co0.1O19计算出的碳酸锶、铁粉、添加剂的添加量，通过自动配料，存放在料桶内；
(2)将(1)所得的粉料经过强混机混料13分钟，保证其混合均匀；
(3)将(2)所混合好的粉料通过两级致密机，保证粉料混合更加均匀，粒度控制2.0μm；
(4)将(3)所得的粉料通过造球机进行造球，球径控制在6-12mm，所造的球在0.5米高度下落到水泥地两次不碎为好，保证球的强度；
(5)将(4)所得的球通过链篦机除去细球和粉料，再进入回转窑进行1330℃烧结，烧结时间控制在40min，进行固反应生成永磁铁氧体预烧料；
(6)将永磁铁氧体预烧料球磨成5μm的粗粉，将粗粉与添加剂放在搅拌桶混合均匀后投入研磨装置得平均粒径为0.85μm的细料浆；以粗粉总质量为基准，所述添加剂的组分及添加质量百分含量为：1.3％CaCO3，0.1％SiO2，0.3％SrCO3，0.4％分散剂，0.1％硼酸；
(7)将细料浆湿压成型得磁饼毛坯后进行烧结，即得电机用铁氧体材料，成型磁场为6000Gs，烧结温度为1225℃。
实施例3
(1)将将通过Sr0.85La0.15Fe11.8Co0.1O19计算出的碳酸锶、铁粉、添加剂的添加量，通过自动配料，存放在料桶内；
(2)将(1)所得的粉料经过强混机混料13分钟，保证其混合均匀；
(3)将(2)所混合好的粉料通过两级致密机，保证粉料混合更加均匀，粒度控制3.0μm；
(4)将(3)所得的粉料通过造球机进行造球，球径控制在6-12mm，所造的球在0.5米高度下落到水泥地两次不碎为好，保证球的强度；
(5)将(4)所得的球通过链篦机除去细球和粉料，再进入回转窑进行1350℃烧结，烧结时间控制在30min，进行固反应生成永磁铁氧体预烧料；
(6)将永磁铁氧体预烧料球磨成3.5μm的粗粉，将粗粉与添加剂放在搅拌桶混合均匀后投入研磨装置得平均粒径为0.75μm的细料浆；以粗粉总质量为基准，所述添加剂的组分及添加质量百分含量为：1.4％CaCO3，0.3％SiO2，0.3％SrCO3，0.2％分散剂，0.2％硼酸；
(7)将细料浆湿压成型得磁饼毛坯后进行烧结，即得电机用铁氧体材料，成型磁场为8000Gs，烧结温度为1225℃。
对比例
(1)将通过Sr1Fe11.9O19计算出的，SiO20.1％，硼酸0.2％，通过自动配料，存放在料桶内；
(2)将(1)所得的粉料经过强混机混料9分钟，保证其混合均匀；
(3)将(2)所混合好的粉料通过致密机，保证粉料混合更加均匀，粒度控制3.1μm；
(4)将(3)所得的粉料通过造球机进行造球，球径控制在6-12mm，所造的球在0.5米高度下落到水泥地两次不碎为好，保证球的强度；
(5)将(4)所得的球通过链篦机除去细球和粉料，再进入回转窑进行1370℃烧结，进行固反应生成永磁铁氧体预烧料；
(6)将永磁铁氧体预烧料球磨成4.4μm的粗粉，以主成份的质量为基准，添加剂由以下质量百分比的组分组成：1％CaCO3，0.25％SiO2，0.2％SrCO3，二次细磨的具体步骤为：第一次采用∮6.8mm的钢球球磨9h，第二次采用∮4mm的钢球球磨7h，此时加入0.3％分散剂，0.15％硼酸；
(7)将细料浆湿压成型得磁饼毛坯后进行烧结，即得永磁铁氧体磁体，成型磁场为8000Gs，烧结温度为1235℃。
对实施例1-3制得的电机用铁氧体材料和对比例制得的永磁铁氧体磁体的性能指标做检测，结果如表1所示：
表1.检测结果
编号 Br(Gs) Hcb(Oe) Hcj(Oe) (BH)max(MGOe)
实施例1 4201 3807 4214 4.303
实施例3 4229 3886 4277 4.324
实施例3 4225 3856 4268 4.335
对比例 4130 3193 3312 4.164
由表1可以看出，采用本发明制备工艺制得的电机用铁氧体材料的磁学性能优于对比例，且产品性能一致性好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种电机用铁氧体材料，其特征在于，所述电机用铁氧体材料按照以下分子式确定摩尔比和离子代换量：Sr1-xAxFe3+ 2n-yByO19；其中，A选自稀土元素中的至少一种元素，且必须含有La；B选自Bi、Co、Mn、Zn中的至少一种元素，其中必须含有Co；A、B和Fe元素的各自构成比例：0.1≤x≤0.4、0.05≤y≤0.25、5.9≤n≤6.1。
2.一种如权利要求1所述的电机用铁氧体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照上述分子式计算碳酸锶、铁粉及A、B的添加量，将原料配料，得粉料；
(2)将步骤(1)所得的粉料经过强混机混料8～15min，混合均匀得混合料；
(3)经步骤(2)所得的混合料通过连续两级致密机，进一步混合均匀得到平均粒径为2.0～3.0μm的混料；
(4)将步骤(3)得到的混料通过造球机进行造球；
(5)将步骤(4)所得的球通过链篦机除去细球和粉料，再进入回转窑进行烧结，得永磁铁氧体预烧料；
(6)将步骤(5)得到的永磁铁氧体预烧料球磨成得粗粉，将粗粉与添加剂投入研磨装置中进行研磨，得细料浆；
(7)将步骤(6)得到的细料浆湿压成型，得磁瓦毛坯；对磁瓦毛坯进行烧结，即得电机用铁氧体材料。
3.根据权利要求2所述的一种电机用铁氧体材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，造球所得的球的球径控制在6～12mm。
4.根据权利要求2所述的一种电机用铁氧体材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，烧结温度控制在1300～1350℃，烧结时间控制在40～50min。
5.根据权利要求2所述的一种电机用铁氧体材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述粗粉的平均粒径控制在3.5～5μm；所述细料浆的粒径控制在0.75～0.85μm。
6.根据权利要求2所述的一种电机用铁氧体材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，以粗粉总质量为基准，所述添加剂的组分及添加质量百分含量为：0.8～1.4％CaCO3，0.1～0.4％SiO2，0.1～0.3％SrCO3，0.2～0.5％分散剂，0.1～0.2％硼酸。
7.根据权利要求2所述的一种电机用铁氧体材料的制备方法，其特征在于，步骤(7)中，湿压成型的磁场控制在6000～8500Gs；烧结温度控制在1220～1230℃。
8.根据权利要求2所述的一种电机用铁氧体材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述细料浆的粒径控制在0.75～0.85μm。
9.根据权利要求2所述的一种电机用铁氧体材料的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述研磨装置包括驱动电机(1)和研磨转筒(2)，所述研磨转筒内设有旋转轴(3)，所述旋转轴的一端与驱动电机转动连接，另一端悬空于研磨转筒的筒底上方；所述旋转轴内部设有中空的进料通道(8)，待研磨粉体通过旋转轴内部的空腔投料进入研磨转筒内，所述旋转轴上设有研磨部(4)，所述研磨部与旋转轴沿轴向滑动连接；所述研磨转筒上方设有转盘(5)，所述转盘上方设有出料管(6)，所述出料管套设于旋转轴外壁，所述旋转轴外壁与出料管之间的腔体形成出料通道(7)。
10.根据权利要求9所述的一种电机用铁氧体材料的制备方法，其特征在于，所述旋转轴通过伞齿轮组件与研磨部连接，所述旋转轴上套设有主动伞齿轮(9)，所述研磨部内设有与主动伞齿轮啮合的从动伞齿轮(10)；所述研磨部呈锯齿状，所述研磨部的两端设有扰流扇片(11)；所述出料通道的进口端设有筛网(12)。
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Denomination of invention: A ferrite material for electric motors and its preparation method

Effective date of registration: 20230913

Granted publication date: 20200901

Pledgee: Dongyang Branch of China Construction Bank Co.,Ltd.

Pledgor: HENGDIAN GROUP DMEGC MAGNETICS Co.,Ltd.

Registration number: Y2023330002029

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